Expertenwissen: Duplex Stahl. Expertenwissen: Plasmaschneiden Flammstrahlen Flammstrahlen Flammrichten.

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1 13 Flammstrahlen 15 Lichtbogen Handschweißen 16 Duplex Stahl 17 Plasmaschneiden 18 Schweißprozessgase 13 Flammstrahlen 15 Lichtbogen Handschweißen Expertenwissen: Duplex Expertenwissen: Stahl. Plasmaschneiden. 16 Duplex Stahl 17 Plasmaschneiden 18 Schweißprozessgase Expertenwissen: Duplex Stahl. Hier kaufen die Profis.

2 Kurz erklärt. Allgemeines Duplexstähle besitzen ein zweiphasiges Gefüge (daher der Name Duplexstahl) aus Austenit und Ferrit. Durch diese spezielle Gefügestruktur vereinen Duplexstähle gewissermaßen das Beste aus zwei Welten. 3 Dem gegenüber stehen die austenitischen ChromNickelStähle. Sie sind in der Regel gut schweißgeeignet und weisen gute Zähigkeitseigenschaften bei sehr guter Beständigkeit gegen chloridinduzierte Lochkorrosion auf. Die nutzbaren Festigkeiten und die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion liegen jedoch deutlich unter denen der CrStähle. Auf der einen Seite stehen die ferritischen Chromstähle, die bei CrGehalten über 18 % eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion in chloridhaltigen Medien und hohe Festigkeiten aufweisen, aber kaum schweißgeeignet sind. Über 25 x in Deutschland. Die Experten für das Schweißerhandwerk. Linde Gas & More ist das persönliche und kundenorientierte Shopkonzept von Linde Gas. Das Franchisekonzept bietet seinen Kunden seit vielen Jahren ein OneStopShopping für alle Produkte und Dienstleistungen rund um das Thema Gas. lungen im Umgang mit Gasen sind selbstverständlich bei Gas & More bleiben keine Wünsche offen. An vielen Linde Gas & More Shops bekommen Sie sogar Autogas, die preisgünstige und umweltfreundliche Alternative zu Benzin und Diesel. Technische Gase werden in allen Bereichen des täglichen Lebens benötigt. Dies gilt von der Lebensmittelindustrie über die metallverarbeitende Industrie bis hin zu Forschung und Entwicklung. Linde Gas & More Shops führen neben allen Flaschengasen ein großes Sortiment, bestehend aus: Lichtbogen/ Autogentechnik, Zusatzwerkstoffen, Schweißnahtbearbeitung, Arbeitsschutz sowie Schweißvorrichtungen u.v.m. Ein ausgewähltes Sortiment aus dem Freizeitbereich rundet das Gas & More Portfolio für gewerbliche und private Kunden ab. Und das ist noch nicht alles: Für uns steht der Kunde mit seinen individuellen Bedürfnissen im Mittelpunkt. Wir unterstützen Sie direkt vor Ort durch unsere qualifizierte Vertriebsmannschaft oder an den Standorten der Gas & More Shops durch kompetente Ansprechpartner, die Sie in allen fachlichen Belangen über unser vielfältiges Warenangebot beraten. Profis und Privatkunden finden in einem freundlichen Ambiente kompetente Beratung. Auch Lieferservice, Verladehilfe, Mietprodukte und Sicherheitsschu Gas & More steht für: Sicherheit Kompetenz Zuverlässigkeit. Überzeugen Sie sich selbst! DIE ZAHL 1968 Die Entwicklung des AOD (argon oxygen decarburization) Prozesses erlaubte es im Jahr 1968, eine Bandbreite neuer nichtrostender Stähle herzustellen. Dazu gehörte auch das Hinzulegieren von Stickstoff. Die Stickstofflegierung von Duplexstählen erlaubt es, im geschweißten Zustand einen Grad von Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erreichen, der sich dem des Grundwerkstoffs annähert.

