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1 Rostfrei – zu teuer? Perspektiven. 2 C45 – für alles gut? Grundsätzlich ist C45 für alles geeignet – wenn das Bauteil nur Stunden halten soll! C45 –

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Präsentation zum Thema: "1 Rostfrei – zu teuer? Perspektiven. 2 C45 – für alles gut? Grundsätzlich ist C45 für alles geeignet – wenn das Bauteil nur Stunden halten soll! C45 –"—  Präsentation transkript:

1 1 Rostfrei – zu teuer? Perspektiven

2 2 C45 – für alles gut? Grundsätzlich ist C45 für alles geeignet – wenn das Bauteil nur Stunden halten soll! C45 – Der Metallbohrer für 99 Cent von Praktiker lässt grüßen. C45 – Wenn Ihr Bauteil das Aussehen einer Spundwand hat oder einem Doppel-T-Träger ähnlich sieht. C45 – nicht besser als Betonstahl! C45 verzinkt – hält nicht wirklich sehr lang, bei fragwürdiger Optik.

3 3 Unterschiedliche Eigenschaften der Stähle Härtbarkeit Einsatzhärten Vergüten – was heißt das? Nitrierbarkeit Duktilität Warmfestigkeit / Diffusionsvorgänge Verschleißfestigkeit Scherfestigkeit Biegewechselfestigkeit Korrosionsbeständigkeit Beständigkeit gegen Versprödung Hitzebeständigkeit Verzugsarmut Kaltzähigkeit belastbar gemäß Druckbehälter-Verordnung

4 4 Edelstahl Rostfrei – Werkstoffauswahl 4742 F 4122 M 4735 F 4732 M 4731 M 4724 F M 4313 M 4125 H 4120 M 4117 H 4116 H 4113 F 4720 F 4112 H 4718 M 4110 M 4713 F 4108 M 4712 F 4106 M 4700 F 4105 F 4594 PH 4104 M 4939 M 4568 PH 4057 M PH 4044 M 4936 M 4548 PH 4037 H 4934 M 4545 PH 4034 H 4542 PH 4031 H 4926 M 4534 PH 4028 M 4924 M 4532 PH 4024 M 4923 M 4525 F 4021 M 4922 M 4523 F 4016 F 4921 M 4522 F 4015 F 4914 M 4521 F 4006 M 4913 M 4520 F 4005 M 4911 M 4513 F 4003 M 4903 M 4512 F 4002 F 4767 F 4511 F 4000 F 4763 F 4510 F 3892 F 4762 F 4509 F 3543 H 4748 M 4502 F 3541 H Duplex Austenite Ferrit mit Untergruppen Alle Werkstoffe 1.xxxxF = Ferrit, M = Martensit, H = härtbar, PH = aushärtbar

5 5 Ausgangssituation: Austenitische Standard-Stähle sind sehr teuer wegen Legierungszuschlag und Bearbeitungsaufwand (z. B A4 AISI 316 L) permanenter Wettbewerb - mit verzinktem oder beschichtetem Stahl - mit Kupfer (z. B. bei Wasser-Armaturen) - mit Guss (bei Schmiedestücken) - wegen erhöhtem Bearbeitungsaufwand bei austenitischen Stählen mit anderen Werkstoffen, z. B. GFK Aktueller Stand Anspruch: Optik + Rostfrei!

6 6 Edelstahl Rostfrei – Korrosionsbeständigkeit Bedingungen für Spannungsrisskorrosion (SpRk) Mechanische Beanspruchung Betriebsbedingte Zugbeanspruchung statischer oder dynamischer Art Eigenspannungen Belastungsänderungen (Dehnraten/ Frequenz) SpRk Medium Zusammensetzung (mit Verunreinigungen) Temperatur Strömungsverhältnisse Elektrochemische Bedingungen (Redox- u. Korrosionspotential) Werkstoff Typ Chem. Zusammensetzung Gefüge- und Ausscheidungs- zustand (Wärmebehandlung) Oberflächenzustand

