Als hitzebeständige Edelstähle werden üblicherweise Legierungen bezeichnet, die in einem Temperaturbereich von circa 500 bis 1150 Grad Celsius zum Einsatz kommen.
Hitzebeständige Edelstähle werden in der Fachsprache oft auch als „Heat- and Creep resistant“ bezeichnet.
Chemische Zusammensetzung von hitzebeständigen Edelstählen
Vom Gefüge beziehungsweise von der Analyse her betrachtet, unterscheidet man zwischen hitzebeständigen ferritischen beziehungsweise austenitischen Stählen und Nickelbasislegierungen.
Die Erschmelzung dieser Legierungen unterscheidet sich kaum im Vergleich zur Herstellung von herkömmlichen ferritischen und austenitischen Stählen bzw. Nickelbasislegierungen. Jedoch gibt es einige Elemente, die bei der Erschmelzung von hitzebeständigen Edelstählen eine wichtige Rolle spielen. Dazu gehört z.B. ein höherer Kohlenstoffgehalt (C) als bei „Standardwerkstoffen“. Abhängig vom jeweiligen Werkstoff kommen noch Aluminium (Al), Silizium (Si), Stickstoff (N) aber auch Metalle der seltenen Erden wie Cer (Ce) hinzu.
Bei Nickelbasislegierungen findet man auch Kupfer (Cu), Cobalt (Co) und auch Bor (B) in der Analyse.
Chemische Analyse von hitzebeständigen Edelstählen
In der nachstehenden Tabelle finden Sie einige Beispiele:
Ferritisch
| EN-Nr. | ASTM | C max. | Cr | Ni | Ti | N | Al | Si | Ce | Andere | Max. E.T. (*) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.4713 | 0.12 | 6.0-8.0 | – | – | – | 0.5-1.0 | 0.5-1.0 | – | – | 800°C | |
| 1.4724 | 0.12 | 12.0-14.0 | – | – | – | 0.7-1.2 | 0.7-1.4 | – | – | 850°C | |
| 1.4742 | 0.12 | 17.0-19.0 | – | – | – | 0.7-1.2 | 0.7-1.4 | – | – | 1000°C |
<Austenitisch
| EN-Nr. | ASTM | C max. | Cr | Ni | Ti | N | Al | Si | Ce | Andere | Max. E.T. (*) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.4948 | 304H | 0.2 | 17.0-19.0 | 8.0-11.0 | Max. 0.10 | – | Max. 0.50 | – | – | 750°C | |
| 1.4878 | 321H | 0.1 | 17.0-19.0 | 9.0-12.0 | Min 4x (C+N); Max 0.70 | Max. 0.10 | – | Max. 0.75 | – | – | 850°C |
| 1.4828 | – | 0.2 | 19.0-21.0 | 11.0-13.0 | – | Max. 0.11 | – | 1.5-2.5 | – | – | 1000°C |
| 1.4883 | 309S | 0.08 | 22.0-24.0 | 12.0-15.0 | – | Max. 0.11 | – | Max. 0.75 | – | – | 1000°C |
| 1.4845 | 310S | 0.1 | 24.0-26-0 | 19.0-22.0 | – | Max. 0.11 | – | Max. 1.5 | – | – | 1050°C |
| 1.4818 | – | 0.08 | 18.0-20.0 | 9.0-11.0 | – | 0.12-0.20 | – | 1.0-2.0 | 0.03-0.08 | – | 1050°C |
| 1.4835 | – | 0.12 | 20.0-22.0 | 10.0-12.0 | – | 0.12-0.20 | – | 1.4-2.5 | 0.03-0.08 | – | 1150°C |
| 1.4841 | 314 | 0.2 | 24.0-26.0 | 19.0-22.0 | – | – | – | 1.5-2.5 | – | 1150°C |
Nickelbasislegierungen
| EN-Nr. | ASTM | C max. | Cr | Ni | Ti | N | Al | Si | Ce | Andere | Max. E.T. (*) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2.4816 | Alloy 600 | 0.05-0.10 | 14.0-17.0 | Min, 72 | Max. 0.3 | – | Max. 0.3 | Max. 0.5 | – | Co, Cu, B | 600-900°C |
| 2.4851 | Alloy 600 | 0.03-0.01 | 21.0-25.0 | 58.0-63.0 | Max. 0.5 | – | 1.0-1.7 | Max. 0.5 | – | Cu, B | 550-1200°C |
(*) Maximale empfohlene Einsatztemperatur an Luft
Die Anforderungen an diese Stähle sind nicht nur die Hitzebeständigkeit, sondern auch ihre Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei den jeweiligen Einsatztemperaturen. Ein ganz wichtiges Kriterium ist die Dauerstandsfähigkeit/Kriechfestigkeit im höheren Temperaturbereich.
Wie in vielen anderen Bereichen sind auch hier die sogenannten Life Cycle Costs (kurz LCC) ein gewichtiger Faktor bei der Materialauswahl.
