Duplexstahl

Als Duplexstahl bezeichnet man einen Stahl, der ein zweiphasiges Gefüge aufweist, das aus einer Ferrit-(α-Eisen-)Matrix mit Inseln aus Austenit (γ-Eisen) besteht.

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Metallurgische Grundlage

Diese Gefügeausbildung wird erreicht, indem man den Stahl mit Ferritbildnern (z.B. Cr) und Austenitbildnern (z.B. Ni, N, Mn, ...) legiert, wobei der Gehalt an Austenitbildnern so eingestellt wird, dass nicht das gesamte Gefüge bei Raumtemperatur austenitisch werden kann (z.B. Ni < 8%). Nach der Warmformgebung wird durch eine spezielle Wärmebehandlung dafür gesorgt, dass sich die Austenitbildner in einzelnen Bereichen konzentrieren, die dann bis hinab zur Raumtemperatur stabil austenitisch sind.

Werkstoffeigenschaften

Mechanische Eigenschaften

Duplexstähle zeichnen sich durch ihre Kombination von Eigenschaften aus, die eine Mischung aus den Eigenschaften rostfreier Chromstähle (ferritisch oder martensitisch) und rostfreier Chrom-Nickel-Stähle (austenitisch) darstellen. Sie haben höhere Festigkeiten als die rostfreien Chrom-Nickel-Stähle, weisen dabei aber eine höhere Duktilität auf als rostfreie Chromstähle. Ihr Verhalten bei wechselnder Beanspruchung weist bis zu einem Austenitanteil von ca. 40% im Gegensatz zu reinen Austeniten noch eine Dauerschwingfestigkeit auf. Die Ermittlung der Kerbschlagarbeit (wird auch als AVT-Kurve bezeichnet) bei Duplexstähle weist im Gegensatz zu ferritischen oder gar martensitischen rostfreien Stählen keinen Steilabfall in der Energieabsorbtion auf, d. h. es gibt zwar eine Hoch- und eine Tieflage, die Engerieabsorbtion ist jedoch trotzdem über einen weiten Temperaturbereich auf einem hohen Niveau. Je kühler die Prüftemperatur, desto geringer die Energieabsorbtion, da der Werkstoff mehr und mehr versprödet.

Korrosionseigenschaften

Die Duplexstähle zählen zu den rost- und säurebeständigen Stählen (DIN-EN 10088 T1 bis T3). Seit den 1970er Jahren sind einige nichtrostende Duplex-Stähle entwickelt worden. Weit verbreitet ist heute eine stickstofflegierte Variante, die unter der Bezeichnung 1.4462 (X2CrNiMoN 22-5-3) nach DIN EN 10088/2 geführt wird. Duplex-Werkstoffe enthalten verglichen mit korrosionsbeständigen rein austenitischen Stählen weniger Nickel (ca. 4 bis 8 %), jedoch meist einen deutlich höheren Chromgehalt. Aufgrund des Nickelgehalts, der für die mechanischen Eigenschaften sehr wichtig ist, sich aber ungünstig auf den PREN-Index auswirkt, sind sie gefährdet für interkristalline Korrosion. Um dem entgegen zu wirken wird teilweise Stickstoff als Austenitbildner im Austausch für einen gewissen Anteil an Nickel zugesetzt. Eine weitere Möglichkeit die Korrosionsbeständigkeit weiter zu verbessern ist der Zusatz von Molybdän. Ein wichtiger Vorteil bezüglich der Korrosionseigenschaften ergibt sich wiederum aus der Zweiphasigkeit des Gefüges. An den Phasengrenzen, insbesondere beim Übergang von Ferrit auf den duktileren Austenit, kommen Risse, wie sie bei der Spannungsrisskorrosion entstehen, aus bruchmechanischen Gründen zum Stillstand .

Verwechslungsgefahr

Der Unterschied zum Dualphasenstahl sind einerseits die Volumenanteile der Gefügephasen, andererseits die Gefügezusammensetzung. Bei den Duplexstählen liegt ein ferritisch-austenitisches Gefüge vor, während Dualphasenstähle ein ferritisch-martensitisches Gefüge aufweisen. Zudem besitzen Duplexstähle gleichen Volumenanteilen an ferritischem und austenitischem Gefüge vor, wogegen Dualphasenstähle zu ca. 80-90 % aus Ferrit und nur zu ca. 10-20% aus Martensit oder anderen härteren Phasen bestehen.