Was ist nichtrostender Duplex-Stahl?

Duplex-Edelstahl ist eine besondere Stahlsorte, die aufgrund ihrer einzigartigen zweiphasiges Gefüge: Es enthält sowohl Austenitisch und Ferritisch Phasen, wobei jede Kristallphase etwa 50% ausmacht. Dieses präzise Mikrogefüge ist die Grundlage für die hohe Leistungsfähigkeit des nichtrostenden Duplexstahls. Die ferritische Phase sorgt für eine hohe Festigkeit und Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion, während die austenitische Phase eine hervorragende Zähigkeit und Duktilität gewährleistet. Dank dieser perfekten Kombination überwindet nichtrostender Duplexstahl die Einschränkungen einphasiger Stähle und ist damit ein Werkstoff, der sowohl Festigkeit als auch Korrosionsbeständigkeit bietet.

Dieser Artikel gibt einen umfassenden Überblick über die Eigenschaften, Arten und Anwendungen von rostfreiem Duplexstahl und beantwortet häufig gestellte Fragen.

Historische Entwicklung

Die Ursprünge des nichtrostenden Duplexstahls lassen sich bis in die 1930er Jahre in Schweden zurückverfolgen, wo er zunächst für die Verwendung in der Sulfitpapierindustrie entwickelt wurde, um der Chloridkorrosion zu widerstehen. Seine Anwendung blieb jedoch aufgrund der damaligen Verhüttungstechnologien begrenzt. Erst in den 1970er Jahren, mit der Reifung der Argon-Sauerstoff-Entkohlung (AOD) Schmelztechnologie konnten die Forscher den Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt im Stahl genau steuern. Dieser Durchbruch stabilisierte das Verhältnis von Austenit und Ferrit und führte zur großtechnischen Herstellung und Anwendung von 2205die zweite Generation der nichtrostenden Duplexstähle. Die anschließende Entwicklung von mit Stickstoff angereicherten nichtrostenden Super-Duplex-Stählen (wie z. B. 2507) in den 1980er Jahren wurde ihre Verwendung in noch schwierigeren Umgebungen ausgeweitet, was sie zu einem unverzichtbaren Hochleistungsmaterial in der modernen Industrie machte.

Mikrostruktur

Er besteht sowohl aus austenitischen als auch aus ferritischen Kristallphasen, die in der Regel in abwechselnden band- oder inselartigen Strukturen angeordnet sind. Die austenitische Phase hat eine kubisch-flächenzentrierte Struktur (FCC), während die ferritische Phase eine kubisch-körperzentrierte Struktur (BCC) hat. Diese duale Struktur vereint die Vorteile beider Kristallphasen: Die Korngrenzen der ferritischen Phase können die Rissausbreitung wirksam stoppen und bieten eine hohe Festigkeit und Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Gleichzeitig gewährleisten die Zähigkeit und Duktilität der austenitischen Phase die Zuverlässigkeit des Werkstoffs während der Verarbeitung und Verwendung.

Zusammensetzung

Die folgende Tabelle zeigt den typischen Bereich der wichtigsten Legierungselemente für gängige Duplexsorten.

Legierungselement	2205 (Standard)	2507 (Super)	2101 (mager)	32760 (Super)
Chrom (Cr)	22% – 23%	24% – 26%	21% – 22%	24% – 26%
Nickel (Ni)	4.5% – 6.5%	6% – 8%	1.5% – 2.5%	6% – 8%
Molybdän (Mo)	3% – 3.5%	3% – 5%	0.1% – 0.8%	3% – 4%
Stickstoff (N)	0.14% – 0.20%	0.24% – 0.32%	0.20% – 0.25%	0.20% – 0.30%
Kohlenstoff (C)	≤0,030%	≤0,030%	≤0,030%	≤0,030%
Mangan (Mn)	≤2%	≤1.2%	4% – 6%	–
Silizium (Si)	≤1%	≤0,8%	–	–
Phosphor (P)	≤0,03%	≤0,035%	–	–
Kupfer (Cu)	–	–	0.1% – 0.8%	0.5% – 1.0%
Wolfram (W)	–	–	–	0.5% – 1.0%

Leistung

Die einzigartige Struktur von rostfreiem Duplexstahl verleiht ihm eine überragende Leistungsfähigkeit und macht ihn zu einem bevorzugten Werkstoff für anspruchsvolle Anwendungen. In der folgenden Tabelle sind die spezifischen Eigenschaften der gängigen Duplex-Stahlsorten aufgeführt.

