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Einfach ist das Verarbeiten und Schweißen
von Duplexstählen nur,
wenn zumindest folgendes beachtet wird:

 

Fallbeispiel 1.4462

X2CrNiMoN22-5-3

 

Der Duplexstahl- Eine moderne Werkstofftechnologie.

 

 

Sie findet immer mehr Einsatz als Alternative zu den konventionellen Edelstählen Rostfrei

(auch der geringere Preis -weniger Nickel- bei gleicher Anwendungsbreite ist interessant)

 

Ein zweiphasiger rostbeständiger Stahl, der die vielen positiven Eigenschaften  ferritischer und austenitischer Edelstähle vereint! Der Ferritanteil gibt ihm eine sehr hohe Festigkeit.

 

 

Der Austenitanteil bringt die allgemein bekannte Korrosionsbeständigkeit und die bekannte Zähigkeit.

(Beispiel gegen Spannungsrißkorrosion, insbesondere in chloridhaltigen Medien).

 

 

 

Das Mischgefüge Ferrit+ Austenit bedeutet aber auch besondere Ansprüche an eine:
Werkstoffgerechte Verarbeitung.

In der Anwendung findet sich überwiegend der Duplexstahl X2CrNiMo22-5-3- Werkstoffnummer 1.4462.

Dieser soll, insbesondere auch aus den Erfahrungen der Werkstattpraxis, näher erläutert werden!

 

 

 

Welche Besonderheiten sind zu berücksichtigen?

 

Die oben genannten Vorteile sind nur gewährleistet, wenn ein einwandfreier Gefügezustand vorliegt:
Er ist u. a. abhängig von:

  1. In der Warmverarbeitung bei der Herstellung
  2. In der Wärmebehandlung bei Herstellung und Verarbeitung
  3. In der fachgerechten Werkstatt Schweißung

 

Zu Punkt 1) und 2) findet man zahlreiche Fachveröffentlichungen, Anwendernormen
(z.B. BASF), das VdTÜV- Werkstoffblatt 418, durch die Verbände:
 „Edelstahl Rostfrei“ u. “Stahl- Informations-Zentrum“
sowie auch die wichtigen Hinweise von Halbzeug- und Schweißzusatzwerkstoff- Herstellern
(Avesta, Sandvik, Thyssen…)

 

 

 

Auch bei der Herstellung ist es (manchmal) problematisch!

 

Meine Erfahrung durch einen Schadensfall: Beim Warmumformen neigt dieser Werkstoff
zur Oberflächenfehlerbildung, hervorgerufen durch seine schwierigere Herstellung.
Auf Grund eines Schadensfalles wurde z.B. die  Werksnorm 1.4462 der BASF umfangreich erweitert.

 

Gerne wird dies von den Herstellern auch als zulässige „Ungänzen“ bezeichnet.

 

  • Geachtet werden muss auf unzulässige doppelungsartige, schalenförmige Oberflächen,
     besonders bei Rohren (Schadensfall), aber auch bei Blechen.

  • Eindrucksvoll zeigt das Bild 1 (letzte Seite des Berichtes)

  • Müssen diese Flächen gar noch geschliffen und elektropoliert werden,
    ist besondere Aufmerksamkeit angesagt (z.B. bei vorgeschriebenen Ra und Rz Oberflächenwerten)

  • Zumindest eine Farbeindringprüfung (Beurteilung des Oberflächenzustandes) hilft hier weiter.

 

Die geforderte Mindestwanddicke kann hier dann vielfach nur mit zusätzlichen + Toleranzen
 (=  + Kosten) erreicht werden. Hier müssen ggf. die Fehler („Ungänzen) anderer teuer bezahlt werden
Bei der Material Bestellung also diese Punkte schon beachten.

 

 

 

Schweißen vom X2CrNiMo22-5-3 – Werkstoffnummer: 1.4462

 

Gegenüber den austenitischen Stählen bestehen erhebliche Abweichungen!

 

Im Schweißgut und in der Wärmeeinflußzone (WEZ) sollte der Idealzustand Phasengefüge:
50% Austenit zu 50% Ferrit erreicht werden (Bestellspezifikationen beachten) bzw. angestrebt werden.

Das ist gar nicht so einfach. Im Prinzip ist das Schweißen ein „Gießen“ besonderer Art
und daher schon metallurgisch anders als das Walzgefüge.