3 4 1. Duplex und Superduplexstähle Duplexstähle haben mit ihrem Gefüge aus Ferrit und Austenit im Vergleich zu austenitischen höhere Festigkeitswerte bei gleichzeitig guter Zähigkeit bei Raumtemperatur. Die Werkstoffgruppe ist in der EN genormt. stoffgruppe ist beschränkt, weil die mechanischtechnologischen Eigenschaften vorrangig die Zähigkeitswerte nicht bei dickeren Schweißkonstruktionen den Anforderungen genügen. Die Korrosionsbeständigkeit der Duplexstähle im Vergleich zu anderen nichtrostenden Stählen stellt sich wie folgt dar: Die Charakterisierung des Verhaltens gegen Lochfraß ist das Prüfen des Werkstoffs oder der Schweißverbindung über 24 h in einer chloridhaltigen Lösung bei konstanter Temperatur. Die Temperatur wird so lange erhöht, bis zum ersten Mal Lochfraß auftritt. Diese Temperatur wird als kritische Lochfraßtemperatur oder CPT (critical pitting temperature) bezeichnet. Die Wirkung der Elemente Cr, Mo und N ist unterschiedlich, deshalb wird eine Wirksumme (pitting index) errechnet. Die Wirksumme berechnet sich wie folgt: Wirksumme in % = % Cr + 3,3 x % Mo + 13 x % N Bild 1: Gefüge eines Duplexstahls Es lassen sich drei Stahlsorten unterscheiden. Der meist eingesetzte Duplexstahl ist eine mittellegierte molybdänhaltige Stahlsorte. Erhöht man durch Legieren die Wirksumme, so spricht man von Superduplexgüten, die zum Teil noch mit Kupfer oder Wolfram legiert sind. Die Lochfraßbeständigkeit entspricht bereits der von superaustenitischen Stählen. Sehr geringe Molybdängehalte haben die niedriglegierten nichtrostenden Duplexstähle, die sich gegenüber austenitischen Standardgüten durch eine verbesserte Spannungsrisskorrosion auszeichnen. Stahlgüte Duplexstahl, niedriglegiert Duplexstahl, mittellegiert Duplexstahl, hochlegiert Superduplexstahl Bezeichnung Zusammensetzung X2 CrNiN 234 X2 CrNiMoN 2253 X 2 CrNiMoN 2574 Ferritische Chromstähle sind in hohem Maße beständig gegen chloridhaltige Medien. Der Einsatz dieser Werk Die Duplexstähle haben im Anlieferungszustand ein FerritAustenitVerhältnis von etwa 50:50. Das Zustandsschaubild im System EisenChromNickel für den Werkstoff zeigt, dass der Werkstoff bei hoher Temperatur ferritisch ist und dann eine Teilumwandlung des Austenits erfolgt. Gleichgewichtsdiagramme gelten für sehr langsame Abkühlungen und sagen nichts über das Umwandlungsverhalten wie die Abkühlgeschwindigkeiten des Schweißens aus. Die nichtrostenden Duplexstähle haben aufgrund ihrer ferritischen Erstarrung eine geringe Neigung zur Heißrissbildung. Dies ist gegenüber den Vollausteniten mit vergleichbarer Korrosionsbeständigkeit ein wichtiger Vorteil bei der schweißtechnischen Verarbeitung. Für die Darstellung des zeit und temperaturabhängigen Umwandlungsverhaltens gibt es ein kontinuierliches ZTUSchaubild. Die beiden Legierungen unterscheiden sich durch den Stickstoffgehalt. Bei der Legierung N1 besteht bei schneller Abkühlung das Gefüge bei Raumtemperatur zu 84 % aus Ferrit, das heißt der gebildete Ferrit ist quasi eingefroren. Erst bei sehr langsamen Abkühlgeschwindigkeiten geht der Ferritgehalt zurück. Die Legierung N2 mit dem erhöhten Stickstoffgehalt ist dagegen sehr viel