Eigenschaften von hitzebeständigen Edelstählen
Im Unterschied zu den „herkömmlichen“ ferritischen, austenitischen und Nickelbasislegierungen ist dieser besondere Verwendungszweck ganz klar auf die Beanspruchung bei höheren Temperaturen (wie bereits oben angeführt) ausgelegt. Die wichtigsten Kriterien sind unter anderen:
eine hohe Dauerstandsfähigkeit/Kriechfestigkeit im gewünschten Temperaturbereich
Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit
Zunderbeständigkeit durch die Bildung einer Oxidschicht
spezielle Eigenschaften gegen Beanspruchungen durch immer wiederkehrende Temperaturwechsel und das damit verbundene Risiko von Versprödung (abhängig vom jeweiligen Werkstoff)
stabile Mikrostruktur
hohe mechanische Belastbarkeit
Vielfältiger Einsatz von hitzebeständigen Edelstählen
Hitzebeständige Edelstähle haben einen breit gefächerten Einsatzbereich. Nachstehend einige Industriezweige:
keramische Industrie
Glasindustrie
chemische und petrochemische Industrie
Härtereien
Nahrungsmittelindustrie
Müllverbrennungsanlagen
Dampfkessel
Zellstoffindustrie
verschiedenste Anwendungen im Apparatebau
Zementindustrie (zum Beispiel für Drehrohröfen)
Industrieofenbau (Haubenöfen zur Wärmebehandlung von Coils und Drähten, Blankglühanlagen für die Stahl- Edelstahl- und Buntmetallindustrie), Stossöfen etc.
Wärmetauscher für die verschiedensten Anwendungen im höheren Temperaturbereich
Abgasanlagen – zum Beispiel in der Automobilindustrie für Abgaskrümmer
Oberflächen von hitzebeständigen Edelstählen
Hitzebeständige Edelstähle kommen meist als Bleche zum Einsatz, sowohl im Dünnblechbereich, als auch im Grobblechbereich. Die am häufigsten verfügbaren Oberflächen sind die Ausführungen 2B (kaltgewalzt, geglüht, gebeizt), 2C (kaltgewalzt, geglüht, nicht entzundert), 2E (mechanisch entzundert und gebeizt), 1C (warmgewalzt, geglüht, nicht entzundert), 1D (warmgewalzt, geglüht, gebeizt).
Im Bereich der Präzisionsbänder gibt es auch die Ausführung 2R (kaltgewalzt, blankgeglüht).
Oberfläche mit oder ohne Zunder
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß nicht jeder Produzent die Möglichkeiten hat, ungebeiztes Material anzubieten. Bei vielen Herstellern werden kombinierte Anlagen für das Walzen, das Beizen und die Wärmebehandlung eingesetzt (zum Beispiel RAP = rolling, pickling and annealing) aber auch kombinierte Linien für das Glühen und Beizen sind international absolut üblich.
Beim Einsatz von ungebeizten oder gebeizten Oberflächen scheiden sich die Geister am internationalen Markt. Es gibt viele Anlagenbauer, die auf eine gebeizte Oberfläche größten Wert legen. Laut deren Aussagen sieht man eventuelle Oberflächenfehler sofort. Die Anarbeitung der Schweisskanten und auch das Schweissen soll einfacher sein und das Gesamterscheinungsbild einer Anlage ist optisch einwandfrei.
Auch gibt es keine Zunderreste auf den verschiedenen Verarbeitungsmaschinen, was zu Problemen bei der weiteren Verarbeitung von „Standard-Edelstählen“ führen könnte.
Diejenigen Verarbeiter, die eine ungebeizte Oberfläche einsetzen, sehen erhebliche Vorteile durch die bereits vorhandene Zunderschicht.
Schweißen von hitzebeständigen Edelstählen
Die Schweissbarkeit von hitzebeständigen Edelstählen unterscheidet sich aufgrund der verschiedenen Legierungen teilweise erheblich.
Ferrite kann man als bedingt schweissbar bezeichnen.
Austenite sind prinzipiell als gut schweissbar einzuordnen.
In jedem Fall sind „artgleiche“ Schweisszusatzwerkstoffe zu verwenden und es empfiehlt sich, die zur Verfügung stehenden Datenblätter der einzelnen Stahl- bzw. Schweisszusatzwerkstoffproduzenten zu befolgen.
Im Normalfall können alle gängigen Schweissverfahren wie z.B. MIG/MAG, WIG, Elektrodenschweissen angewendet werden.
Laserschweissen für die Produktion von Profilen ist ein gängiges Verfahren bei Montanstahl. Die Oberfläche muss jedoch frei von Zunder sein, um die Nahtqualität nicht zu beeinträchtigen. Bei Montanstahl werden meist Träger (Doppel-T-Träger), T-Profile und Winkelprofile für Hochtemperaturanwendungen geschweisst.
Produktformen von hitzebeständigen Edelstählen
Hitzebeständige Edelstähle zählen nicht zur alltäglichen Anwendung am Edelstahlmarkt. Dennoch sind beinahe alle zur Herstellung von Anlagen in diesem Segment wichtigen Produktformen, wie zum Beispiel Bleche, Rohre, Rohrzubehör, Schweisszusatzwerkstoffe und so weiter am Edelstahlmarkt verfügbar; abhängig vom Werkstoff teilweise kurzfristig von diversen Lagerhaltern oder über die Neuherstellung.
Bei Montanstahl hat man die Möglichkeit strukturelle Handelsprofile aus hitzebeständigen Edelstählen zu beziehen. Diese werden projektbezogen just-in-time realisiert. Neben genormten Profilen hat man auch die Möglichkeit massgeschneiderte Profile inklusive Anarbeitung zu bekommen.