7 7 Edelstahl Rostfrei – Korrosionsbeständigkeit Einfluss von Chrom und Molybdän auf die Lochfraßbeständigkeit Edelstahl Rostfrei – Korrosionsbeständigkeit

8 8 Kontaktkorrosion Verzinkte selbstschneidende Schraube Rostfrei

9 9 Korrosionsbeständigkeit und PRE Werte Austenite Martensit Meerwasser Beständigkeit Duplex

10 10 Korrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen PRE Werte oder Wirksumme PRE = %Cr + 3,3%Mo + 16%N Empirisch aus experimentellen Daten abgeleitet Verschiedene Formeln, mit Einfluss von Stickstoff zwischen 10 und 30 liegt Effekt anderer Legierungselemente ist nicht berücksichtigt Effekt der Wärmebehandlung ist nicht berücksichtigt Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse ist nicht berücksichtigt Diese Formel ist trotzdem sehr nützlich, um rostfreie Stähle zu vergleichen.

11 11 Einfluss einzelner Legierungselemente auf die Korrosionsbeständigkeit Chrom: Bildet zusammen mit Sauerstoff eine Chromoxidschicht und schützt dadurch den Werkstoff vor abtragender Flächenkorrosion Molybdän: Schützt den Werkstoff vor chloridinduzierter Lochfraßkorrosion und Spaltkorrosion Nickel: Reichert sich unterhalb der Chromoxidschicht an und reduziert so die Abtragsrate bei auftretender Korrosion (Ferrite/Manganaustenite) Kohlenstoff: Bildet zusammen mit Chrom Chromkarbide und reduziert so den gegen Korrosion wirkenden Chromgehalt des Stahls (Martensite) Schwefel: Bildet zusammen mit Mangan Mangansulfide und kann dadurch Fehlstellen in der schützenden Chromoxidschicht verursachen (z. B , )

12 12 Ersatz des Legierungselementes Chrom bei rostfreien Stählen Wirkungsweise des Chroms: Ausgangssituation : Durch steigende Preise des Legierungselementes Chrom steigt der LZ, trotz fallender Nickel- und Molybdänpreise Die Oxidschicht oder auch Passivschicht trennt Werkstoff und Medium voneinander und behindert so die an der Korrosion beteiligten Prozesse Substitution des Legierungselementes Chrom: Eine Substitution ist nicht möglich, da es kein vergleichbar wirkendes Legierungselement gibt. => Reduzierung des Cr-Gehaltes => Reduzierung der Korrosionsbeständigkeit Cl - O2O2 H+H+ Stahl (min. 10,5%Cr) Passivschicht (Cr x O y )

13 13 Weltweite Chromproduktion (HC + Charge Chrom): t/Jahr Quelle: U. S. Geological Survey (USGS) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) Sonstige to (11 %) Finnland to (4 %) Südafrika to (43 %) Brasilien to (3 %) Kasachstan to (17 %) China to (10 %) Russland to (5 %) Indien to (9 %)

14 14 Edelstahl Rostfrei – Verarbeitung Der Widerspruch zwischen Verarbeitung und Einsatz an zwei Beispielen W.-Nr W.-Nr Ja Strangguss Nein Ja 1-hitzig Walzen Nein Ja Lösungsglühen / abkühlen aus Schmiedehitze Nein Ja Gut spanbar Nein Ja Mit SZW einfach schweißbar Nein EinfachBeizen nach Schweißen Schwierig ) Basis Preis (/t)6100 1) ) ) LZ-Zuschlag (/t)8620 2) ) Verfahrensschritt Stahlherstellung Warmverformen Wärmebehandeln Mech. Bearbeitung Fügen Oberflächen- behandeln Beschaffungskosten 1) Beispiel Stab Ø 20 mm 2) Stand Juni ) Stand November 2008

15 15 Edelstahl Rostfrei – Verarbeitung Verarbeitung vor Einsatz Arbeitsschritt Günstiger Werkstoff-Nr. Ungünstige Werkstoff-Nr. Schmieden (F) (A) (F) (A) Stanzen Fügen (+SZW) Bohren Zerspanen Polieren Biegen Glühen