Eigentum	2205 (Standard-Duplex)	2507 (Super Duplex)	2101 (Mageres Duplex)	32760 (Super Duplex)
Zugfestigkeit	620 - 880 MPa	800 - 1000 MPa	600 - 850 MPa	780 - 950 MPa
Streckgrenze	450 MPa Minimum	550 MPa Minimum	400 MPa Minimum	550 MPa Minimum
Korrosionsbeständigkeit	Ausgezeichnete Beständigkeit gegen Lochfraß, Spalt- und Spannungsrisskorrosion in chloridhaltiger Umgebung.	Extrem hohe Beständigkeit gegen Lochfraß, Spalt- und Spannungsrisskorrosion. Überlegener als 2205.	In vielen Umgebungen vergleichbar mit 304L, mit überlegener Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit.	Außergewöhnliche Beständigkeit gegen Korrosion und Erosion. Einsatz in den aggressivsten Umgebungen.
Zähigkeit	Gut, insbesondere bei niedrigen Temperaturen bis zu -50°C.	Gut, mit Widerstand gegen Versprödung.	Gut.	Ausgezeichnet.

Arten von Duplex-Edelstahl

Nichtrostender Duplexstahl ist kein einheitlicher Werkstoff, sondern eine Familie von Güten, die je nach Legierungsgehalt und Leistung in verschiedene Typen eingeteilt werden.

• Magerer Duplexstahl: Bei diesen Sorten wird der Gehalt an teurem Nickel reduziert und durch eine Erhöhung von Mangan und Stickstoff kompensiert, um die Leistungsfähigkeit zu erhalten. Ein Paradebeispiel ist 2101das eine kosteneffiziente Lösung mit guter Korrosionsbeständigkeit bietet und häufig für architektonische und strukturelle Anwendungen verwendet wird.
• Standard-Duplex-Stahl: Vertreten durch 2205ist die am weitesten verbreitete und ausgewogene Sorte, die eine hervorragende Kombination aus Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bietet. Sie ist die erste Wahl für die meisten Anwendungsszenarien.
• Super-Duplex-Stahl: Noten wie 2507 und 32760 enthalten einen höheren Anteil an Chrom, Molybdän und Stickstoff. Dies macht sie extrem widerstandsfähig und korrosionsbeständig. Sie wurden speziell für die aggressivsten Umgebungen entwickelt, z. B. für die Meerwasserentsalzung und stark säurehaltige Medien.

Klassen

Nichtrostende Duplexstähle sind je nach ihrer Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit in verschiedenen Güteklassen erhältlich. Im Folgenden werden einige gängige Duplex-Stahlsorten und ihre Anwendungen vorgestellt:

Klasse	Allgemeiner Name	Wichtige Eigenschaften	Typische Anwendungen
2205	Standard-Duplex-Stahl	Ausgewogene Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit	Öl und Gas, Chemietechnik, Meerestechnik
2507	Super-Duplex-Stahl	Extrem hoch Korrosionsbeständigkeit	Meerwasserentsalzung, raue, säurehaltige Umgebungen
2101	Magerer Duplexstahl	Kostengünstig, gute Korrosionsbeständigkeit	Bauwesen, Leichtindustrie
32760	Super-Duplex-Stahl	Äußerst hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit	Tiefseeausrüstung, Wärmetauscher

