Sandvik 8R40: Niob-stabilisierter austenitischer Edelstahl für Anwendungen bis 850 °C

Übersicht

Sandvik 8R40 ist ein austenitischer, niob-stabilisierter Chrom-Nickel-Edelstahl für den Einsatz bei Temperaturen bis zu 850 °C (1560 °F). Die Niob-Stabilisierung verhindert die Bildung von Chromkarbiden an den Korngrenzen und gewährleistet so eine hervorragende Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion, insbesondere nach dem Schweißen oder bei thermischer Belastung im Sensibilisierungsbereich.

Kennwerte

Allgemeine Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Dichte	23 °C	7,9 g/cm³
Rezyklatanteil		82,1 %	Durchschnittlicher Rezyklatanteil

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Kerbschlagzähigkeit (Charpy)	-196 °C	60 J	EN 13445-2 (UFPV-2) und EN 10216-5
Dauerfestigkeit (10⁴ h)	540 °C	253 MPa	ISO-Werte
	550 °C	237 MPa	ISO-Werte
	580 °C	192 MPa	ISO-Werte
	600 °C	166 MPa	ISO-Werte
	620 °C	142 MPa	ISO-Werte
	650 °C	112 MPa	ISO-Werte
	670 °C	96 MPa	ISO-Werte
	700 °C	74 MPa	ISO-Werte
	800 °C	28 MPa	ISO-Werte
Dauerfestigkeit (10⁵ h)	540 °C	186 MPa	ISO-Werte
	550 °C	172 MPa	ISO-Werte
	580 °C	135 MPa	ISO-Werte
	600 °C	115 MPa	ISO-Werte
	620 °C	97 MPa	ISO-Werte
	650 °C	74 MPa	ISO-Werte
	670 °C	61 MPa	ISO-Werte
	700 °C	48 MPa	ISO-Werte
	800 °C	16 MPa	ISO-Werte
Elastizitätsmodul	20 °C	200 GPa
	100 °C	194 GPa
	200 °C	186 GPa
	300 °C	179 GPa
	400 °C	172 GPa
	500 °C	165 GPa
Dehnung	23 °C	40 %	min.
Härte, Vickers	23 °C	155 HV
Zugfestigkeit	23 °C	515 – 690 MPa
Dehngrenze Rp0,1	20 °C	250 MPa	min.
	50 °C	232 MPa	min.
	100 °C	210 MPa	min.
	150 °C	195 MPa	min.
	200 °C	185 MPa	min.
	250 °C	175 MPa	min.
	300 °C	167 MPa	min.
	350 °C	162 MPa	min.
	400 °C	159 MPa	min.
	450 °C	156 MPa	min.
	500 °C	155 MPa	min.
	550 °C	152 MPa	min.
Dehngrenze Rp0,2	20 °C	220 MPa	min.
	50 °C	195 MPa	min.
	100 °C	175 MPa	min.
	150 °C	165 MPa	min.
	200 °C	155 MPa	min.
	250 °C	147 MPa	min.
	300 °C	139 MPa	min.
	350 °C	133 MPa	min.
	400 °C	129 MPa	min.
	450 °C	126 MPa	min.
	500 °C	124 MPa	min.
	550 °C	118 MPa	min.

Thermische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Wärmeausdehnungskoeffizient	100 °C	1,7·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	200 °C	1,75·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	300 °C	1,75·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	400 °C	1,8·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	500 °C	1,85·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	600 °C	1,85·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	700 °C	1,9·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	800 °C	1,95·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	900 °C	1,95·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	1000 °C	2,0·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
Spezifische Wärmekapazität	20 °C	485 J/(kg·K)
	100 °C	500 J/(kg·K)
	200 °C	515 J/(kg·K)
	300 °C	525 J/(kg·K)
	400 °C	540 J/(kg·K)
	500 °C	555 J/(kg·K)
	600 °C	575 J/(kg·K)
Wärmeleitfähigkeit	23 °C	14 W/(m·K)
	100 °C	15 W/(m·K)
	200 °C	17 W/(m·K)
	300 °C	18 W/(m·K)
	400 °C	20 W/(m·K)
	500 °C	21 W/(m·K)
	600 °C	23 W/(m·K)

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Element	Gehalt	Bemerkung
Kohlenstoff	0,06	max.
Chrom	17,5
Eisen	Basis
Mangan	1,8
Nickel	11
Niob	0,6	min. (Nb > 10×C)
Phosphor	0,04	max.
Silizium	0,4
Schwefel	0,015	max.

Technologische Eigenschaften & Verarbeitung

Anwendungsbereiche

• Überhitzerrohre in Dampfkraftwerken
• Kühlrohre in Ammoniaksynthese-Anlagen – wegen guter Beständigkeit gegen Stickstoffaufnahme und Korrosion
• Ofenrohre in Raffinerien – dank guter Warmfestigkeit und Beständigkeit gegen Wasserstoffsulfid und interkristalline Korrosion
• Ofenrohre in der Vinylchlorid-Produktion

Kaltumformung

Ein Glühen nach dem Kaltbiegen ist normalerweise nicht erforderlich, hängt jedoch vom Biegegrad und den Betriebsbedingungen ab. Falls eine Wärmebehandlung nötig ist, sollte diese als Spannungsarmglühen oder Lösungsglühen erfolgen (siehe „Wärmebehandlung“).

