In der Metallurgie ist Edelstahl eine Stahllegierung mit mindestens 10,5 % Chrom mit oder ohne anderen Legierungselementen und maximal 1,2 % Kohlenstoff.Rostfreie Stähle, auch Inox-Stähle oder Inox aus dem Französischen inoxidierbar (inoxidierbar) genannt, sindStahllegierungendie besonders für ihre Korrosionsbeständigkeit bekannt sind, die mit zunehmendem Chromgehalt zunimmt.Die Korrosionsbeständigkeit kann auch durch Nickel- und Molybdänzusätze verbessert werden.Die Beständigkeit dieser metallischen Legierungen gegenüber der chemischen Einwirkung korrosiver Stoffe beruht auf der Passivierung.Damit eine Passivierung erfolgt und stabil bleibt, muss die Fe-Cr-Legierung einen Mindestchromgehalt von etwa 10,5 Gew.-% aufweisen, oberhalb dessen Passivität auftreten kann und unterhalb dessen keine Möglichkeit besteht.Chrom kann als härtendes Element verwendet werden und wird häufig zusammen mit einem zähmachenden Element wie Nickel verwendet, um hervorragende mechanische Eigenschaften zu erzielen.

Duplex-Edelstahl

Wie der Name schon sagt, sind Duplex-Edelstähle eine Kombination aus zwei Hauptlegierungstypen.Sie haben eine gemischte Mikrostruktur aus Austenit und Ferrit, wobei das Ziel normalerweise darin besteht, eine 50/50-Mischung herzustellen, obwohl das Verhältnis bei handelsüblichen Legierungen auch 40/60 betragen kann.Ihre Korrosionsbeständigkeit ähnelt der ihrer austenitischen Gegenstücke, ihre Spannungskorrosionsbeständigkeit (insbesondere gegenüber Chlorid-Spannungskorrosionsrissen), ihre Zugfestigkeit und ihre Streckgrenze (ungefähr doppelt so hoch wie die Streckgrenze von austenitischen Edelstählen) sind jedoch im Allgemeinen denen der austenitischen Stähle überlegen Noten.In Duplex-Edelstahl wird der Kohlenstoffgehalt auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten (C<0,03 %).Der Chromgehalt liegt zwischen 21,00 und 26,00 %, der Nickelgehalt zwischen 3,50 und 8,00 % und diese Legierungen können Molybdän (bis zu 4,50 %) enthalten.Zähigkeit und Duktilität liegen im Allgemeinen zwischen denen der austenitischen und ferritischen Sorten.Duplex-Qualitäten werden basierend auf ihrer Korrosionsbeständigkeit normalerweise in drei Untergruppen eingeteilt: Lean-Duplex, Standard-Duplex und Superduplex.Superduplex-Stähle weisen im Vergleich zu austenitischen Standardstählen eine höhere Festigkeit und Beständigkeit gegen alle Formen von Korrosion auf.Zu den häufigsten Einsatzgebieten gehören Meeresanwendungen, petrochemische Anlagen, Entsalzungsanlagen, Wärmetauscher und die Papierherstellungsindustrie.Heute ist die Öl- und Gasindustrie der größte Abnehmer und drängt auf korrosionsbeständigere Güten, was zur Entwicklung von Superduplex-Stählen geführt hat.

Die Beständigkeit von Edelstahl gegenüber der chemischen Einwirkung korrosiver Stoffe beruht auf der Passivierung.Damit eine Passivierung erfolgt und stabil bleibt, muss die Fe-Cr-Legierung einen Mindestchromgehalt von etwa 10,5 Gew.-% aufweisen, oberhalb dessen Passivität auftreten kann und unterhalb dessen keine Möglichkeit besteht.Chrom kann als härtendes Element verwendet werden und wird häufig zusammen mit einem zähmachenden Element wie Nickel verwendet, um hervorragende mechanische Eigenschaften zu erzielen.