Probleme beim Schweißen

Das Schweißen von nichtrostendem Duplexstahl ist komplexer als das Schweißen von einphasigen nichtrostenden Stählen. Die größte Herausforderung besteht darin, das Gleichgewicht der austenitischen und ferritischen Phasen in der Schweißnaht aufrechtzuerhalten. Wenn der Wärmezyklus beim Schweißen nicht richtig gesteuert wird, können folgende Probleme auftreten:

• Phasen-Ungleichgewicht: Die beim Schweißen entstehende Wärme kann das Phasengleichgewicht in der Schweißnaht und in der Wärmeeinflusszone beeinträchtigen. Eine zu hohe Wärmezufuhr oder eine zu schnelle Abkühlung kann zu einem zu hohen Ferritgehalt führen, der die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs beeinträchtigt.
• Bildung von schädlichen Phasen: Bei längerem Aufenthalt in bestimmten Temperaturbereichen (z. B. zwischen 800 °C und 950 °C) können sich spröde intermetallische Phasen wie die Sigma-Phase (σ-Phase) bilden. Diese schädlichen Phasen können die Zähigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs stark verringern.

Daher erfordert das Schweißen von nichtrostendem Duplexstahl eine strenge Kontrolle der Wärmezufuhr, der Zwischenlagentemperatur und der Abkühlgeschwindigkeit. Die Verwendung spezieller Schweißzusatzwerkstoffe, die der Zusammensetzung des Grundwerkstoffs genau entsprechen, ist ebenfalls unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Schweißverbindung ihre hervorragenden mechanischen und korrosionsbeständigen Eigenschaften beibehält.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Duplex- und 316er-Edelstahl?

• Edelstahl 316 ist ein austenitischer nichtrostender Stahl mit mäßiger Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, der jedoch eine geringe Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion aufweist.
• Duplex-Edelstahl (z. B. 2205) hat eine doppelt so hohe Festigkeit wie 316 und bietet eine viel bessere Beständigkeit gegen Lochfraß und Spannungsrisskorrosion in chloridhaltiger Umgebung.

Was ist das Äquivalent zu rostfreiem Duplexstahl 2205?

International ist die ASTM-Standardsorte für 2205 S32205. Zu den gleichwertigen Qualitäten in anderen Ländern gehören Chinas 022Cr22Ni5Mo3N und der EU 1.4462.

Ist 304 ein rostfreier Duplexstahl?

Nein, Rostfreier Stahl 304 ist ein klassischer austenitischer rostfreier Stahl, dessen Gefüge fast ausschließlich aus der austenitischen Phase besteht.

Wie hoch ist der Kilopreis für rostfreien Duplexstahl?

Der Preis für nichtrostenden Duplexstahl ist im Allgemeinen höher als gewöhnliche nichtrostende Stähle (wie 304 und 316), da die Legierungszusammensetzung teurere Elemente wie Chrom, Molybdän und Nickel enthält. Der spezifische Preis hängt von der Sorte, dem Marktangebot und der Nachfrage, der Produktform (Bleche, Rohre usw.) und dem Lieferanten ab.

Zusammenfassung

Mit seiner überlegenen Kombination von Eigenschaften bietet nichtrostender Duplexstahl unvergleichliche Vorteile bei der Bewältigung komplexer und anspruchsvoller industrieller Herausforderungen. Er ist nicht nur ein Werkstoff, sondern auch ein Zeugnis für den Fortschritt der modernen Technik. Ganz gleich, ob Sie einen Werkstoff mit hoher Festigkeit und hervorragender Korrosionsbeständigkeit oder ein perfektes Gleichgewicht zwischen Kosteneffizienz und Leistung suchen - nichtrostender Duplexstahl ist eine ideale Wahl, die sich lohnt.

Wenn Sie einen Anwendungsbedarf für rostfreien Duplexstahl haben oder maßgeschneiderte Lösungen benötigen, Sie können uns gerne kontaktieren für professionelle Unterstützung und Service!