Korrosionsbeständigkeit

Nasskorrosion

Sandvik 8R40 weist – mit Einschränkungen bei Salpetersäure – eine ähnliche Beständigkeit wie der unstabilisierte Stahl ASTM 304 auf. Gute Beständigkeit besteht in:

• Organischen Säuren bei mäßigen Temperaturen
• Salzlösungen (z. B. Sulfate, Sulfide, Sulfite)
• Laugen bei mäßigen Temperaturen

Der Stahl wird allgemein bei Temperaturen über 500 °C (930 °F) eingesetzt, wo Nasskorrosion keine Rolle spielt.

Interkristalline Korrosion

Die Niob-Stabilisierung verleiht Sandvik 8R40 eine gute Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion.

Loch- und Spaltkorrosion

Der Stahl kann auch in Lösungen mit relativ geringem Chloridgehalt empfindlich gegenüber Loch- und Spaltkorrosion sein.

Spannungsrisskorrosion

Austenitische Stähle sind anfällig für Spannungsrisskorrosion. Diese kann bei Temperaturen über ca. 60 °C (140 °F) auftreten, wenn der Stahl Zugspannungen ausgesetzt ist und gleichzeitig mit bestimmten Lösungen – insbesondere chloridhaltigen – in Kontakt kommt. Solche Betriebsbedingungen sollten vermieden werden. Auch Stillstandsbedingungen sind zu beachten, da sich dann Kondensate bilden können, die einen Chloridgehalt entwickeln, der sowohl zu Spannungsrisskorrosion als auch zu Lochkorrosion führt.

Gaskorrosion

Sandvik 8R40 ist einsetzbar in:

• Luft bis 850 °C (1560 °F)
• Wasserdampf bis 750 °C (1380 °F)
• Synthesegas (Ammoniaksynthese) bis ca. 550 °C (1020 °F)

Im Kriechbereich muss das Kriechverhalten berücksichtigt werden. In schwefelhaltigen Rauchgasen ist die Korrosionsbeständigkeit reduziert. In solchen Umgebungen kann der Stahl bei 600–750 °C (1110–1380 °F) eingesetzt werden, abhängig von den Betriebsbedingungen. Zu berücksichtigen sind, ob die Atmosphäre oxidierend oder reduzierend ist (Sauerstoffgehalt) und ob Verunreinigungen wie Natrium und Vanadium vorliegen.

Wärmebehandlung

Die Rohre werden in wärmebehandeltem Zustand geliefert. Falls nach weiterer Bearbeitung eine zusätzliche Wärmebehandlung erforderlich ist, wird empfohlen:

• Spannungsarmglühen: 850–950 °C (1560–1740 °F), 10–15 min, Abkühlung an Luft
• Lösungsglühen: 1000–1100 °C (1830–2010 °F), 5–20 min, schnelle Abkühlung an Luft oder in Wasser

Warmumformung

Warmbiegen erfolgt bei 1100–850 °C (2010–1560 °F) und sollte von einem Lösungsglühen gefolgt werden.

Lieferformen

Nahtlose Rohre in 8R40 werden in Abmessungen bis 260 mm Außendurchmesser im lösungsgeglühten und weißbeizten Zustand oder im blankgeglühten Zustand geliefert.

Schweißen

Die Schweißbarkeit von Sandvik 8R40 ist gut. Schweißen muss ohne Vorwärmen erfolgen; eine nachträgliche Wärmebehandlung ist normalerweise nicht erforderlich. Geeignete Schmelzschweißverfahren sind Lichtbogenschweißen mit Stabelektrode (MMA/SMAW) und Gasgeschütztes Lichtbogenschweißen, wobei das WIG-/GTAW-Verfahren erste Wahl ist.

Für Sandvik 8R40 werden eine Wärmeeinbringung von < 1,5 kJ/mm und eine Zwischentemperatur von < 150 °C (300 °F) empfohlen.

Empfohlene Zusatzwerkstoffe

• WIG/GTAW oder MIG/GMAW:
  • ISO 14343 S 19 9 Nb / AWS A5.9 ER347 (z. B. Exaton 19.9.Nb)
  • ISO 14343 S 19 9 Nb Si / AWS A5.9 ER347Si (z. B. Exaton 19.9.NbSi)
• MMA/SMAW:
  • ISO 3581 E 19 9 Nb R / AWS A5.4 E347-17 (z. B. Exaton 19.9.NbR)
• Auftragsschweißen von Rohrböden und Hochdruckbehältern: ISO 14343 S 19 9 Nb / AWS A5.9 ER347 (z. B. Exaton 19.9.LNb) als Draht- oder Bänderlektroden, wenn Korrosionsbeständigkeit gleich der von Sandvik 8R40 gefordert ist.