Verarbeitung der verschiedenen Arten von korrosionsbeständigem Stahl

Technologie-Transfer-Stelle (TTS)im Berufsbildungs- und Technologiezentrumder KreishandwerkerschaftBremerhaven-Wesermünde

Herzlich Willkommen

Dipl.-Ing./ Schweißfachingenieur IWE

Alexander Kurgusow-LinkInnovations- und Transferbeauftragter der Kreishandwerkerschaft Bremerhaven - Wesermünde

05 November 2010BTZ-Bremerhaven

Einteilung nach dem Verwendungszweck- nicht rostende Stähle- hitze- und zunderbeständige Stähle- hoch warmfeste Stähle- tieftemperaturbeständige Stähle

Einteitung nach dem Gefügeaufbau- ferritische und semi(halb)-ferritische Stähle- martensitische und ausscheidungshärtende Stähle- austenitische Stähle- austenitisch-ferritische StähleEinteilung nach der Beständigkeit gegenüber dem Kornzerfall- unstabilisierte Stähle- stabilisierte Stähle- Stähle mit besonders niedrigem Kohlenstoff-Gehalt

Ferritische Cr-Stähle ( δ-ferritisch, krz´es Gitter)

Ziel der Entwicklung δ-ferritischer Stähle war es, bei gleicher Korrosionsbeständigkeit niedrige Werkstoffkosten gegenüber Ni-legierten Stählen zu erzielen.Nicht rostende ferritische Stähle sind bauaufsichtlich nur für Innenraumbereiche zugelassen. Ihr Anwendungsgebiet ist daher ansonsten auf konstruktiv nicht tragende Teile beschränkt.Da die europäische Norm EN 10088 die deutschen Normen DIN 17440 und DIN 17441 sowie das Stahl-Eisen-Werkstofblatt SEW 400 weitestgehend ersetzt, wird nachfolgend nur noch auf die Normenreihe DIN EN 10088 eingegangen.

Einsatzgebiete δ-ferritischer Stähle: Beispiele

- rost- und säurebeständige Stähle (Cr-Stähle + Ni, Mo, Ti und/oder Nb)

X6Cr13, (1.4000),X6CrMo17-1 (1.4113)

- hitze- und zunderbeständige Stähle (Cr-Stähle + Al oder Si)

X10CrAl24 (1.4762),X10CrSiAl18 (1.4742)

Schweißeignung δ-ferritischer StähleFür Beurteilung der Schweißeignung sind folgende Punkte zu beachten:• keine Aufhärtung bei reinen δ-Ferriten. Aufhärtungs- und Härterissgefahr erst mit martensitischer Umwandlung bei semiferritischen Stählen (Grenzgehalt von C ist 0,008%) • Ferritische Cr- Stähle neigen zu einer Kornvergröberung im nahtnahen Bereich,• keine Heißrissgefahr,• geringe Verformbarkeit aber ausreichende Duktilität bei dünneren Querschnitten (bis 12 mm), • Versprödung durch Cr-Karbidausscheidungen, die Gefahr von σ-Phasen- und Chi-Phasenbildung nimmt mit steigenden Gehalten an Mo und Cr zu,• Zähigkeitsverlust durch 475°-Versprödung bei langem Glühen zwischen 400 – 500°C,• Kerbschlagzähigkeit nimmt mit zunehmendem Cr-Gehalt ab. Extrem niedrige C- und Ni- Gehalte gewährleisten bei Superferriten aber ausreichende Zähigkeit,• δ-ferritische Gefügebereiche neigen bei Temperaturen ab 1000°C zur Grobkornbildung,• hohe Eigenspannungen aufgrund relativ hoher Streckgrenzen und geringer Wärmeleitfähigkeit,• das ferritische Gefüge ist als ά- und δ-Ferrit magnetisch.

