Sandvik SAF 2304®: Lean-Duplex-Edelstahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit

Übersicht

Sandvik SAF 2304® ist ein magerer Duplex-Edelstahl (austenitisch-ferritisch), der sich durch folgende Eigenschaften auszeichnet:

• Sehr gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SCC)
• Gute Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion und Lochfraß
• Hohe Festigkeit – ca. doppelt so hoch wie bei austenitischen Edelstählen
• Physikalische Eigenschaften mit Konstruktionsvorteilen (niedrigere Wärmeausdehnung, höhere Wärmeleitfähigkeit)
• Gute Umformbarkeit und Zähigkeit
• Gute Schweißbarkeit

Kennwerte

Allgemeine Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Dichte	23 °C	7,8 g/cm³
Rezyklatanteil		82,1 %	Durchschnitt

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Elastizitätsmodul	20 °C	200 GPa
	100 °C	194 GPa
	200 °C	186 GPa
	300 °C	180 GPa
Dehnung	23 °C	25 %	min.
Dehnung A2	23 °C	25 %	min.
Härte, Rockwell C	23 °C	30 HRC	max.
Zugfestigkeit	23 °C	630 – 820 MPa	Für Rohre ≤ 25,4 mm Außendurchmesser: Rp0,2 ≥ 450 MPa, Rm ≥ 690 MPa (ASTM A789)
Dehngrenze Rp0,2	20 °C	400 MPa	min., wanddickenabhängig (s. o.)
	50 °C	370 – 420 MPa	min., wanddickenabhängig
	100 °C	330 – 380 MPa	min., wanddickenabhängig
	150 °C	310 – 360 MPa	min., wanddickenabhängig
	200 °C	290 – 340 MPa	min., wanddickenabhängig
	250 °C	280 – 330 MPa	min., wanddickenabhängig
	300 °C	270 – 310 MPa	min., wanddickenabhängig

Thermische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Wärmeausdehnungskoeffizient	100 °C	1,35·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	200 °C	1,4·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	300 °C	1,45·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
	400 °C	1,45·10⁻⁵ 1/K	bezogen auf 30 °C
Spezifische Wärmekapazität	20 °C	490 J/(kg·K)
	100 °C	505 J/(kg·K)
	200 °C	530 J/(kg·K)
	300 °C	550 J/(kg·K)
	400 °C	590 J/(kg·K)
Wärmeleitfähigkeit	20 °C	16 W/(m·K)
	100 °C	17 W/(m·K)
	200 °C	18 W/(m·K)
	300 °C	19 W/(m·K)
	400 °C	21 W/(m·K)

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Element	Gehalt	Bemerkung
Kohlenstoff	0,03	max.
Chrom	22,5
Kupfer	0,3
Eisen	Basis
Mangan	2,0	max.
Molybdän	0,3
Nickel	4,5
Stickstoff	0,1
Phosphor	0,04	max.
Silizium	1,0	max.
Schwefel	0,015	max.

Technologische Eigenschaften & Verarbeitung

Anwendungsbereiche & Vorteile

Sandvik SAF 2304® bietet gute mechanische und physikalische Eigenschaften, ausgezeichnete Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und andere Korrosionsformen sowie gute Schweißbarkeit. Damit ist es eine technisch und wirtschaftlich überlegene Alternative zu austenitischen Stählen (ASTM 304, 304L, 316, 316L, 321, 347), ferritischen Chromstählen (ASTM 430, 444) und martensitischen Chromstählen (ASTM 410, 420) sowie zu niedriglegierten Stählen.

Die hohe Festigkeit und Härte machen den Werkstoff attraktiv für Bauteile unter hoher Beanspruchung oder Verschleiß. Durch die Reduzierung der Lebenszykluskosten ist SAF 2304® in vielen Anwendungen die wirtschaftliche Wahl.

