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Duplex-Stahl

Eine bis dato nie dagewesene Energiekrise erschüttert die Welt. Damit gerät das energetische Gefüge der westlichen Welt ins Wanken. Nicht zuletzt die ausbleibenden Gaslieferungen stellen die deutsche Industrie vor die existenzielle Frage, wie der Mangel an bezahlbarem Gas kurzfristig kompensiert werden kann. Zwar bemühen sich die politischen Entscheidungsträger darum, Ersatz zu beschaffen, doch hinsichtlich des Preisniveaus dürfte allenfalls eine massive Steigerung des Angebots für die Eindämmung der Preise sorgen.

Duplex-Stähle – Werkstoffe für höchste Anforderungen

Die Notwendigkeit von mehr Energie auf den Märkten erfordert eine steigende Förderung in Verbindung mit der Erschließung neuer Gasfelder. Was für Erdgas gilt, ist auch für Erdöl von Bedeutung. Auch hier zeichnet sich der Trend zu einer intensiveren Förderung ab. Hinzu kommt, dass bei der Bereitstellung fossiler Energien seit Februar 2022 immer auch die Frage entstehender Abhängigkeiten von politischen Systemen mitbedacht werden muss. Bemühungen, die Ist-Situation zu verändern, bleiben in der Metallbranche nicht ohne Auswirkungen. Abgesehen vom dramatischen Energiemangel rücken Duplex-Stähle verstärkt in den Blickpunkt des Interesses.

Das liegt vor allem an den besonderen Materialeigenschaften, denn: Duplex-Stähle sind deutlich fester als andere nicht rostende Stähle. Nicht nur, aber auch bei der Erschließung neuer Erdgas- und Erdölquellen sind diese Eigenschaften von besonderem Wert, da der Transport über Leitungen erfolgt, die tief auf dem Meeresgrund verlaufen. Diese sind mit Plattformen verbunden, von denen aus die Schiffe die Energieträger schließlich transportieren. Wellen, Strömungen, Außendruck, Salzwasser – Duplex-Stähle trotzen diesen Bedingungen und eignen sich deswegen für Einsatzbereiche, die höchste Anforderungen an Werkstoffe stellen.

Duplex-Stahl bei RFSG

Bemerkenswerte Werkstoffeigenschaften

Mit einem Blick auf die Details wird deutlich: Duplex-Stahl besteht aus einem zweiphasigen Gefüge, das aus einer Ferrit-Matrix mit Inseln aus Austenit besteht. Erreicht wird die Gefügeausbildung durch die Legierung des Ferritbildners Chrom (Cr) mit Austenitbildnern Nickel (Ni), Stickstoff (N) und Mangan (Mn). Dabei wird der Gehalt an Austenit so bemessen, dass das Gesamtgefüge bei Raumtemperatur nicht austenitisch werden kann. Dies lässt sich beispielsweise über einen Nickelanteil von weniger als acht Prozent erreichen. Im Anschluss an eine Warmformgebung sorgt eine spezielle Wärmebehandlung schließlich dafür, dass sich die Austenitbildner in bestimmten Bereichen konzentrieren. Diese Areale sind dann bis zur Raumtemperatur stabil austenitisch.

Im Resultat entstehen Stähle, die über bemerkenswerte mechanische Werkstoffeigenschaften verfügen. Duplex-Stähle kombinieren die Eigenschaften rostfreier Chromstähle (ferritisch/martensitisch) mit denen rostfreier Chrom-Nickel-Stähle (austenitisch). Deswegen gelten Duplex-Stähle beispielsweise als duktiler im Vergleich zu rostfreien Chromstählen. Hinzu kommt, dass Duplex-Stähle auch in puncto Dauerschwingfestigkeit überzeugen können. Gleiches gilt auch für die Kerbschlagzähigkeit. Duplex-Stähle zählen zu den rost- und säurebeständigen Werkstoffen (DIN EN 10088 T1 bis T3). Im Vergleich zu rein austenitischen Stählen enthalten Duplex-Stähle weniger Nickel – dafür aber mehr Chrom.

Zuschnitte für Duplex-Stähle bestellen

Für die mechanischen Eigenschaften des Materials ist Nickel von großer Bedeutung. Seit 2005 sind nickelreduzierte Duplex-Stähle am Markt verfügbar. Sie weisen einen Nickelgehalt von einem bis sechs Prozent auf. Da Nickel ein vergleichsweise teurer Rohstoff ist, entstehen so Kostenvorteile. In Anbetracht der aktuellen Versorgungslage mit gestörten Lieferketten ist dies von besonderer Bedeutung. Gut zu wissen: Um einer interkristallinen Korrosion vorzubeugen, kann ein gewisser Nickelanteil durch Stickstoff als Austenitbildner ersetzt werden. Eine andere Option, um die Korrosionsbeständigkeit von Duplex-Stählen zu verbessern, besteht darin, Molybdän zuzusetzen.