Duplex-Edelstähle – SAF 2205 – 1.4462

Ein üblicher Duplex-Edelstahl ist SAF 2205 (eine Marke von Sandvik für einen 22Cr-Duplex-Edelstahl (ferritisch-austenitisch), der typischerweise 22 % Chrom und 5 % Nickel enthält.Er verfügt über eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit. 2205 ist der am häufigsten verwendete Duplex-Edelstahl.Anwendungen von SAF 2205 liegen in den folgenden Branchen:

• Transport, Lagerung und chemische Verarbeitung
• Verarbeitungsgerät
• Hoher Chloridgehalt und Meeresumgebungen
• Öl- und Gasexploration
• Papiermaschinen

Eigenschaften von Duplex-Edelstahl

Materialeigenschaften sind intensive Eigenschaften, das heißt, sie sind unabhängig von der Massemenge und können jederzeit von Ort zu Ort innerhalb des Systems variieren.In der Materialwissenschaft geht es darum, die Struktur von Materialien zu untersuchen und sie mit ihren Eigenschaften (mechanisch, elektrisch usw.) in Beziehung zu setzen.Sobald Materialwissenschaftler diesen Struktur-Eigenschafts-Zusammenhang kennen, können sie die relative Leistung eines Materials in einer bestimmten Anwendung untersuchen.Die wichtigsten Determinanten für die Struktur eines Materials und damit für seine Eigenschaften sind seine chemischen Bestandteile und die Art und Weise, wie es in seine endgültige Form verarbeitet wurde.

Mechanische Eigenschaften von Duplex-Edelstahl

Materialien werden häufig für verschiedene Anwendungen ausgewählt, weil sie wünschenswerte Kombinationen mechanischer Eigenschaften aufweisen.Für strukturelle Anwendungen sind Materialeigenschaften von entscheidender Bedeutung und Ingenieure müssen sie berücksichtigen.

Festigkeit von Duplex-Edelstahl

In der Werkstoffmechanik ist dieFestigkeit eines Materialsist seine Fähigkeit, einer aufgebrachten Last ohne Versagen oder plastische Verformung standzuhalten.Die Festigkeit von Materialien berücksichtigt die Beziehung zwischen den auf ein Material ausgeübten äußeren Belastungen und der daraus resultierenden Verformung oder Änderung der Materialabmessungen.Die Festigkeit eines Materials ist seine Fähigkeit, dieser aufgebrachten Belastung ohne Versagen oder plastische Verformung standzuhalten.

Ultimative Zugfestigkeit

Die maximale Zugfestigkeit von Duplex-Edelstahl – SAF 2205 – beträgt 620 MPa.

Derultimative Zugfestigkeitist das Maximum an TechnikSpannungs-Dehnungskurve.Dies entspricht der maximalen Belastung, die eine unter Spannung stehende Struktur aushalten kann.Die ultimative Zugfestigkeit wird oft mit „Zugfestigkeit“ oder „ultimativ“ abgekürzt.Wenn diese Belastung ausgeübt und aufrechterhalten wird, kommt es zu einem Bruch.Oft liegt dieser Wert deutlich über der Streckgrenze (bei einigen Metallarten sogar 50 bis 60 Prozent über der Streckgrenze).Wenn ein duktiles Material seine endgültige Festigkeit erreicht, kommt es zu einer Einschnürung, bei der sich die Querschnittsfläche lokal verringert.Die Spannungs-Dehnungs-Kurve enthält keine höhere Spannung als die Grenzfestigkeit.Auch wenn die Verformungen weiter zunehmen können, nimmt die Spannung nach Erreichen der Endfestigkeit in der Regel ab.Es handelt sich um eine intensive Immobilie;Daher hängt sein Wert nicht von der Größe des Prüflings ab.Sie hängt jedoch von anderen Faktoren ab, wie z. B. der Vorbereitung der Probe, dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Oberflächenfehlern sowie der Temperatur der Testumgebung und des Materials.Die Zugfestigkeiten variieren zwischen 50 MPa für Aluminium und bis zu 3000 MPa für sehr hochfesten Stahl.