umwandlungsfreudiger, weil beispielsweise der Ferritgehalt nur noch 34 % beträgt, wenn die Abkühlgeschwindigkeit zwischen 1200 C und 800 C etwa 10 Sekunden beträgt. Damit kommt dem Stickstoff als austenitstabilisierendem Element eine hohe Bedeutung beim Schweißen der Duplexstähle zu. Kontinuierliches ZTUSchaubild Beständigkeit gegen Lochfraß Legierung 100 N1 24,7 6,8 0,020 0,056 0,02 0,02 0,006 0, C 60 sec N2 24,3 7,3 0,028 0,20 0,07 0,13 0,007 0, C 90 sec 80 C Korrosionsbeständigkeit 4. Werkstoffverhalten Es zeigt sich, dass die Standardgüte der Duplexstahl dem höherwertigen austenitischen Stahl gleichwertig ist. Der Nickelgehalt hat auf diese Korrosionsbeständigkeit keinen Einfluss. Dagegen ist Nickel ein wichtiges Element, wenn es um die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SRK) geht. Ferritische Chromstähle mit 100 % Ferritgehalt sind bekannterweise vollkommen und Stähle mit Ferritgehalten zwischen 30 und 50 % (Duplexstähle) besonders beständig gegen Spannungsrisskorrosion. CPT Stahlgüte und Zusammensetzung 3. Schweißeignung C N Si 50 % 55 Wirksumme in % = % Cr + 3,3 x % Mo + 30 x % N Bild 2: Beständigkeit gegen Lochfraß für unterschiedliche nichtrostende Stähle Mn P S N2 δ+γ 800 N1 20 % δ Ferrit 34 bei Raumtemperatur 84 1 Ferritisierung N2 A₄Temp N1 Beginn der γausscheidung δ % FeCl₃ 6 H₂0 24 h Ni Temperatur in C Massengehalt in % Cr Zeit in s Bild 3: Kontinuierliches ZTUSchaubild für Duplexstähle mit unterschiedlichen Stickstoffgehalten Wasserstoff kann im Schweißgut des Duplexstahls in Verbindung mit hoher Verformungsbehinderung und den hohen Ferritgehalten zur verzögerten Rissbildung führen. Dies schließt den Einsatz vorteilhafter ArgonWasserstoffSchutzgase beim Schutzgasschweißen aus. Bedingt durch das Fließverhalten des Werkstoffs wird empfohlen, größere Öffnungswinkel als bei austenitischen nichtrostenden Stählen zu verwenden, und mit etwas höherem Wärmeeinbringen zu schweißen. Beim Schweißen der Wurzellage soll der Stegabstand etwas breiter sein als bei den austenitischen Standardqualitäten. Als Schweißverfahren für die Wurzellage ist das WIGSchweißen immer zu bevorzugen. Der Ausdehnungskoeffizient der Duplexstähle liegt in der Größenordnung der Baustähle. Damit ist der Verzug bei gleichem Wärmeeinbringen viel geringer als der von austenitischen Stählen. Dies wirkt sich vorteilhaft und kostensparend in der Fertigung auf das Spannen der Bauteile, das Heften und das Schweißen aus. 5. Schweißverfahren Für die Beschreibung der spezifischen Vorteile der Schweißverfahren und die sich daraus ergebenden Einsatzgebiete wird auf das Merkblatt 823 Schweißen von Edelstahl Rostfrei der Informationsstelle Edelstahl Rostfrei verwiesen. Es gelten die gleichen Kriterien für die Auswahl des Schweißverfahrens wie beim Schweißen anderer nichtrostender Stähle. Die häufigsten zum Einsatz kommenden Verfahren sind neben dem Elektrodenhandschweißen das WIG und MAGSchweißen mit Massiv und Fülldraht. Das WIGOrbitalschweißen hat beim Rohrschweißen einen hohen Stellenwert, weil die hohen Anforderungen an die reproduzierbare Qualität der Schweißverbindungen auf Baustellen nur auf diese Weise erreichbar sind.

