Überblick über Duplex-Edelstahl
Superduplex-Edelstahl unterscheidet sich von Standard-Duplex-Stählen durch seine deutlich verbesserten Korrosionsbeständigkeitseigenschaften. Es handelt sich um einen hochlegierten Werkstoff mit erhöhten Konzentrationen an korrosionshemmenden Elementen wie Chrom (Cr) und Molybdän (Mo). Die wichtigste Superduplex-Edelstahlsorte, S32750, enthält bis zu 28,0 % Chrom, 3,5 % Molybdän und 8,0 % Nickel (Ni). Diese Komponenten verleihen ihm eine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber korrosiven Substanzen wie Säuren, Chloriden und Laugen.
Im Allgemeinen bauen Superduplex-Edelstähle auf den bekannten Vorteilen von Duplex-Sorten auf und bieten eine verbesserte chemische Stabilität. Dadurch eignen sie sich ideal für die Herstellung kritischer Komponenten im petrochemischen Sektor, wie beispielsweise Wärmetauscher, Kessel und Druckbehälter.
Mechanische Eigenschaften von Duplex-Edelstahl
| Noten | ASTM A789 Güteklasse S32520 wärmebehandelt | ASTM A790 Güte S31803 wärmebehandelt | ASTM A790 Güte S32304 wärmebehandelt | ASTM A815 Güteklasse S32550 wärmebehandelt | ASTM A815 Güteklasse S32205 wärmebehandelt |
| Elastizitätsmodul | 200 GPa | 200 GPa | 200 GPa | 200 GPa | 200 GPa |
| Verlängerung | 25 % | 25 % | 25 % | 15 % | 20 % |
| Zugfestigkeit | 770 MPa | 620 MPa | 600 MPa | 800 MPa | 655 MPa |
| Brinellhärte | 310 | 290 | 290 | 302 | 290 |
| Streckgrenze | 550 MPa | 450 MPa | 400 MPa | 550 MPa | 450 MPa |
| Wärmeausdehnungskoeffizient | 1E-5 1/K | 1E-5 1/K | 1E-5 1/K | 1E-5 1/K | 1E-5 1/K |
| Spezifische Wärmekapazität | 440 – 502 J/(kg·K) | 440 – 502 J/(kg·K) | 440 – 502 J/(kg·K) | 440 – 502 J/(kg·K) | 440 – 502 J/(kg·K) |
| Wärmeleitfähigkeit | 13 – 30 W/(m·K) | 13 – 30 W/(m·K) | 13 – 30 W/(m·K) | 13 – 30 W/(m·K) | 13 – 30 W/(m·K) |
Klassifizierung von Duplex-Edelstahl
Der erste Typ ist ein niedriglegierter Stahl, beispielsweise UNS S32304 (23Cr-4Ni-0,1N). Dieser Stahl ist molybdänfrei und weist einen PREN-Wert von 24–25 auf. Er kann im Hinblick auf Spannungsrisskorrosion anstelle von AISI 304 oder 316 eingesetzt werden.
Der zweite Typ gehört zur Gruppe der mittellegierten Stähle, die repräsentative Marke ist UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0,15N), der PREN-Wert liegt bei 32-33 und seine Korrosionsbeständigkeit liegt zwischen AISI 316L und austenitischem Edelstahl mit 6% Mo+N.
Der dritte Typ ist ein hochlegierter Stahl, der im Allgemeinen 25 % Chrom, Molybdän und Stickstoff enthält, teilweise auch Kupfer und Wolfram. Die Standardsorte UNSS32550 (25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0,2N) hat einen PREN-Wert von 38–39 und ist korrosionsbeständiger als Duplex-Edelstahl mit 22 % Chrom.
Der vierte Typ ist Superduplex-Edelstahl mit hohem Molybdän- und Stickstoffgehalt. Die Standardgüte ist UNS S32750 (25Cr-7Ni-3,7Mo-0,3N), einige Sorten enthalten zusätzlich Wolfram und Kupfer. Der PREN-Wert liegt über 40, wodurch der Stahl auch unter rauen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden kann. Er zeichnet sich durch gute Korrosionsbeständigkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften aus, vergleichbar mit superaustenitischem Edelstahl.
Vorteile von Duplex-Edelstahl
Wie bereits erwähnt, weist Duplexstahl im Allgemeinen bessere Eigenschaften auf als die einzelnen Stahlsorten, die in seinem Gefüge vorkommen. Genauer gesagt bietet die Kombination der positiven Eigenschaften von Austenit und Ferrit eine insgesamt bessere Lösung für eine Vielzahl unterschiedlicher Produktionssituationen.
l Korrosionsschutz – Der Einfluss von Molybdän, Chrom und Stickstoff auf die Korrosionsbeständigkeit von Duplexlegierungen ist enorm. Viele Duplexlegierungen erreichen oder übertreffen die Korrosionsschutzleistung gängiger austenitischer Legierungen wie 304 und 316. Sie sind besonders wirksam gegen Spalt- und Lochfraßkorrosion.
Spannungsrisskorrosion (SSC) entsteht durch verschiedene atmosphärische Faktoren – Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind die wichtigsten. Zugspannungen verstärken das Problem zusätzlich. Normale austenitische Stähle sind sehr anfällig für Spannungsrisskorrosion – Duplex-Edelstahl hingegen nicht.
l Zähigkeit – Duplexstahl ist zäher als ferritische Stähle – auch bei niedrigeren Temperaturen, erreicht aber in dieser Hinsicht nicht die Leistungsfähigkeit austenitischer Stähle.
l Festigkeit – Duplexlegierungen können bis zu doppelt so fest sein wie austenitische und ferritische Gefüge. Die höhere Festigkeit bedeutet, dass das Metall auch bei geringerer Dicke formstabil bleibt, was insbesondere zur Gewichtsreduzierung wichtig ist.
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