 

Ein Ungleichgewicht in den genannten Bereichen bewirkt u.a.:

  • Zu hoher Ferritanteil (~> 75%) macht das Gefüge spröde, hart und damit rissempfindlicher
  • Zu geringer Austenitanteil (~< 25%) vermindert die Festigkeit und
    die allgemeine Korrosionsbeständigkeit

 

Geschweißt wird artgleich 1.4462 mit einem erhöhten Nickelgehalt und eingeschränktem Stickstoffgehalt
im Schweißgut.
Gilt auch für Schwarz- Weißverbindungen und Austenit mit Duplex Stahl.

 

 

 

Dazu ein wichtiger Hinweis:

Aus negativen Erfahrungen geben die Anwender (z.B. BASF) vielfach hier Analysengrenzen für Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff vor.

Siehe Tabelle 1 (letzte Seite)

Auch gilt:

 

  • Schweißen ohne Zusatzwerkstoff ist im Regelfall nicht erlaubt (Versprödungsgefahr).

  • Ab Wanddicken von ~ 10 bis 15mm muss ein Vorwärmen auf mindesten 100°C erfolgen.
    Hiermit wird die Abkühlzeit gesteuert.
    Man spricht von der Abkühlzeit aus der Schweißwärme: = t 12/8  Zeit.
    Sie sollte größer sein als 10 sec. (Anhaltswert). Das ist allerdings ein Messwert,
    der in der Werkstattpraxis nicht so ohne weiteres nachvollzogen werden kann.
    Gesteuert wird das auch über die:
    Wärmeeinbringung = Schweißstrom * Schweißspannung/Schweißgeschwindigkeit.
    Die Angaben in der SEW 088:
    können hier auch für den 1.4462 als Info herangezogen werden.
    t 12/8 Zeit nicht mit t 8/5 Zeit verwechseln. Die t 8/5 Zeit gilt z.B. für legierte und unlegierte Baustähle
    größerer Dicke- näheres in der SEW 088.

  • Die Vorwärmtemperatur / Zwischenlagentemperatur darf 250°C nicht überschreiten.
    Der Werkstoff 1.4462 –das ist ein Nachteil:
    darf bei Betriebstemperaturen über 280°C nicht mehr eingesetzt werden!

 

Die Wärmeeinbringung darf, ja sie muss höher sein, als bei austenitischen, reinaustenitischen Stählen
(Empfehlung 1.4462 =  8-25KJ/cm). Wert beim Stahlhersteller nachfragen.

 

Werden in der gleichen Werkstatt gerade auch Austenite verarbeitet
und wird gerne mit den Werkstoffnummern gearbeitet, dann
ACHTUNG:

So ist der 1.4465 ein Reinaustenit, dessen Nummer nahe am 1.4462 liegt,
aber jedoch in den Verarbeitungsrichtlinien völlig anders behandelt werden muss!

 

Für den 1.4462 gilt auch:
Beschleunigtes Abkühlen von Grundmaterial und Schweißnähten durch Druckluft und/oder Wasser ist verboten.

 

 

 

Noch einige sonstige nützliche Hinweise:

  • Nahtbereiche säubern, entfetten und ggf. mit Edelstahlbürste überbürsten

 
  • Höherer Verzug als beim Austenit, Folge: z.B. also größerer Wurzelspalt

 
  • Wurzelschutzgas ggf. auch bei den weiteren Füll-Lagen beibehalten. Argon ab 4.6 (WIG).
    Kein Stickstoff oder Wasserstoff als Formiergas.

 
  • Zündstellen nur innerhalb der Nahtfuge. Außerhalb unbedingt vermeiden,
    ggf. Zündstelle ausschleifen, Oberflächenrißprüfung als Kontrolle auf Risse!

 
  • Falls keine Erfahrung mit Duplexstählen vorliegt, Schulung von Schweißer und Prüfpersonal
    erforderlich. Dazu das Wissen der Lieferanten gnadenlos ausnützen (gibt’s meist umsonst!)