Duplex-Stahl – individuelle Lösungen für alle Fälle

Die Vorteile von Duplex-Stählen zeigen sich in der Praxis. Durch die hohe Festigkeit des Werkstoffs besteht die Möglichkeit, Material einzusparen. So lassen sich Kessel Bauteile wie z. B. Kessel, Tanks, Rohre und Konstruktionen beispielsweise mit geringeren Wandstärken realisieren. Das spart Material, Transportgewicht und vor allem auch die Koseten beim Verschweißen. Grundsätzlich haben die Stähle der Duplexfamilie gemeinsame Eigenschaften wie den zweiphasigen Gefügeaufbau aus ca. 50/50%- Austenit und Ferrit, eine untere Temperatureinsatzgrenze von etwa -50°C sowie die höhere Festigkeit gegenüber den Austeniten. Die Duplex-Familie lässt sich wie folgt unterteilen:

  • Lean Duplex Edelstahl
    Die Bezeichnung Lean weist auf einen geringen Anteil kostspieliger Legierungselemente hin. Hier ist der Nickelanteil am geringsten und es wird kein Molybdän zugesetzt.
Duplex Klasse EN Cmax Chrom (Cr) Nickel (Ni) Molybdän (Mo) Stickstoff (N) Mangan (Mn) Kupfer (Cu) Wolfram (W) PREN
2101 1.4162 0,04 21,5 1,5 0,3 0,22 5 ––– ––– 26
2102   0,03 21,5 1,5 0,5 0,21 2,5 ––– ––– 26,5
2202 1.4062 0,03 22,5 2 0,3 0,21 1,3 ––– ––– 27
2304 1.4362 0,03 23 4 0,3 0,12 1 ––– ––– 26
  • Duplex (Standard)
    Etwas höherer Gehalt an Nickel und Zusatz von Molybdän.
Duplex Klasse EN Cmax Chrom (Cr) Nickel (Ni) Molybdän (Mo) Stickstoff (N) Mangan (Mn) Kupfer (Cu) Wolfram (W) PREN
2404 1.4462 0,03 24 3,6 1,6 0,27 3,5 0,4 ––– 33
2003   0,03 21 3,5 1,7 0,16 1,5 ––– ––– 30
2205 1.4462 0,03 22,5 5,5 3,3 0,18 1,9 ––– ––– 35/36
  • Super Duplex
    Der Chromgehalt liegt hier über 25%, Nickel, und Molybdän werden höher zulegiert als beim Standard Duplex Stahl.
     
Duplex Klasse EN Cmax Chrom (Cr) Nickel (Ni) Molybdän (Mo) Stickstoff (N) Mangan (Mn) Kupfer (Cu) Wolfram (W) PREN
2507 1.4410 0,03 25 7 3,5 0,26 1,0 ––– ––– 41
  • Hyper Duplex
    Höchste Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion bei höchster mechanischer Festigkeit. Erreicht werden die Materialeigenschaften durch die komplexe Legierungszusammensetzung und einen noch höheren Anteil an Legierungselementen insbesondere Stickstoff wird bis fast an die Löslichkeitsgrenze zulegiert.
     
Duplex Klasse EN Cmax Chrom (Cr) Nickel (Ni) Molybdän (Mo) Stickstoff (N) Mangan (Mn) Kupfer (Cu) Wolfram (W) PREN
2707   0,03 27 7 4,5 0,4 1,5 1,0 ––– 48
2906 Safurex® 1.4477 0,03 29 6,5 2,3 0,35 1,0 ––– ––– 42

Hyper-Duplex-Stähle – überragende Materialeigenschaften

Die Verwendung von Duplex-Stählen zieht eine Menge an Vorteilen nach sich. Die Materialeigenschaften sorgen dafür, dass sich die benötigte Materialmenge erheblich reduzieren lässt. Gleiches gilt für die Arbeitskosten, insbesondere bei Anarbeitungen – das Schweißen dünnerer Bleche geht schneller und leichter von der Hand. Hinzu kommen reduzierte Transportkosten bei der Nutzung von Duplex-Stählen durch das geringere Gewicht. Der minimierte Materialeinsatz sorgt darüber hinaus für weitere Einsparmöglichkeiten. Durch das geringere Gewicht können z. B. Fundamente entsprechend kleiner dimensioniert werden.

Technologisches Spitzenprodukt ist derzeit das sogenannte Hyper-Duplex. Dank der überragenden Materialeigenschaften ist es prädestiniert für hohen Druck, hohe Temperaturen und extrem korrosive Umgebungen, wie sie bei der Erdöl- und Gasindustrie häufig anzutreffen sind.

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