Grundregel beim Schweißen:1. Vorwärmen auf 100 bis 300°C, damit durch die flachere Temperaturverteilung

die Wärme- und Eigenspannungen geringer sind und der Zähigkeitsverlust in der WEZ geringer ausfällt. Bei der Blechdicken unter 10 mm kann in vielen Fällen auf das Vorwärmen verzichtet werden.

2. Grundsätzlich mit geringer Streckenenergie schweißen, d.h. Strichraupen, dünne Elektrodendurchmesser, wenig Strom, damit der Werkstoff möglichst nur für kurze Zeit auf hohe Temperaturen kommt, um eine weitere Versprödung durch Grobkornbildung zu minimieren.

3. Eventuell, aufgrund einer hohen Zwischenlagentemperatur im Martensitanteil enthaltener Restaustenit wird durch langsames Abkühlen aus der Schweißwärme auf 80 – 150°C abgekühlt und gehalten. Nach der Martensitumwandlung erfolgt zur Verbesserung der Zähigkeit ( Verminderung der Sprödigkeit) ein Anlassen zwischen 700 – 850°C.

4. Grundsätzlich ist nach dem Schweißen ein Anlassen zwischen 700 – 850°C zu empfehlen, da zusätzlich zur Verbesserung der Zähigkeit ein Abbau der Schweißeigenspannungen stattfindet und durch die mögliche Cr-Diffusion die Gefahr von interkristalliner Korrosion gemindert wird. Die Glühzeiten liegen zwischen 15 Min. (stabilisierte Sorte) und 60 Min. das Abkühlmedium ist Luft (ausreichend schnell) oder Wasser, um σ- oder Chi-Phasenbildung zu vermeiden.

Martensitische Stähle

Einsatzgebiete martensitischer Stähle Beispiele

1.Rein martensitische Stähle:Chirurgische Instrumente, Messer, Wälzlager,

warmfeste Einsätze bis 500°C, Werkzeugstahl für Warmarbeit

X39Cr13 (1.4031),X50CrMoV15 (1.4116),X105CrMo17 (1.4125)

2. Martensitische Stähle mit Ferritanteil:Konstruktionsteile höherer Festigkeit, warmfest (Gas-, Wasser-, Dampf-armaturen, Achsen, Wellen, Turbinenschaufeln), Panzer

X12Cr13 (1.4006)

3. Weichmartensitische Stähle:Konstruktionsteile mit guten Zähigkeiteigenschaften und guter korrosiver Beständigkeit, Schweißen

X3CrNiMo13-4 (1.4313)

4. Ausscheidungshärtbare martensitische Stähle:Konstruktionsteile im Apparate- und Anlagenbau unter erhöhter mechanischer, thermischer und korrosiver Beanspruchung, Schweißen

X5CrNiMoCuNb16-4 (1.4542)X8CrNiMoAl15-17-2 (1.4532)

Schweißeignung nicht rostender martensitischer Stähle

Gezielte Lehrgangsgestaltung

Handlungsorientierte Lehrgangsgestaltung

Rein martensitische Stähle: bedingt bis nicht schweißgeeignet• Mit C ab 0,2% sind so umwandlungsträge, dass nach dem Schweißen in

der WEZ längere Zeit unterkühlter Austenit vorliegt, der sich erst nach einer Zwischenabkühlung in Martensit umwandelt.

Martensitisch-ferritische Stähle: bedingt schweißgeeignet• Stähle mit ~ 13 % Cr wandeln sich vollständig in Martensit und Ferrit

um; Stähle mit ~ 17 % teilweise. Weichmartensitische Stähle: schweißgeeignet• Schweißen unterhalb Ms (Tp = 100-150°C) und im Austenitgebiet (Tp =

200-300°C). Nach den Schweißen wird angelassen (0,5 – 1 h/600°C) oder neu vergütet (950 – 1050°C/Luft/600°C)