 

 

 Einige Bilder:

 

 

Fehler im Duplex Stahl 1.4462

 

 

Dipl.Ing. (FH) Michael Schaumann, VDI-DVS; Wangen im Allgäu

Diese Verarbeitungsrichtlinie ergänzt die Informationen der Werkstoffhersteller (Blechlieferant…)
und der Hersteller der Schweißzusätze. Sie dient als Ergänzung und Empfehlung und soll, unverbindlich,
in der Verarbeitung des Werkstoffes weiterhelfen.

Sie soll auch für den Schweißer vor Ort dienen und ist daher allgemein verständlich gehalten!

 

 

 

 

Literaturhinweise,die mir zur Verfügung stehen:

  1. Untersuchungen zum Plasmaschweißen von Duplexstählen, Prof. Dr. Ing. habil. K-J. Matthes, Chemnitz; Schweißen und Schneiden 48(1996)Heft 1
  2. Verarbeitungsrichtlinie 1.4462,SFI M. Schaumann; ZEPPELIN Silo- u. Apparatetechnik GmbH, Friedrichshafen
  3. Datenblatt Thyssen Remanit 4462
  4. VdTÜV-Werkstoffblatt 418
  5. Schweißen von Duplexstählen-2.Sitzung am 23.06.1998 an der SLV Halle
  6. Entwurf Merkblatt DVS 0946 „Empfehlungen zum Schweißen von nichtrostenden, austenitischen- ferritischen Duplex- und Superduplex- Stählen
  7. Sonderdruck 146 Linde: MAGm- Schweißen von korrosionsbeständigen Duplex-
    Stählen- 22 Cr 5 (9) Ni3 Mo- Einfluss von Schutzgas- und Verfahrensvarianten; H. Geipl, Höllriegelskreuth
  8. UTP Werksinformation:
  9. Avesta Werksinformation 2205 W.Nr.1.4462
  10. Schweißen von AVESTA 2205
  11. Welding duplex stainless steels the ESAB way
  12. Thyssen Edelstahl, Bochum: Schweißanleitung für den Werkstoff 1.4462 vom 25.07.1986
  13. Thyssen Technische Berichte Band 14 1988 Heft 1: Die schweißtechnische Anwendung des ferritisch- austenitischen Schweißzusatzwerkstoffes Thermanit 22/09;Dipl.Ing.H.Heuser,Bochum;Dr.Ing.R.Ortmann,Bochum
  14. Sandvik SAF 2205 gegen Spannungsrißkorrosion und Lochfraß
  15. ESAB Fachkolloquium 1998:Schweissen der Duplex- und Superduplexstähle
  16. Entwicklung von Zusatzwerkstoffen für das Schweißen von nichtrostendem Duplexstahl;
  17. S.-A. Fager, Sandviken/ Schweden-Schweißen und Schneiden 46(!994),Heft 4
  18. Schweißen von Feinblechen aus Duplexstahl, Mitteilung der SLV Halle GmbH;
    Dr, Ing. E. Marquardt und Dr. Ing. Sitte, Halle-Schweißen und Schneiden(1998),Heft 4
  19. Mechanisch-technologische Eigenschaften von Schweißgut umhüllter Stabelektroden zum Schweißen von Superduplexstählen; Prof. Dr. Ing. U .Draugelates und
    Dipl. Ing. T. Wurm, Clausthal Schweißen und Schneiden 50(1998) Heft 3
  20. Ausscheidungs- und Zähigkeitsverhalten dickwandiger Schweißverbindungen aus Duplexstahl;Dipl,Ing.P.Krull,Dipl.Phys.H.Pries,Dr.Ing.H.Wohlfahrt,Braunschweig und
    Ing. J. Tösch, Karpfenberg/ Österreich
  21. Der richtige Schweißzusatzwerkstoff zum Verbinden von Superduplexstahl mit Superaustenitstahl; I. Ödegard u. S.- A. Fager, Sandviken/Schweden; Praktiker 3/95
  22. Duplex- The mills know how to make dough from it but the baker needs a special recipe to bake bread from it by Jack Akkermann, Marc Bors and Raymond Cordewener; Stainless Steel EUROPE March 1995
  23. Precipitation of Intermetallic Phases in 22% Cr Duplex Stainless Weld Metals by L. Karlsson, L. Ryen and S. Park-Welding Research Supplement
