Dieser Artikel bietet einen Überblick über die Werkstoffspezifikationen von Duplex-Stählen für den Einsatz in Druckgeräten. Im Vergleich zu einigen anderen Werkstoffen sind Standard-Duplex-Stähle und Super-Duplex-Edelstähle kostengünstigere Konstruktionswerkstoffe, die selbst in anspruchsvollen Anwendungsbereichen eine hohe mechanische Festigkeit, gute Schweißbarkeit, gute Zähigkeit und gute Korrosionsbeständigkeit bieten.

Diese Eigenschaften haben dazu geführt, dass Duplex-Edelstahl zunehmend in Druckbehältern, Reaktoren, Kolonnen, Lagertanks, Wärmetauschern und Rohrleitungssystemen in der Schwefelsäureverarbeitung sowie bei der Herstellung von Harnstoff und anderen Düngemitteln eingesetzt wird.

Mechanische Eigenschaften von Duplex-Stählen

Duplex-Stahl bietet eine sehr hohe mechanische Festigkeit und eine bis zu doppelt so hohe Streckgrenze im Vergleich zu herkömmlichen Edelstählen.
Aufgrund der hohen Festigkeitswerte, der guten Schweißbarkeit, der guten Zähigkeit und der guten Korrosionsbeständigkeit können Anwendungen realisiert werden, bei denen geringe Wandstärken und geringe Gewichte Vorteile bieten, wie zum Beispiel

• Druckbehälter
• Ventile
• Prozessanlagen (Schwefelsäure, Harnstoff und andere Düngemittel)
• Wärmetauscher
• Tanks
• Entsalzungsanlagen und Abwasserbehandlung
• Anlagen zur Lebensmittelverarbeitung

Die höhere Festigkeit lässt sich jedoch durch Umformverfahren erreichen, wie sie bei der Herstellung von Druckbehälterteilen zum Einsatz kommen, beispielsweise bei der Formung zylindrischer Profile, beim Pressformen sowie beim Formen von Behälterböden durch Pressen und Walzen. In erster Linie ist hierfür eine höhere Leistung der Umformanlagen erforderlich. Selbst wenn die Anlagen über eine höhere Leistung verfügen, muss der stärkere Rückfederungseffekt berücksichtigt werden.

Duplex-Stähle weisen eine geringere Duktilität (15 bis 30 %) auf als austenitische nichtrostende Stähle, bei denen für die meisten austenitischen Stähle eine Dehnung von mindestens 40 % erforderlich ist.

Eine gleichmäßige Temperaturverteilung bei der Warmumformung ist für den Erfolg der Warmumformung wichtig. Ist das Bauteil nicht kompakt, können die Kanten deutlich kühler sein als der Hauptkörper, und es besteht die Gefahr von Rissbildung in diesen kühleren Bereichen. Um diese Rissbildung zu vermeiden, ist es notwendig, das Werkstück erneut zu erwärmen, wenn diese lokalen Bereiche Gefahr laufen, unter die Mindesttemperatur für die Warmumformung abzukühlen.
Bei bestimmten Querschnitten ist zu prüfen, ob das Wasserabschrecken schnell genug ist, um die Ausscheidung intermetallischer Phasen zu verhindern.

Korrosionsbeständigkeit von Super-Duplex-Stählen

Duplex-Edelstähle weisen in den meisten Umgebungen, in denen auch die üblichen austenitischen Stähle zum Einsatz kommen, eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Dies resultiert aus ihrem hohen Chromgehalt, der in oxidierenden Säuren von Vorteil ist, sowie aus einem ausreichenden Gehalt an Molybdän und Nickel, der für Beständigkeit in schwach reduzierenden Säureumgebungen sorgt.

Der relativ hohe Chrom-, Molybdän- und Stickstoffgehalt verleiht ihnen zudem eine sehr gute Beständigkeit gegen chloridinduzierte Lochfraß- und Spaltkorrosion. Die Duplexstruktur ist ein Vorteil in Umgebungen mit potenziellem Risiko für chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion (SCC), insbesondere bei einem Ferritanteil von mindestens 30 %.

Ferrit ist jedoch anfällig für Wasserstoffversprödung. Daher weisen die Duplex-Edelstähle keine hohe Beständigkeit in Umgebungen oder Anwendungen auf, in denen Wasserstoff in das Metall eindringen und eine Wasserstoffversprödung verursachen kann.

Schweißen von Duplex-Edelstählen und Super-Duplex-Edelstählen

Die Schweißbarkeit von Duplex-Stählen ist sehr gut. Duplex-Stähle weisen aufgrund ihres hohen Ferritgehalts eine sehr gute Beständigkeit gegen Heißrisse auf (im Gegensatz zu austenitischen Stählen, bei denen die Neigung zu Heißrissen sehr hoch ist, da die Erstarrung fast ausschließlich austenitisch erfolgt).