4 6 7 Das MAGSchweißen mit Fülldrahtelektroden muss besonders erwähnt werden, da neben der hohen Abschmelzleistung in allen Schweißpositionen ein optisch gutes Nahtaussehen erreicht wird und die Nacharbeitungskosten aufgrund oxidfreier Nähte wesentlich geringer als beim MAGSchweißen mit Massivdrahtelektroden sind. 6. Schweißzusatzwerkstoffe Das Schweißen ohne Zusatzwerkstoff ist zu vermeiden. Ein artgleicher Schweißzusatzwerkstoff ergibt in der Naht ein grobkörniges ferritisches Gefüge mit geringem Austenitanteil. Dies bedeutet geringe Werte für die Zähigkeit und verminderte Korrosionsbeständigkeit. Die Zusatzwerkstoffe werden mit Nickel etwas überlegiert. Dadurch findet bei höheren Temperaturen die Austenitumwandlung statt und das Schweißgut enthält weniger Ferrit. Die für die Austenitbildung notwendigen Stickstoffgehalte sind im Zusatzwerkstoff gleich hoch wie im Grundwerkstoff. Schweißzusatzwerkstoffe Verfahren Bezeichnung DIN EN ISO EHand E N L R WIG W N L MAGMassivdraht G N L MAGFülldraht T N L Tabelle 2: Schweißzusatzwerkstoffe für den Duplexstahl Wärmeeinbringen Das Wärmeeinbringen bei den nichtrostenden Duplexstählen muss in bestimmten Grenzen erfolgen. Niedriges Wärmeeinbringen führt zu einer hohen Abkühlgeschwindigkeit und damit zu hohem Ferritgehalt. Es soll nicht wie bei austenitischen Stählen auf Kupferunterlagen geschweißt werden. Das Zünden des Lichtbogens muss immer in der Schweißfuge erfolgen. Zu hohes Wärmeeinbringen kann zur Ausscheidung von Chromnitriden führen. Aus dem ZTUSchaubild wurde deutlich, dass die FerritAustenitUmwandlung bei Duplexstählen von der Abkühlgeschwindigkeit bestimmt wird, wobei der Stickstoff das bestimmende Element ist. Die Einstellung der Abkühlgeschwindigkeit erfolgt in der Praxis bei vorgegebener Konstruktion über die Streckenenergie. Duplexstähle können in einem Bereich der Streckenenergie von 5 bis 25 KJ/cm geschweißt werden, ohne dass die Korrosionsbeständigkeit verändert wird. Bei dicken Abmessungen soll mehr, bei dünnen weniger Wärme eingebracht werden. Beim WIGSchweißen muss ausreichend Zusatzwerkstoff zugeführt werden, weil die Nickelgehalte des Grundwerkstoffes einen zu hohen Ferritgehalt im Schweißgut zur Folge hätten. Die Zwischenlagentemperatur darf 250 C nicht überschreiten. Bei den Superduplexstählen muss das Wärmeeinbringen in deutlich engeren Grenzen gehalten werden. Streckenenergien von 2 bis 15 KJ/cm sind erforderlich. Die maximale Zwischenlagentemperatur liegt bei 150 C. Bedacht werden muss, dass bei Mehrlagenschweißungen eine Wärmebeeinflussung der Vorlage stattfindet. Der Korrosionsabtrag der Wurzellage ist dann am geringsten, wenn die zweite Lage mit geringem Wärmeeinbringen nicht zu einer SekundärAustenitbildung aus den Ferritkörnern in der Wurzellage führt, die aufgrund der niedrigen Cr und MoGehalte eine geringe Beständigkeit gegen Lochfraß aufweisen. Jetzt Fan werden und Wochenendreise für zwei Personen nach Hamburg zum Musical Der König der Löwen gewinnen. Auf vorbeischauen und beim Gewinnspiel mitmachen. JETZT GEFÄLLT MIR D ANKLICKEN UN FAN WERDEN! 8. Schutzgase Die Vorteile der ArgonWasserstoffMischungen lassen sich bei den Duplexstählen nicht nutzen, weil die versprödende Wirkung des Wasserstoffs zum Tragen kommt. Zum besseren Fließverhalten und zur Überbrückung des breiteren Luftspaltes im Vergleich zu austenitischen Standardstählen wird dem Schutzgas Helium zugegeben. Die Stickstoffzugabe ist notwendig, da der übliche StickstoffAbbrand kompensiert werden muss. Ein typische Zusammensetzung ist VARIGON N2He20. Schutzgase beim WIGSchweißen Name ISO Argon I1 Zusammensetzung in Vol. % Ar He N₂ 100 % VARIGON He 30/50/70 I 3 30/50/70 VARIGON N2 2 N2ArN2 VARIGON N3 N2ArN3 3 VARIGON N2He20 N2ArHeN20/ Der Gewinner wird von uns benachrichtigt. Teilnahmeschluss ist der