Streckgrenze

Die Streckgrenze von Duplex-Edelstahl – SAF 2205 – beträgt 440 MPa.

DerFließgrenzeist der Punkt auf aSpannungs-Dehnungskurvedas gibt die Grenze des elastischen Verhaltens und das beginnende plastische Verhalten an.Die Streckgrenze oder Streckgrenze ist die Materialeigenschaft, die als die Spannung definiert ist, bei der ein Material beginnt, sich plastisch zu verformen.Im Gegensatz dazu ist die Fließgrenze der Punkt, an dem die nichtlineare (elastische + plastische) Verformung beginnt.Vor der Fließgrenze verformt sich das Material elastisch und kehrt in seine ursprüngliche Form zurück, wenn die ausgeübte Spannung entfernt wird.Sobald die Streckgrenze überschritten ist, ist ein Teil der Verformung dauerhaft und nicht umkehrbar.Einige Stähle und andere Materialien zeigen ein Verhalten, das als Fließgrenzenphänomen bezeichnet wird.Die Streckgrenzen variieren von 35 MPa für Aluminium mit geringer Festigkeit bis zu mehr als 1400 MPa für hochfesten Stahl.

Elastizitätsmodul nach Young

Der Elastizitätsmodul von Duplex-Edelstahl – SAF 2205 – beträgt 200 GPa.

Elastizitätsmodul nach Youngist der Elastizitätsmodul für Zug- und Druckspannung im linearen Elastizitätsbereich einer einachsigen Verformung und wird üblicherweise durch Zugversuche ermittelt.Bis zur Grenzbeanspruchung kann ein Körper bei Wegnahme der Belastung seine Abmessungen wiedererlangen.Die angelegten Spannungen führen dazu, dass sich die Atome in einem Kristall aus ihrer Gleichgewichtsposition bewegen und so weiterAtomewerden um den gleichen Betrag verschoben und behalten ihre relative Geometrie bei.Wenn die Spannungen entfernt werden, kehren alle Atome in ihre ursprüngliche Position zurück und es tritt keine bleibende Verformung auf.EntsprechendHookes Gesetz, die Spannung ist proportional zur Dehnung (im elastischen Bereich) und die Steigung ist der Elastizitätsmodul.Der Elastizitätsmodul ist gleich der Längsspannung dividiert durch die Dehnung.

Die Härte von Duplex-Edelstahl

Die Brinellhärte von Duplex-Edelstählen – SAF 2205 – beträgt etwa 217 MPa.

In der MaterialwissenschaftHärteist die Fähigkeit, Oberflächeneinkerbungen (lokale plastische Verformung) und Kratzern zu widerstehen.Die Härte ist wahrscheinlich die am schlechtesten definierte Materialeigenschaft, da sie einen Widerstand gegen Kratzer, Abrieb, Einkerbungen oder sogar Widerstand gegen Formgebung oder lokale plastische Verformung anzeigen kann.Aus technischer Sicht ist die Härte wichtig, da der Widerstand gegen Verschleiß durch Reibung oder Erosion durch Dampf, Öl und Wasser im Allgemeinen mit der Härte zunimmt.

Brinell-Härtetestist einer der für die Härteprüfung entwickelten Eindruckhärtetests.Beim Brinell-Test wird ein harter, kugelförmiger Eindringkörper unter einer bestimmten Belastung in die Oberfläche des zu prüfenden Metalls gedrückt.Der typische Test verwendet eine gehärtete Stahlkugel mit 10 mm (0,39 Zoll) Durchmesser als Eindringkörper mit einer Kraft von 3.000 kgf (29,42 kN; 6.614 lbf).Die Belastung wird für eine vorgegebene Zeit (zwischen 10 und 30 s) konstant gehalten.Bei weicheren Materialien wird eine geringere Kraft eingesetzt;Bei härteren Materialien wird die Stahlkugel durch eine Wolframkarbidkugel ersetzt.