Typische Branchen und Anwendungen

Branche	Anwendung	Heutige Werkstoffe	Vorteile von SAF 2304®
Prozessindustrie	Wärmetauscher, Rohrleitungen mit Chloriden	ASTM 304/304L, 316/316L	Höhere SCC-Beständigkeit
	Instrumentenrohre, Dampfheizung	ASTM 304/304L, 316/316L	Höhere SCC-Beständigkeit
Petrochemie	Tubulare Reaktoren bei hohen Temperaturen (Carbon-Stahl-Mantel)	ASTM 304/304L, 316/316L	Wärmeausdehnungskoeffizient vergleichbar mit C-Stahl
Zellstoff & Papier	Digester-Vorwärmer, Verdampfer	ASTM 304/304L, 316/316L	Höhere SCC-Beständigkeit
Kernkraft	Wiedererhitzer	C-Stähle, ASTM 430, 304/304L	Gute Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit
Energie	Speisewasservorwärmer	ASTM 430, 304/304L	Hohe SCC-Beständigkeit, Festigkeit, Umformbarkeit
Maschinenbau	Träger, drehmomentübertragende Wellen	C-Stähle, 304/304L, 316/316L	Hohe Festigkeit + Korrosionsbeständigkeit + niedrige Kosten
Hydraulik	Hydraulikrohre	C-Stähle	Exzellente Korrosionsbeständigkeit, geringere Installationskosten
Öl & Gas	Kühler on-/offshore, Rohrleitungen	C-Stähle, 304/304L, 316/316L, 420	Optimale Kombination Festigkeit, Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, Kosten
	Spannsysteme offshore, Instrumentenrohre	304/304L, 316/316L, C-Stähle	Hohe Festigkeit + hohe Korrosionsbeständigkeit

Zulassungen & Zertifizierungen

• ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII, Div. 1
• ASME B31.3 Process Piping
• VdTÜV-Werkstoffblatt 496
• DNV-Genehmigung für allgemeinen Schiffsbau
• PED 2014/68/EU

Hinweis: Bei langzeitiger Exposition über 280 °C (540 °F) ändert sich das Gefüge, was die Kerbschlagzähigkeit reduziert. Das Verhalten bei Betriebstemperatur wird nicht zwingend beeinträchtigt (z. B. Wärmetauscherrohre). Für Druckbehälter gilt laut VdTÜV-Wb 496 max. 280 °C.

Kaltumformung

Die Anbiegekraft ist etwas höher als bei ASTM 304/316. Kaltbiegen bis 25 % Umformung ohne nachträgliche Wärmebehandlung möglich. Bei SCC-gefährdenden Bedingungen (z. B. ~125 °C, neutral, sauerstoffhaltig, ~100 ppm Cl⁻) wird Wärmebehandlung auch nach mäßigem Kaltbiegen empfohlen. Für Druckbehälter in Deutschland/Skandinavien kann Wärmebehandlung nach VdTÜV-Wb 496 / NGS 1607 vorgeschrieben sein. Durchführung als Lösungsglühen oder Widerstandsglühen.

Korrosionsbeständigkeit (Detail)

Allgemeine Korrosion

Dank hohem Chromgehalt und ausgewogener Zusammensetzung besitzt SAF 2304® ausgezeichnete Beständigkeit in sauren Medien. Korrosionsraten in verschiedenen Säuren (Essig-, Ameisen-, Salzsäure, Salpeter-, Phosphor-, Schwefelsäure) sind in Tabellen und Isokorrosionsdiagrammen (Abb. 4–6) dargestellt. In vielen Säuren schneidet SAF 2304® besser ab als 304L und 316L.

Lochkorrosion

Die Lochkorrosionsbeständigkeit wird durch die PRE-Zahl (Pitting Resistance Equivalent) charakterisiert: PRE = %Cr + 3,3×%Mo + 16×%N. Für SAF 2304® ist die PRE-Zahl deutlich höher als für 304L und vergleichbar mit 316L. Potentiostatische Tests in chloridhaltigen Lösungen (pH 6) zeigen eine höhere kritische Lochtemperatur als 304L und vergleichbar mit 316L.

Spannungsrisskorrosion (SCC)

Durch die Zweiphasenstruktur und ausgewogene Zusammensetzung sehr gute SCC-Beständigkeit. In 40 % CaCl₂ bei 100 °C ist die Schwellen-Spannung für SCC bei SAF 2304® weit höher als bei 304/304L und 316/316L. Schweißen (nach Empfehlung) reduziert die SCC-Beständigkeit nicht nennenswert.