5 8 Beim MAGSchweißen wird durch den CO₂Gehalt von etwa 2 % ein stabiler Lichtbogen und eine gute Benetzbarkeit ohne Kerben beim Schweißgut erreicht. Der HeliumZusatz (50 %) bei CRONIGON 2He50 bringt mehr Wärme in das Werkstück und verbessert vor allem das Fließverhalten an den Flanken des Schweißgutes. CRONIGON Mischungen beim MAGSchweißen Name ISO Zusammensetzung in Vol. % Ar He O₂ CO₂ CRONIGON 2 M 12 2,5 CRONIGON 2He20 M CRONIGON 2He50 M CRONIGON S 1 M 13 1 CRONIGON S 3 M 13 3 Tabelle 4: Schutzgase zum MAGSchweißen von Duplexstählen 9. Wurzelschutz Der Wurzelschutz auch Formieren genannt dient zum Formen an der Unterseite der Wurzellage und zur Verhinderung der Anlauff arben. Diese verringern die Korrosionsbeständigkeit und sind abhängig vom sauerstoffgehalt im Wurzelbereich. Duplexstähle sind empfi ndlicher als austenitische Werkstoffe. Dies bedeutet, dass die zulässigen sauerstoffgehalte niedriger (10 ppm) als bei Austeniten (50 ppm) sein müssen. Dies erfordert neben der Reinheit der Formiergase Armaturen und Gasleitungen, die eine Verunreinigung des Gases auf dem Weg von der Gasflasche zur Formierstelle nicht zulassen. Das hierbei eingesetzte Equipment ist das gleiche, wie es bei der Versorgung von Laseranlagen verwendet wird. Der Vollständigkeit halber muss gesagt werden, dass beim Orbitalschweißen mit geschlossenen Zangen als Formiergas das Schutzgas verwendet werden muss. 10. Nachbehandlung Für das Entfernen von Anlauffarben, Oxiden und Verunreinigungen gibt es mechanische und chemische Verfahren. Auf die Beschreibung der Verfahren und ihre sachgemäße Anwendung weist die Informationsstelle Edelstahl Rostfrei hin. Generell gilt, dass mit dem Beizen beste Korrosionseigenschaften erreicht werden. Bei Duplexstählen ist der Unterschied in der CPT zwischen dem Beizen und dem mechanischen Bearbeiten größer als bei den Austeniten. Das Beizvermögen der Duplex und Superduplexstähle ist schlechter, was begründet ist in der höheren Korrosionsbeständigkeit der Werkstoffe. Die Beizzeiten sind entsprechend länger. Die Sprühbeizen und Beizpasten sollen nicht für andere nichtrostende Stähle verwendet werden, weil die Gefahr übermäßiger Beizwirkung besteht. Das Flammrichten ist bei austenitischen Stählen möglich, weil die Flammrichttemperaturen und Haltezeiten bei sachgemäßer Anwendung nicht zu einer Gefügeveränderung und zu Ausscheidungen führen. Die entstehenden Anlauff arben müssen wie beim Schweißen entfernt werden. Die Ausführung dieser Arbeiten sollte nur von geschultem Fachpersonal durchgeführt werden. 11. Fazit Duplexstähle können als gut schweißgeeignet bezeichnet werden, wenn einige Grundregeln eingehalten werden. Im Vergleich zu Vollausteniten sind sie nicht heißrissempfi ndlich und können wegen der geringeren Wärmeausdehnung leichter verzugsarm geschweißt werden. Dies beschreibt auch die EN 10113, und in der bauaufsichtlichen Zulassung Z30.36 ist der Werkstoff für viele Anwendungsbereiche zugelassen. Tipps zur Verarbeitung: Zusatzwerkstoffe verwenden, ausreichend Zusatz beim WIGSchweißen Oxidfreie Plasmaschnitte oder Oxide entfernen Saubere Schweißnahtfugen Etwas größerer Luftspalt und Nahtöff nungswinkel als bei Austeniten Kein Vorwärmen außer bei ungleichen Wanddicken Wärmeeinbringen beachten Streckenenergie Zwischenlagentemperaturen einhalten Schnelles Abkühlen vermeiden nicht gegen Kupferunterlagen schweißen WIGSchweißen für einseitiges Wurzelschweißen nutzen Geeignete Zusätze, Schutzgase und Pulver verwenden Zünden und Verlöschen des Lichtbogens nur in der Schweißfuge Rotierendes Bürsten vermeiden Beizverfahren wie bei austenitischen Stählen Flammrichten bei sachgemäßer Anwendung möglich Arbeitsschutzmaßnahmen wie bei austenitischen Stählen Einfach abgeben und gewinnen! Oder senden Sie uns ein Fax an: Hamburgs Highlights genießen! 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