Duplexstahl – SOrten, Eigenschaften, Anwendungen

Nichtrostende Duplexstähle kombinieren ein Phasengleichgewicht von Ferrit und Austenit. Daher besitzen sie ein ferritisch-austenitisches Gefüge und viele vorteilhafte Eigenschaften von ferritischen und austenitischen Stählen. Die Eigenschaften von nichtrostendem Duplexstahl tendieren jedoch zu denen von Ferriten und Kohlenstoffstahlsorten. Diese Sorten lassen sich leicht herstellen und verbinden eine hohe Korrosionsbeständigkeit mit guter Festigkeit.

Geschichte der nichtrostenden Duplexstähle

Obwohl der erste Duplex-Stahlguss mehr als 80 Jahre zurückliegt und in den 1930er Jahren in Schweden hergestellt wurde, erlangte die rostfreie Stahlsorte erst in den letzten 30 Jahren eine bedeutende Bedeutung in der Industrie. Die erste Generation hatte ihre Schwächen im geschweißten Zustand, bot aber bereits gute Leistungseigenschaften. Mit der Erfindung der Argon-Sauerstoff-Entkohlung wurde es jedoch möglich, Stickstoff als Legierungselement hinzuzufügen. Die damit verbundenen Vorteile waren eine höhere Austenitstabilität und eine Verringerung der Geschwindigkeit, mit der sich schädliche intermetallische Phasen bilden.

Die Zugabe von Stickstoff zur Legierung definierte die zweite Generation der nichtrostenden Duplexstähle, die in den späten 1970er Jahren entstand. Die Nachfrage nach Güten mit hoher Streckgrenze, mechanischer Festigkeit und guter Verarbeitbarkeit stieg aufgrund der Ausbreitung der Offshore-Gas- und Ölfelder in der Nordsee. Die zweite Generation bot eine höhere Festigkeit und reduzierte die Dicke der Wände und das Gewicht der Ölplattformen. Vor allem der die Legierung 2205 wurde in großem Umfang verwendet und avancierte zum Zugpferd unter den Duplexstählen der zweiten Generation.

Seitdem ist die Entwicklung nicht stehen geblieben. Die modernen Duplex-Stahlsorten werden in der Regel in fünf Gruppen eingeteilt. Die Einteilung der nichtrostenden Duplexstähle erfolgt meist auf der Grundlage der Korrosionsbeständigkeit, die stark mit dem Legierungsgehalt korreliert.

Welche Duplex-Stahlsorten gibt es?

Duplexstahl erfüllt hohe Anforderungen an Korrosion und Festigkeit. Grundsätzlich können drei Typen unterschieden werden: Standard-Duplex ist die am häufigsten verwendete Variante. Die gängigste Ausführung dieser Sorte ist Stahl mit der Werkstoffnummer S31803 (1.4462). Standard-Duplex-Stahl ist vielseitig einsetzbar und wird besonders dann verwendet, wenn sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch Festigkeit gefordert sind. Er hat einen Anteil von mehr als 20 % Chrom, etwa 5 % Nickel und etwa 3 % Molybdän. Eine einfachere Variante ist Mager-Duplex, das unter anderem in den Sorten S32001 (1.4482), S32101 (1.4162), S32202 (1.4062), S32304 (1.4362) und 1.4655 erhältlich ist.

Mager-Duplex hat im Vergleich zu Standard-Duplex einen geringeren Anteil an Molybdän und Nickel. Dies führt teilweise zu niedrigeren Materialkosten. Darüber hinaus hat Mager-Duplex eine größere Toleranz gegenüber Zugspannungen. Mager-Duplex wird unter anderem in der Bauindustrie für diese Zwecke eingesetzt, wobei diese Sorte ihr volles Potenzial zur Gewichtseinsparung nutzen kann. Die dritte Variante sind die Superduplex-Güten. Sie zeichnen sich durch eine besonders starke Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Festigkeit aus. Der am meisten verbreitete Vertreter dieser Gruppe ist S32750 (1.4410). Andere sind S32760 (1.4501), S32750 (1.4507) und 1.4477. Superduplex eignet sich für anspruchsvolle Anwendungsbereiche wie die Meerwasserentsalzung oder den Bau von Chemikalientankern. Super-Duplex-Güten haben im Vergleich zu Standard-Duplex einen erhöhten Anteil an Chrom (ca. 25%), Nickel (bis zu 8%) und Molybdän (bis zu 4%).