Bei Duplex-Stählen stehen die Probleme, die am meisten Anlass zur Sorge geben, im Zusammenhang mit der Wärmeeinflusszone (HAZ) und nicht mit dem Schweißgut. Zu den Problemen in der HAZ zählen der Verlust der Korrosionsbeständigkeit, der Zähigkeit oder Rissbildung nach dem Schweißen. Um diese Probleme zu vermeiden, sollte sich das Schweißverfahren darauf konzentrieren, die Gesamtzeit im „glühenden“ Temperaturbereich zu minimieren, anstatt die Wärmezufuhr für einen einzelnen Durchgang zu steuern.

Ein Vorwärmen wird im Allgemeinen nicht empfohlen. Wenn zum Umgang mit Feuchtigkeit vorgeheizt wird, sollte der Stahl gleichmäßig auf etwa 100 °C erwärmt werden, und zwar erst, nachdem die Schweißnahtvorbereitung gereinigt wurde.
Duplex-Stähle vertragen relativ hohe Wärmezufuhren. Eine übermäßig hohe Wärmezufuhr erhöht die Gefahr der Bildung metallischer Phasen. Das Schweißverfahren sollte eine schnelle Abkühlung dieses Bereichs nach dem Schweißen ermöglichen. Als allgemeine Richtlinie gilt, dass die maximale Zwischenlagentemperatur bei Lean- und Standard-Duplex-Stählen auf 150 °C und bei Super-Duplex-Stählen auf 100 °C begrenzt ist.

Duplex-Edelstähle können mit anderen Duplex-Edelstählen, mit austenitischen Stählen sowie mit Kohlenstoff- und niedriglegierten Stählen geschweißt werden.

Tabelle: Duplex Stähle Übersicht

EN-Werkstoff Nr.	Duplex Stahl Typ	Normen	Produkt	Verweis auf Design Codes	Betriebs-Temperatur Temp. min/max	NACE MR0175/ ISO 15156-3	Material UNS No.
1.4162	Lean Duplex	EN 10028-7	Blech	EN ISO 21009-1	–		S32101
1.4362 1.4362 1.4362 1.4362	Lean Duplex	EN 10028-7  EN 10272 EN 10216-5 EN 10217-7	Blech Stab naht. Rohre geschw. Rohre	EN 13445-2 & EN 13480-2 & EN ISO 21009-1 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2	-40/250 °C		S32304
1.4424	Lean Duplex	EN 10216-5	Seamless tube	EN 13445-2 & EN 13480-2	-40/250 °C		S31500
1.4462 1.4462 1.4462 1.4462 1.4462 1.4462	Standard Duplex	EN 10028-7 EN 10272 EN 10216-5 EN 10217-7 EN 10222-5 EN 10253-4	Blech Stab naht. Rohre geschw. Rohre Schmiedeteile Fittings	EN 13445-2 & EN 13480-2 & EN ISO 21009-1 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2	-40/250 °C	Chloridbeständig gegen Spaltkorrosion (SCC); max. Temperatur 232 °C; im lösungsgeglühten und wasserabgeschreckten Zustand, ohne Alterungs- Wärmebehandlungen; max. 25 HRC; Ferrit: 35 bis 65 %;	S31803/ S32205
1.4470	Standard Duplex	EN 10213	Stahlguss	EN 13445-2	-40/250 °C		J92205
1.4410 1.4410 1.4410 1.4410 1.4410 1.4410	Super Duplex	EN 10028-7 EN 10272 EN 10216-5 EN 10217-7 EN 10222-5 EN 10253-4	Blech Stab naht. Rohre geschw. Rohre Schmiedeteile Fittings	EN 13445-2 & EN 13480-2 & EN ISO 21009-1 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2	-40/250 °C		S32750
1.4501 1.4501 1.4501 1.4501 1.4501	Super Duplex	EN 10028-7 EN 10272 EN 10216-5 EN 10217-7 EN 10253-4	Blech Stab naht. Rohre geschw. Rohre Schmiedeteile Fittings	EN 13445-2 & EN 13480-2 & EN ISO 21009-1 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2	-40/250 °C		S32760
1.4507 1.4507 1.4507 1.4507	Super Duplex	EN 10028-7 EN 10272 EN 10216-5 EN 10253-4	Blech Stab naht. Rohre Fittings	EN 13445-2 & EN 13480-2 & EN ISO 21009-1 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2 EN 13445-2 & EN 13480-2	-40/250 °C		S32550
1.4469	Super Duplex	EN 10213	Stahlguss	EN 13445-2	-40/250 °C		J93404
1.4417	Super Duplex	EN 10213	Stahlguss	EN 13445-2	-40/250 °C		S31500

Weiterführende Informationen

Fachbeitrag: Duplex Stähle – Klassifizierung in 4 Gruppen