Die Erfindung der Argon-Sauerstoff-Entkohlung (AOD), eines Verfahrens zur Edelstahlraffination, ermöglichte 1968 die Entwicklung einer Reihe neuer Edelstähle. Ein Fortschritt des AOD-Verfahrens ist die Zugabe des Legierungselements Stickstoff (N). Die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Wärmeeinflusszone (WEZ) ähneln denen des Grundwerkstoffs, und die Bildung schädlicher intermetallischer Phasen kann durch die Zugabe von Stickstoff zu Duplex-Edelstahl reduziert werden.
Wie austenitischer Edelstahl ist auch Duplex-Edelstahl eine Stahlsorte, deren Korrosionsbeständigkeit von ihrer Legierungszusammensetzung abhängt. Duplex-Edelstahl wird kontinuierlich weiterentwickelt. Moderner Duplex-Edelstahl lässt sich in vier Typen unterteilen:
1. Duplex-Edelstahl 2304 minderer Güte ohne Molybdän;
2. Standard-Duplex-Edelstahl 2205, der mehr als 80 % des gesamten Duplexstahls ausmacht;
3. Duplex-Edelstahl mit 25 % Cr, wie er typischerweise aus der Legierung 255 besteht, kann als Superduplex-Edelstahl klassifiziert werden;
4. Superduplex-Edelstahl mit einem Chromgehalt von 25–26 % enthält mehr Molybdän und Stickstoff als die Legierung 255. Typische Stahlsorte: 2507.
Die Legierungselemente in Duplex-Edelstahl sind hauptsächlich Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Stickstoff (N) und Nickel (Ni). Ihre Funktionen im Duplexstahl sind folgende:
Cr
Mindestens 10,5 % Chrom im Stahl bilden einen stabilen Passivierungsfilm, der den Stahl vor atmosphärischer Korrosion schützt. Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl steigt mit zunehmendem Chromgehalt. Chrom ist ein Ferritelement, das die Eisenstruktur mit kubisch-raumzentriertem Gitter stabilisiert und die Oxidationsbeständigkeit des Stahls bei hohen Temperaturen verbessert.
Mo
Der synergistische Effekt von Molybdän (Mo) und Chrom (Cr) verbessert die Chloridkorrosionsbeständigkeit von Edelstahl. Mo ist in chloridhaltiger Umgebung dreimal beständiger gegen Loch- und Spaltkorrosion als Cr (siehe CPT-Formel). Mo ist ein ferritbildendes Element und fördert zudem die Bildung intermetallischer Phasen. Daher liegt der Mo-Gehalt in austenitischem Edelstahl unter 7,5 % und in Duplexstahl unter 4 %.
N
Stickstoff erhöht die Beständigkeit von austenitischem und Duplex-Edelstahl gegen Lochfraß und Spaltkorrosion und verbessert die Festigkeit des Stahls signifikant. Er ist das wirksamste Element zur Lösungsverfestigung. Gleichzeitig erhöht Stickstoff die Zähigkeit von austenitischem und Duplex-Edelstahl, verzögert die Bildung intermetallischer Phasen, ermöglicht ausreichend Zeit für die Verarbeitung und Herstellung von Duplex-Edelstahl und wirkt der Neigung zur Bildung der σ-Phase entgegen, die aufgrund des hohen Chrom- und Molybdängehalts leicht auftritt.
Stickstoff (N) ist ein stark austenitisches Element, das Nickel (Ni) in austenitischem Edelstahl teilweise ersetzen kann. Im Allgemeinen werden N und Ni, die nahe an der Löslichkeitsgrenze liegen, Duplex-Edelstählen zugesetzt, um das Phasengleichgewicht einzustellen. Um die gewünschte Duplexstruktur zu erzielen, ist ein Gleichgewicht zwischen den Ferritelementen Chrom (Cr) und Nickel (Ni) sowie den austenitbildenden Elementen Nickel (Ni) und Stickstoff (N) erforderlich.
Ni
Nickel ist ein Element, das die Austenitstruktur stabilisiert. Die Zugabe von Nickel zu einer Eisenlegierung kann die Umwandlung von Edelstahl von kubisch-raumzentriert (Ferrit) in kubisch-flächenzentriert (Austenit) fördern.
Ni kann die Bildung der intermetallischen Phase verzögern, aber der Effekt ist weitaus weniger wirksam als bei n.
Hier sind zwei Arten von Duplex-Edelstahl, um seine Leistungsfähigkeit besser zu verstehen.
Veröffentlichungsdatum: 10. Mai 2022