Die Merkmale der verschiedenen Gruppen:

  • Mageres Duplex: kein Zusatz von Molybdän (2304)
  • Molybdänhaltiges mageres Duplex: (S32003)
  • Standard-Duplex: Die Legierung besteht aus 22% Cr und 3% Mo (2205)
  • Super-Duplex: höherer Cr-Gehalt um 25% und 3% Mo, Lochfraßbeständigkeits-Äquivalenzzahl (PREN) von 40 – 45 (2507)
  • Hyper-Duplex: höherer Cr- und Mo-Gehalt, PREN höher als 45 (S32707)

Eigenschaften

Die chemische Zusammensetzung von nichtrostenden Duplexstähle

Obwohl nichtrostende Duplexstähle meist ein Phasengleichgewicht von etwa 50 % Ferrit und 50 % Austenit aufweisen, können die vorteilhaften Eigenschaften auch in einem Bereich von 30 bis 70 % erreicht werden. Für eine höhere Zähigkeit und bessere Verarbeitungseigenschaften wird bei der derzeitigen kommerziellen Produktion in der Regel Austenit leicht bevorzugt. Die Hauptbestandteile der Legierung sind Chrom, Molybdän, Stickstoff und Nickel.

Korrosionsbeständigkeit

Nichtrostende Duplexstähle zeichnen sich durch eine hohe Spaltkorrosionsbeständigkeit und eine ausgezeichnete Lochfraßbeständigkeit aus, die je nach Umgebung die Eigenschaften austenitischer Stähle bei weitem übertrifft. Aufgrund des hohen Chromgehalts zeigen Duplexstähle in oxidierenden Säuren ein sehr gutes Verhalten. Der zusätzliche Gehalt an Molybdän und Nickel sorgt für eine gute Beständigkeit in leicht reduzierenden Säuren. Darüber hinaus sind nichtrostende Duplexstähle aufgrund des Zusatzes von Ferrit im Phasengleichgewicht sehr gut gegen Chlorid-Spannungsrisskorrosion beständig und übertreffen Austenite wie 304 und 316 bei weitem.

Der Zusatz von Ferrit zum Gefüge führt jedoch auch zu einigen Nachteilen im Vergleich zu austenitischen Stahlsorten. Ferrit ist anfällig für Wasserstoffversprödung, daher sind Duplexstähle weniger geeignet für Einsatzbereiche, in denen Wasserstoff in das Metall eingebracht werden kann.

Anwendungen für nichtrostende Duplex-Stahlsorten

Nichtrostende Duplexstähle werden in vielen verschiedenen Industriezweigen verwendet. In der Zellstoff- und Papierindustrie werden sie für verschiedene Anwendungen wie Bleichanlagen, Spänelagertanks und Saugwalzenmäntel verwendet. Duplex-Edelstähle haben in der Papierindustrie austenitische und Kohlenstoffstahlsorten aufgrund ihrer besseren Eigenschaften ersetzt, was zu niedrigeren Gesamtkosten führt.

Die Öl- und Gasindustrie profitiert in hohem Maße von Duplex-Edelstählen. Vor allem die Sorte 2205 wird für Durchflussleitungen, Rohre und weitere Geräte wie Pumpen verwendet. Superduplex-Edelstähle, die eine höhere Festigkeit und eine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit aufweisen, werden häufig für Schmiedestücke, Rohre und Verbindungselemente verwendet. Außerdem erfordert der Trend zu Ölbohrungen in größeren Meerestiefen längere Versorgungsleitungen, die besonderen Anforderungen genügen müssen. Daher wurden nichtrostende Hyper-Duplex-Stähle entwickelt, die die Super-Duplex-Stahlsorten noch übertreffen.

Die Bauindustrie ist stark auf nichtrostende Duplexstähle angewiesen. Insbesondere die Sorte 2205 spielt eine wichtige Rolle beim Bau von Brücken. So bestehen beispielsweise die Stonecutter-Brücke in Hongkong und die Helix-Brücke in Singapur beide aus der Duplexstahlsorte 2205.

Härten von nichtrostendem Stahl

Wärmebehandlungsverfahren für Duplexstahl führen oft zu Problemen bei der Erhaltung der Eigenschaften in Bezug auf Korrosion und Festigkeit. Mit dem BORINOX®-Verfahren können Duplex-Stähle in ihren positiven Eigenschaften weiter verbessert werden, ohne dass der Korrosionsschutz verloren geht. Benötigen Sie eine Erhöhung des Härtegrades für Ihr Duplexstahlprodukt? Kontaktieren Sie uns noch heute.

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