In verdünnten, sauerstoffhaltigen Chlorid-Lösungen kann SAF 2304® bis ca. 125 °C (260 °F) ohne SCC-Risiko eingesetzt werden (304/304L, 316/316L nur bis 60 °C). Über 125 °C nicht in sauerstoffhaltigen Lösungen mit > 10 ppm Cl⁻; hier sind SAF 2205™, SAF 2507® oder Sanicro® 28 zu bevorzugen. Bei niedrigem Sauerstoffgehalt (typisch in Prozess-/Kraftwerksindustrie) sind deutlich höhere Chloridgehalte und Temperaturen tolerierbar.

Interkristalline Korrosion

SAF 2304® gehört zur Familie moderner Duplex-Stähle, deren chemische Zusammensetzung eine schnelle Austenit-Wiederbildung in der Wärmeeinflusszone bewirkt. Das resultierende Gefüge gibt Korrosionseigenschaften und Zähigkeit wie das Grundmaterial. Bestanden Strauss-Test nach SS-EN ISO 3651-2 Methode A.

Spaltkorrosion

Bessere Beständigkeit als 304/304L, vergleichbar mit 316/316L.

Erosionskorrosion

Bei strömungsbedingter Angriffe mit abrasiven Partikeln (Sand) oder sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten zeigt SAF 2304® dank hoher Festigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit sehr gute Resistenz.

Korrosionsermüdung

Deutlich bessere Ermüdungsfestigkeit unter korrosiven Bedingungen als gewöhnliche austenitische Stähle.

Rohrweitern (Expanding)

Durch die höhere Dehngrenze gegenüber austenitischen Stählen ist beim Expandieren in Rohrböden eine höhere Anpresskraft erforderlich. Normale Expandierverfahren sind anwendbar, jedoch sollte die Expansion in einem Arbeitsgang erfolgen. Detaillierte Empfehlungen auf Anfrage.

Wärmebehandlung

Rohre werden normalerweise wärmebehandelt geliefert. Bei Bedarf nach weiterer Bearbeitung:

• Lösungsglühen: 930–1050 °C (1710–1920 °F), schnelle Abkühlung an Luft oder in Wasser

Warmumformung

Warmbiegen bei 1100–950 °C (2010–1740 °F), gefolgt von Lösungsglühen.

Zerspanen

Als Zweiphasenwerkzeug (austenitisch-ferritisch) zeigt SAF 2304® ein anderes Verschleißverhalten als einphasige Stähle (z. B. 304L). Schnittgeschwindigkeit ca. 25 % niedriger als für Sanmac 304/304L empfohlen. Für Halbschlichten wird ein zäherer Schneidstoff empfohlen.

Lieferformen

• Nahtlose Rohre bis 260 mm Außendurchmesser, lösungsgeglüht, weißbeizt oder blankgeglüht
• Für Hydraulikanwendungen auch als PW 400 vermarktet
• Geschweißte Rohre, Formstücke, Band (geglüht/kaltgewalzt), Stabstahl, Blech/Coil, Schmiede- und Gussprodukte

Schweißen

Gute Schweißbarkeit, ohne Vorwärmen, nachträgliche Wärmebehandlung normalerweise nicht nötig. Bevorzugt WIG/GTAW. Empfohlen: Wärmeeinbringung 0,5–2,5 kJ/mm, Zwischentemperatur < 150 °C (300 °F).

Empfohlene Zusatzwerkstoffe

• WIG/GTAW oder MIG/GMAW:
  • ISO 14343 S 23 7 N L (z. B. Exaton 23.7.L)
  • ISO 14343 S 22 9 3 N L / AWS A5.9 ER2209 (z. B. Exaton 22.8.3.L)
• MMA/SMAW:
  • ISO 3581 E 23 7 N L R
  • ISO 3581 E 22 9 3 N L R / AWS A5.4 E2209-17 (z. B. Exaton 22.9.3.LR)