16 16 Einteilung der nichtrostenden Stähle und Entwicklungsbereiche Familien-Stammbaum EN DIN Cr Ni Mo Cu, Ti, Nb, S, N,..... Martensit (C ) Duplex Austenit (V2A) Ferrit (C ) Austenit (V4A) BaumBaum Ersatz für Ni Basis Ni-arme Werkstoffe Optimierte Eigenschaften Sonder Eigenschaften

17 17 Edelstahl Rostfrei Vor- und Nachteile der Mangan-Austenite: opreiswert hohe Festigkeit -schlechte Kaltumformbarkeit -hoher Oberflächenaufwand bei der Stahlherstellung -schlechte Zerspanbarkeit - inhomogene Werkstoffeigenschaften über den Stabquerschnitt -oft hohe Phosphor-Gehalte

18 18 Edelstahl Rostfrei Die martensitischen Stähle besitzen folgende Eigenschaften: mit martensitischem Gefüge (Cr, C, Ni) hohe Verschleißfestigkeit und Schneidhaltigkeit gute Umformbarkeit hohe Festigkeit härtbar bzw. vergütbar ansprechende, optimierte Korrosionsbeständigkeit verbesserte Duktilität verbesserte Zerspanbarkeit gegenüber früher erzeugten Standardmartensiten verbesserte Tieftemperatureigenschaften bei – 40 °C bei entsprechender Behandlung sichere spannungsarme Fertigung international genormt +geringere Legierungszuschläge als Austenite Preis -hoher Aufwand beim Kaltumformen - Wärmebehandlungsaufwand, speziell nach dem Schweißen Beispiele: , , Werkstoff-Datenblätter s.

19 19 Edelstahl Rostfrei Die ferritischen Stähle besitzen folgende Eigenschaften: mit ferritischem Gefüge (Cr) bedingt schweißbar geringe Festigkeit nicht härt- und vergütbar Grobkorngefahr bedingt zerspanbar gute Warm- und Kaltumformbarkeit preiswert hohe Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion. je nach Analyse gute Korrosionsbeständigkeit magnetisch Beispiele: , , Werkstoff-Datenblätter s.

20 20 Einsatz alternativer Werkstoffe – exemplarischer Kostenvergleich BasispreisLZ 11/07 Deutliche Vorteile bei Beschaffungspreisen von Ferriten Austenit Ferrit Einsparung

21 21 Typische Entwicklung der Werkstoffgruppen bei rostfreien Langprodukten 67 % 22 % 10 % 1 % 62 % 25 % 11 % 2 % 47 % 36 % 14 % 3 %

22 22 Edelstahl Rostfrei – Verfestigungsverhalten Auszug aus Bauaufsichtlicher Zulassung Z

23 23 Verfestigungsschaubild – (Duplex-Stahl)

24 24 Möglichkeiten der Substitution aufgrund steigender LZ-Preise bei Edelstahl-Langprodukten Rostfrei Reduzierung des Einsatzgewichtes durch Erhöhung der mechanischen Eigenschaften Werkstoff GruppeStreckgrenze Streckgrenze Norm optimiert Duplex > 450 MPa > 700 MPa Ferrit > 350 MPa > 480 MPa Austenit > 175 MPa > 460 MPa Martensit > 600 MPa > 800 MPa Gewichtsersparnis konstruktiv bis 40 %

25 25 Ersatz von teurem Rostfrei-Austenit durch:

26 26 Deutsche Edelstahlwerke Providing special steel solutions Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! Der Spezialist für Rostfrei-Langprodukte - über Strecke 0,8 – 900 mm Ø, bis 12 m Länge - großes Lager in Rostfrei-Standardgüten - über 100 Werkstoffe im Programm - Spezialprodukte (z. B. ESU, VU, Freiformschmiede, Pharma-Teile-Nitrierung …)


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