Der Test liefert numerische Ergebnisse zur Quantifizierung der Härte eines Materials, die durch die Brinell-Härtezahl – HB – ausgedrückt wird.Die Brinell-Härtezahl wird von den am häufigsten verwendeten Prüfnormen (ASTM E10-14[2] und ISO 6506–1:2005) als HBW bezeichnet (H für die Härte, B für Brinell und W für das Material des Eindringkörpers, Wolfram). (Wolfram)carbid).In früheren Normen wurden Messungen mit Stahleindringkörpern mit HB oder HBS bezeichnet.

Die Brinell-Härtezahl (HB) ist die Belastung dividiert durch die Oberfläche des Eindrucks.Der Durchmesser des Abdrucks wird mit einem Mikroskop mit aufgelegter Skala gemessen.Die Brinell-Härtezahl wird aus der Gleichung berechnet:

Es gibt verschiedene gebräuchliche Testmethoden (z. B. Brinell,Knoop,Vickers, UndRockwell).Es stehen Tabellen zur Verfügung, in denen die Härtewerte der verschiedenen Prüfmethoden miteinander in Beziehung gesetzt werden, sofern eine Korrelation möglich ist.In allen Skalen repräsentiert eine hohe Härtezahl ein hartes Metall.

Thermische Eigenschaften von Duplex-Edelstahl

Unter den thermischen Eigenschaften von Materialien versteht man die Reaktion von Materialien auf Änderungen ihrer EigenschaftenTemperaturund die Anwendung vonHitze.B. ein Feststoff absorbiertEnergieIn Form von Wärme steigt seine Temperatur und seine Abmessungen nehmen zu.Allerdings reagieren verschiedene Materialien unterschiedlich auf die Einwirkung von Wärme.

Wärmekapazität,Wärmeausdehnung, UndWärmeleitfähigkeitsind oft entscheidend für den praktischen Einsatz von Feststoffen.

Schmelzpunkt von Duplex-Edelstahl

Der Schmelzpunkt von Duplex-Edelstahl – SAF 2205-Stahl – liegt bei etwa 1450 °C.

Im Allgemeinen handelt es sich beim Schmelzen um einen Phasenübergang eines Stoffes von der festen in die flüssige Phase.DerSchmelzpunkteines Stoffes ist die Temperatur, bei der dieser Phasenwechsel stattfindet.Der Schmelzpunkt definiert auch einen Zustand, bei dem Feststoff und Flüssigkeit im Gleichgewicht existieren können.

Wärmeleitfähigkeit von Duplex-Edelstahl

Die Wärmeleitfähigkeit von Duplex-Edelstählen – SAF 2205 – beträgt 19 W/(m. K).

Die Wärmeübertragungseigenschaften von Feststoffen werden durch eine Eigenschaft namens gemessenWärmeleitfähigkeit, k (oder λ), gemessen in W/mK. Es misst die Fähigkeit einer Substanz, Wärme durch ein Material zu übertragenLeitung.Beachten Sie, dassFouriers Gesetzgilt für alle Materie, unabhängig von ihrem Zustand (fest, flüssig oder gasförmig).Daher ist es auch für Flüssigkeiten und Gase definiert.

DerWärmeleitfähigkeitBei den meisten Flüssigkeiten und Feststoffen variiert sie mit der Temperatur und bei Dämpfen hängt sie auch vom Druck ab.Allgemein:

Die meisten Materialien sind nahezu homogen, daher können wir normalerweise k = k (T) schreiben.Ähnliche Definitionen gelten für Wärmeleitfähigkeiten in y- und z-Richtung (ky, kz), aber für ein isotropes Material ist die Wärmeleitfähigkeit unabhängig von der Übertragungsrichtung, kx = ky = kz = k.