Duplexstahl

Einführung

Duplexstahl ist eine spezielle Klasse von nichtrostendem Stahl, die sich durch ein zweiphasiges Gefüge aus Ferrit und Austenit auszeichnet. Diese einzigartige Mikrostruktur verleiht dem Material sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, was es für zahlreiche industrielle Anwendungen prädestiniert.

Zusammensetzung und Mikrostruktur

Die chemische Zusammensetzung von Duplexstählen variiert je nach spezifischer Legierung, typischerweise enthalten sie jedoch:

• Chrom (Cr): 20–28%
• Nickel (Ni): 1,5–8%
• Molybdän (Mo): bis zu 5%
• Stickstoff (N): 0,05–0,50%

Diese Legierungselemente tragen zur Bildung des dualen Gefüges bei, wobei der Anteil von Ferrit und Austenit idealerweise bei etwa 50:50 liegt. Diese Balance ermöglicht es, die Vorteile beider Phasen zu nutzen: die Festigkeit des Ferrits und die Zähigkeit des Austenits.

Eigenschaften von Duplexstahl

Duplexstähle bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen austenitischen oder ferritischen Stählen:

• Hohe Festigkeit: Die Streckgrenze von Duplexstählen ist etwa doppelt so hoch wie die von austenitischen Stählen, was dünnere und leichtere Konstruktionen ermöglicht.
• Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit: Sie zeigen eine hohe Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion, insbesondere in chloridhaltigen Umgebungen.
• Gute Schweißbarkeit: Mit geeigneten Techniken lassen sich Duplexstähle effektiv schweißen, wobei die mechanischen Eigenschaften weitgehend erhalten bleiben.
• Hohe Zähigkeit: Selbst bei niedrigen Temperaturen behalten Duplexstähle ihre Zähigkeit bei, was sie für Anwendungen in kalten Umgebungen geeignet macht.

Klassifizierung von Duplexstählen

Duplexstähle werden basierend auf ihrer Korrosionsbeständigkeit und Zusammensetzung in verschiedene Kategorien eingeteilt:

• Lean Duplex: Diese Legierungen haben einen geringeren Nickel- und Molybdängehalt und bieten dennoch eine gute Korrosionsbeständigkeit. Sie sind kostengünstiger und werden häufig in Bauanwendungen eingesetzt.
• Standard Duplex: Typische Vertreter wie der Werkstoff 1.4462 (2205) bieten ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und sind in vielen industriellen Anwendungen verbreitet.
• Super Duplex: Mit höheren Gehalten an Chrom, Molybdän und Stickstoff bieten diese Stähle eine noch höhere Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit, ideal für anspruchsvolle Umgebungen wie die Offshore-Industrie.
• Hyper Duplex: Diese neueren Legierungen bieten die höchste Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit und werden in extrem korrosiven Umgebungen eingesetzt.

Typische Anwendungen

Dank ihrer hervorragenden Eigenschaften finden Duplexstähle in zahlreichen Branchen Anwendung:

• Öl- und Gasindustrie: Verwendung in Rohrleitungen, Wärmetauschern und Offshore-Plattformen aufgrund ihrer Beständigkeit gegen korrosive Medien.
• Chemische Industrie: Einsatz in Behältern und Rohrleitungen, die aggressiven Chemikalien ausgesetzt sind.
• Meerwasserentsalzung: Aufgrund ihrer Beständigkeit gegen chloridhaltige Umgebungen sind sie ideal für Komponenten in Entsalzungsanlagen.
• Zellstoff- und Papierindustrie: Verwendung in Anlagen, die korrosiven Prozessen ausgesetzt sind.
• Bauindustrie: Einsatz in Brücken, Gebäudestrukturen und architektonischen Komponenten, die sowohl Festigkeit als auch Korrosionsbeständigkeit erfordern.

Verarbeitung und Schweißen

Die Verarbeitung von Duplexstählen erfordert besondere Aufmerksamkeit:

• Schweißen: Es ist wichtig, die Wärmeführung zu kontrollieren, um die Bildung unerwünschter Phasen zu vermeiden. Vor- und Nachwärmen sind in der Regel nicht erforderlich, jedoch sollte die Zwischenlagentemperatur überwacht werden.
• Umformung: Aufgrund der höheren Festigkeit erfordern Duplexstähle höhere Umformkräfte. Eine sorgfältige Planung der Umformprozesse ist daher essenziell.
• Wärmebehandlung: Nach dem Schweißen kann eine Lösungsglühung erforderlich sein, um die optimale Mikrostruktur wiederherzustellen.

Vergleich mit anderen Edelstahltypen

Im Vergleich zu anderen Edelstahltypen bieten Duplexstähle eine einzigartige Kombination von Eigenschaften:

Herausforderungen und Überlegungen