Duplex-Edelstahl(DSS) bezieht sich auf Edelstahl mit jeweils etwa 50 % Ferrit- und Austenitanteil. Im Allgemeinen muss der Anteil der kleineren Phase mindestens 30 % betragen. Bei niedrigem C-Gehalt beträgt der Cr-Gehalt 18 % bis 28 % und der Ni-Gehalt 3 % bis 10 %. Einige Stähle enthalten auch Legierungselemente wie Mo, Cu, Nb, Ti und N.
Duplex-Edelstahlvereint die Vorteile von Austenit und Ferrit und minimiert die Nachteile beider Phasen. Die Zusammensetzung des Duplex-Edelstahls mit der besten Leistung besteht darin, dass der Ferritgehalt zwischen 60 % und 40 % und der Austenitgehalt zwischen 40 % und 60 % liegt. Eine wesentliche Reduzierung einer der Komponenten führt zu einer Verschlechterung der Leistung von Duplexstahl. schwächen.
Korrosionsbeständigkeit von Duplex-Edelstahl
Duplex-Edelstähle weisen in den meisten Umgebungen, in denen standardmäßige austenitische Edelstähle verwendet werden, eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Ihr relativ hoher Chrom-, Molybdän- und Stickstoffgehalt verleiht ihnen eine gute Beständigkeit gegen Chloridlochfraß und Korrosion. Spaltkorrosionsleistung, die Zweiphasenstruktur ist ein Vorteil in Umgebungen, in denen Chlorid-Spannungskorrosionsrisse auftreten können.
Wenn die Mikrostruktur von Duplex-Edelstahl mindestens 30 % Ferrit enthält, ist seine Beständigkeit gegen Chlorid-Spannungskorrosionsrisse viel besser als die von austenitischem Edelstahl 304 oder 316.
Duplex-Edelstähle werden normalerweise anhand des PREN-Werts der Lochfraß-Äquivalentzahl unterschieden. Die Äquivalentzahl der Lochkorrosionsbeständigkeit beschreibt die Beständigkeit von Edelstahl gegenüber lokaler Korrosion in einer chlorhaltigen Umgebung.
Die Rolle von Legierungselementen in Duplex-Edelstahl
Chrom
Der Chromgehalt im Stahl muss mindestens 10,5 % betragen, um einen stabilen chromhaltigen Passivierungsfilm zu bilden, der den Stahl vor atmosphärischer Korrosion schützt. Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl steigt mit zunehmendem Chromgehalt. Chrom ist ein ferritbildendes Element. Die Zugabe von Chrom zu Stahl kann die Bildung von Ferrit mit kubisch-raumzentrierter Struktur fördern. Wenn der Chromgehalt im Stahl höher ist, muss mehr Nickel hinzugefügt werden, um eine Austenit- oder Zweiphasenstruktur (Ferrit-Austenit) zu bilden. Höhere Chrommengen können auch die Bildung intermetallischer Phasen fördern. Austenitische Edelstähle haben einen Chromgehalt von mindestens 16 % und Duplex-Edelstähle haben einen Chromgehalt von mindestens 20 %. Chrom kann auch die Oxidationsbeständigkeit von Stahl bei hohen Temperaturen erhöhen. Diese Rolle von Chrom ist sehr wichtig. Es beeinflusst die Bildung und Entfernung von Oxidablagerungen oder Anlauffarben nach der Wärmebehandlung oder dem Schweißen. Das Beizen und Entfernen der Anlauffarbe ist bei Duplex-Edelstählen schwieriger als bei austenitischen Edelstählen.
Molybdän
Molybdän kann die Beständigkeit von Edelstahl gegenüber Lochfraß und Spaltkorrosion verbessern. Wenn der Chromgehalt in Edelstahl mindestens 18 % beträgt, ist Molybdän in einer Chloridionenumgebung dreimal beständiger gegen Lochfraß und Spaltkorrosion als Chrom. Molybdän ist ein ferritbildendes Element und erhöht zudem die Neigung von Edelstahl zur Bildung intermetallischer Phasen. Daher haben austenitische Edelstähle typischerweise einen Molybdängehalt von weniger als etwa 7,5 % und Duplex-Edelstähle haben einen Molybdängehalt von weniger als 4 %.
Stickstoff
Stickstoff verbessert die Beständigkeit von austenitischen und Duplex-Edelstählen gegenüber Lochfraß und Spaltkorrosion. Es kann auch die Festigkeit des Stahls deutlich erhöhen. Tatsächlich ist es das wirksamste Festlösungsverstärkungselement und das kostengünstigste Legierungselement. Die Verbesserung der Zähigkeit von stickstoffhaltigem Duplex-Edelstahl ist auf seinen höheren Austenitgehalt und weniger intermetallische Phasen zurückzuführen. Stickstoff verhindert nicht die Ausfällung intermetallischer Phasen, kann jedoch die Bildung intermetallischer Phasen verzögern und so ausreichend Zeit für die Verarbeitung und Herstellung von Duplex-Edelstahl lassen. Stickstoff wird hochkorrosionsbeständigen austenitischen und Duplex-Edelstählen mit hohem Chrom- und Molybdängehalt zugesetzt, um ihrer Tendenz zur Bildung von Sigma-Phasen entgegenzuwirken.
Duplex-Edelstählen wird im Allgemeinen Stickstoff zugesetzt und der Nickelgehalt angepasst, um die richtige Phasenbalance zu erreichen. Das Zweiphasengefüge kann durch den Ausgleich der ferritbildenden Elemente Chrom und Molybdän mit den austenitbildenden Elementen Nickel und Stickstoff erreicht werden.
Nickel
Nickel ist ein Element, das Austenit stabilisiert. Nickel fördert die Umwandlung der Kristallstruktur von rostfreiem Stahl von einer kubisch-raumzentrierten Struktur (Ferrit) in eine kubisch-flächenzentrierte Struktur (Austenit). Ferritischer Edelstahl enthält wenig oder kein Nickel, Duplex-Edelstahl enthält wenig bis mäßiges Nickel, beispielsweise 1,5 % bis 7 %, und austenitischer Edelstahl der Serie 300 enthält mindestens 6 % Nickel. Der Zusatz von Nickel verzögert die Bildung schädlicher intermetallischer Phasen in austenitischen rostfreien Stählen, aber die verzögernde Wirkung von Nickel in Duplex-Edelstählen ist weitaus weniger wirksam als die von Stickstoff. Die flächenzentrierte kubische Struktur verleiht austenitischem Edelstahl eine hervorragende Zähigkeit. Fast die Hälfte des Duplex-Edelstahls besteht aus Austenit, daher ist die Zähigkeit von Duplex-Edelstahl deutlich höher als die von ferritischem Edelstahl.
Anwendungsgebiete von Duplex-Edelstahl
Duplex-Edelstahl ist ein vielseitiges Material sowohl in stark korrosiven Umgebungen als auch als technischer Werkstoff für Edelstahlkonstruktionen.
Zu seinen Verwendungsmöglichkeiten gehören:
Papierindustrie
Chemische und petrochemische Industrie
Hydrometallurgie
Organische Säuren und ätzende Medien
Ausrüstung zur Kontrolle der Umweltverschmutzung
Lagertank für Chemikalien
Offshore- und Küstenanwendungen
Sanitärarmaturen für Brauereien