  24. Duplexwerkstoff unter Zwangsbedingungen Schweißen; Dipl. Ing. J. Konrad Waldkraiburg; Praktiker 12/94
  25. Einfluss des Wärmeeinbringens auf die Mikrogefüge und die mechanischen Eigenschaften der Wärmeeinflußzone von Duplexstahl; R. de Schrevel, F. Ijsseling, D.Helder, V. J. Gadgil, Hengelo und B. H. Kolster, Enschede/ Niederlande; Schweißen und Schneiden 44 (1992),Heft 4
  26. Schweißen nichtrostender Stähle- ferritisch- austenitische Chrom-Nickel-Molybdän-Stickstoff-Stähle;H.Schabereiter,G.Rabensteiner u. J. Tösch, Karpfenberg; praktiker 9/91
  27. Flammrichten von Duplexstahl X2CrNiMoN2253;Ch.Bohlen,Dortmund;Praktiker 1/91
  28. Duplexstahl sicher geschweißt; Dr. Ing. A. Tröger und Schweißfachingenieur G. Bauer, Cainsdorf; Praktiker 12/90
  29. Auch Duplex lässt sich gut schweißen; Ch. Bohlen, Dortmund; Praktiker 10/90
  30. Schweißbarkeit und Schweißen von Duplex- Stählen; R.Doyen R+D Department, Soudometal  S. A. Brüssel und H. Nies- Technischer Dienst Oerlikon Schweißtechnik GmbH, Eisenberg---Vortrag September 1990,Zürich
  31. Beitrag zur Metallurgie des Schweißens nichtrostender ferritisch- austenitischer
    (Duplex-)Stähle; Dr. E. Perteneder, Ing. J. Tösch u. Universitätsdozent
    Dr. mont. G. Rabensteiner, Karpfenberg/Österreich
  32. Duplex- was ist das, wie lässt er sich schweißen; Dipl. Ing. K. Lange, Heidelberg; Praktiker 10/88
  33. Über das Verarbeiten ferritisch- austenitischer Stähle, dargestellt am Beispiel des Stahles X2CrNiMoN 22 5 3 (Remanit 4462); R. Grundmann, P. Gümpel, R. Orthmann u. P. Roth; Thyssen Edelstahl. Technischer Bericht 14.Band 1988,Heft 1
  34. Untersuchungen über das Werkstoffverhalten des ferritisch- austenitischen Stahles X2CrNiMoN225 (Remanit 4462);Thyssen Edelstahl, Technische Berichte,11.Band 1985,Heft 1
  35. Ausscheidungs- und Schweißverhalten des austenitisch- ferritischen Stahles X2 Cr Ni Mo N 225;H.Donat BASF AG, Chemie-Technik 11.Jahrgang (1982) Nr.6
  36. Duplex Stähle- Ihre Verarbeitung und geeignete Schweißzusätze; H. Fiehn, Ludwigshafen, R. Spähn, Darmstadt, H. Wehner und H. Zürn, Frankfurt/ Main; DVS Bericht 105
  37. BASF Technische Entwicklung Werkstofftechnik X2 CrNiMoN 22 5
    (FALC 22 3) Abschlußbericht, Dipl. Ing. G. Wagner vom 30.12.1982
  38. MPA Stuttgart Abschlußbericht „Untersuchung „Nahtlose Rohre aus dem Werkstoff Nr.1.44 62
  39. Butting Edelstahlrohre „Untersuchung 9U071 „Werkstofftechnische Untersuchung von zwei nahtlosen Rohrstücken der Abmessung 88,9x5,5..“
  40. BASF Norm „Nichtrostender Stahl 1.4462….“ WN 10-026, Ausgabe Okt.1998, Mai 96;April 88  Entwurf Feb.1988, Hinweise BASF 1986
  41. Schweißen von Gußstücken aus hochlegierten Stahlgußwerkstoffen unter besonderer Berücksichtigung von korrosionsbeständigen Duplex- und Superduplex- Stähle; J. C. M. Farrar, Gießereipraxis 18-1993
  42. Duplex Edelstahlguss; Horst Werning; Ingenieur Werkstoffe 3(1991)Nr.6
  43. Giesstechnik und Eigenschaften Halb- und vollaustenischer Stahlgusswerkstoffe; Dipl. Ing. B. Irmer, Ingenieur-Werkstoffe (1989) Nr.3/4

 

Stand 20.September 2004-09-20

 

 

 

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