Aushärtbare martensitische Stähle: gut schweißgeeignet• Bei diesen Stählen bildet sich immer ein vollständig (zähes)

martensitisches Gefüge

Austenitische nicht rostende Stähle (kfz´es Gitter)

Einsatzgebiete austenitischer Stähle:

Beispiele

- Warmfeste, hitze- und zunderbeständiger Stähle

System CrNi 13/13, 16/13 oder 25/20 mit Mo bis 7%

- Nicht rostende Stähle System CrNi 18/10, CrNiMo 17/12/2 mit 0,02 bis 0,1 % C

- Kaltzähe Stähle System CrNi 18/8 mit 0,02 bis 0,1 %C

- Achtung! Alle vollaustenitischen Werkstoffe neigen im Gegensatz zu den austenitischen Stählen mit Ferritanteilen zur Heißrissbildung. Alternative ist eine geringe Wärmeeinbringung (dünne Elektroden, Strichraupen). Klassische austenitische Werkstoffe mit δ- Ferritanteilen sind sehr gut schweißgeeignet.

- Wegen der guten Verformungsfähigkeit, der guten Zähigkeit und den niedrigen Streckgrenzentreten keine Kaltriss-/Sprödbruchprobleme auf.

- Spaltabstände sind um 40% gegenüber unlegierten Stählen größer zu wählen oder es müssen mehr Heftstellen gesetzt werden.

- Spannungsarmglühen wäre jedoch wegen SpRK teilweise erforderlich. Um IK zu vermeiden, sollen Stähle mit niedrigem C-Gehalt oder stabilisierte Sorten verwendet werden.

Schweißeignung austenitischer Stähle

Austenitisch-ferritische nicht rostende Stähle (Duplex-Stähle)

Einsatzgebiete austenitisch-ferritischer Stähle

Beispiele

Bauteile für hohe chemische und mechanische Beanspruchung in Apparate-, Anlagen- und Maschinenbau; Petrochemieindustrie, Wasser- und Abwassertechnik, Offshore-Technik, Zellstoff- und chemische Industrie, Pumpen-, Zentrifugen- und Tankbau, Fördertechnik

X2CrNiN23-4 (1.4362)X2CrNiMoN22-5-2 (1.4462)X2CrNiMoCuWN25-7-4 (1.4501)

Schweißeignung austenitisch-ferritischer Stähle

Für Beurteilung der Schweißeignung sind folgende Punkte zu beachten:

• Mit steigendem Anteil von δ-Ferrit (> 50%) besteht die Gefahr der Grobkornbildung und die Gefahr der Versprödung durch Ausscheidungen, hohe Eigenspannungen und wasserstoffinduzierte Risse.• Die Heißrissgefahr nimmt mit steigendem Austenitgehalt (>50%) zu. Die Zwischenlagentemperatur wird daher je nach Austenitgehalt auf 200° C begrenzt.• Wegen des starken Verzug müssen größere Schweißspalte vorgesehen werden.• Für X2CrNiMoN22-5-3 wird eine Streckenenergie zwischen 6 – 25 kJ/cm empfohlen.• Oxidierte Heftstellen, Zündstellen und Schweißspitzer müssen entfernt werden, dürfen nicht überschweißt werden.• Anlauffarben sollen vermieden werden; Beiz- und Passiviermethoden, sowie Schleifen und Bürsten werden entsprechend den Austeniten durchgeführt.• Es sollen nur besonders geübte und zuverlässige Schweißer eingesetzt werden.

Verarbeitungsregeln(s. auch EN 1011-3 und Zulassungsbescheid Z-30.3-6)

Bei der Verarbeitung nicht rostender Stähle ist folgendes zu beachten:

• Maßnahme beim Schweißen.

• Maßnahme nach dem Schweißen.

• Flammrichten.

• Thermisches Trennen.

• Warmumformen.

• Kaltumformen.

• Spannende Formgebung.

• Wärmebehandlung.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

ENDE