Sandvik 3RE60: Hochleistungs-Duplex-Edelstahl für Korrosionsbeständigkeit

Überblick

Sandvik 3RE60 ist ein duplexer (austenitisch-ferritischer) Edelstahl, der sich durch eine hervorragende Kombination aus Korrosionsbeständigkeit und hoher mechanischer Festigkeit auszeichnet. Dieser Werkstoff wurde speziell für anspruchsvolle Umgebungen entwickelt, in denen herkömmliche austenitische Edelstähle an ihre Grenzen stoßen.

Haupteigenschaften

• Hervorragende Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SCC) in chloridhaltigen Umgebungen
• Gute Beständigkeit gegen Allgemein- und Lochkorrosion
• Hohe mechanische Festigkeit – etwa doppelt so hoch wie die Dehngrenze austenitischer Sorten
• Gute Beständigkeit gegen Erosionskorrosion und Korrosionsermüdung
• Vorteilhafte physikalische Eigenschaften für konstruktive Auslegungen
• Gute Schweißbarkeit

Allgemeine Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Dichte	23,0 °C	7,8 g/cm³
Recyclinganteil		82,1 %	Durchschnittlicher Recyclinganteil

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Elastizitätsmodul	20,0 °C	200 GPa
	100,0 °C	194 GPa
	200,0 °C	186 GPa
	300,0 °C	180 GPa
Dehnung	23,0 °C	30 %	min.
Dehnung A2	23,0 °C	30 %	min.
Härte, Rockwell C	23,0 °C	28 [-]	max.
Zugfestigkeit	23,0 °C	700 - 880 MPa	min.
Dehngrenze Rp0,1	23,0 °C	500 MPa	min.
Dehngrenze Rp0,2	20,0 °C	480 MPa	min.
	50,0 °C	430 MPa	min.
	100,0 °C	370 MPa	min.
	150,0 °C	350 MPa	min.
	200,0 °C	330 MPa	min.
	250,0 °C	325 MPa	min.
	300,0 °C	320 MPa	min.

Thermische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Wärmeausdehnungskoeffizient	100,0 °C	1,0E-5 1/K	für 30°C bis genannte Temperatur
	200,0 °C	1,0E-5 1/K	für 30°C bis genannte Temperatur
	300,0 °C	1,05E-5 1/K	für 30°C bis genannte Temperatur
	400,0 °C	1,1E-5 1/K	für 30°C bis genannte Temperatur
Spezifische Wärmekapazität	20,0 °C	475 J/(kg·K)
	100,0 °C	505 J/(kg·K)
	200,0 °C	530 J/(kg·K)
	300,0 °C	555 J/(kg·K)
	400,0 °C	580 J/(kg·K)
Wärmeleitfähigkeit	20,0 °C	13 W/(m·K)
	100,0 °C	15 W/(m·K)
	200,0 °C	16 W/(m·K)
	300,0 °C	17 W/(m·K)
	400,0 °C	19 W/(m·K)

Chemische Zusammensetzung

Element	Gehalt	Bemerkung
Kohlenstoff	0,03 %	max.
Chrom	18,5 %
Eisen	Rest
Mangan	1,5 %
Molybdän	2,6 %
Nickel	4,5 %
Stickstoff	0,07 %
Phosphor	0,03 %	max.
Silizium	1,6 %
Schwefel	0,015 %	max.

Technologische Eigenschaften und Anwendungen

Anwendungsbereiche

3RE60 eignet sich hervorragend für den Einsatz in chloridhaltigen Umgebungen, wo Lochkorrosion und Spannungsrisskorrosion potenzielle Probleme darstellen. In solchen Umgebungen ist 3RE60 den Standard-Austenitstählen weit überlegen. Der Werkstoff eignet sich daher besonders gut für Wärmetauscher, die mit Kühlwasser mit moderatem Chloridgehalt arbeiten.

Typische Anwendungsbeispiele finden sich in Ölraffinerien, chemischen und petrochemischen Anlagen sowie in der Zellstoffindustrie.

Die hohe Festigkeit und Härte von 3RE60 machen den Werkstoff zu einer attraktiven Alternative zu austenitischen Stählen in Konstruktionen, die hohen Belastungen oder Verschleiß ausgesetzt sind.

Zulassungen und Zertifizierungen

• Zugelassen für den Einsatz gemäß ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 und 2, Konstruktion NGS 1604 (Nordische Regeln für die Anwendung von SS 2376)
• VdTÜV-Werkstoffblatt 385 (Nichtrostender ferritisch-austenitischer Stahl)

Wichtiger Hinweis: Wenn 3RE60 über längere Zeiträume Temperaturen über 300 °C (570 °F) ausgesetzt wird, ändert sich das Gefüge, was zu einer Verringerung der Kerbschlagzähigkeit führt. Dieser Effekt beeinflusst nicht unbedingt das Verhalten des Werkstoffs bei der Betriebstemperatur. Beispielsweise können Wärmetauscherrohre bei höheren Temperaturen problemlos eingesetzt werden. Für Rat kontaktieren Sie bitte Sandvik.

Für Druckbehälteranwendungen ist gemäß VdTÜV-Wb 385 und NGS 1604 eine Maximaltemperatur von 300 °C (570 °F) vorgeschrieben.

Kaltumformung

Biegen

Die Biegekraftanforderung für 3RE60 ist etwa doppelt so hoch wie für AISI 304L/316L, aber sobald die Dehngrenze überschritten ist, erfolgt die plastische Verformung genauso leicht wie bei austenitischen Edelstählen. 3RE60 kann bis zu 25 % Verformung kaltgebogen werden, ohne dass eine nachfolgende Wärmebehandlung erforderlich ist. Unter Betriebsbedingungen, bei denen das Risiko von Spannungsrisskorrosion zunimmt (z. B. bei Materialtemperaturen von fast 150 °C in einer sauerstoffhaltigen Umgebung mit ca. 100 ppm Cl⁻), wird eine Wärmebehandlung auch nach mäßigem Kaltbiegen empfohlen.

Korrosionseigenschaften

Allgemeine Korrosion

In Bezug auf die Beständigkeit gegen Allgemeinkorrosion ist 3RE60 in den meisten Medien mit AISI 316L vergleichbar oder überlegen. Die nachstehende Tabelle enthält Beispiele für Korrosionsdaten aus Laborversuchen in Ameisen- und Salzsäure.

Die Beständigkeit gegen Schwefelsäure wird durch das Isokorrosionsdiagramm in Abbildung 3 dargestellt. Das Diagramm zeigt, dass 3RE60 in dieser Hinsicht gut mit AISI 316L vergleichbar ist.

Lochkorrosion

Die Lochkorrosionsbeständigkeit eines Stahls wird durch Erhöhung des Chrom- und Molybdängehalts verbessert. Im Vergleich zu Stahl vom AISI 316-Typ hat 3RE60 einen höheren Chromgehalt und daher eine bessere Beständigkeit gegen Lochkorrosion. Im Vergleich zu Stahl vom AISI 304-Typ, der kein Molybdän enthält, ist 3RE60 eindeutig weit überlegen. Dies wird durch potentiostatische Messungen der kritischen Temperatur für die Initiierung von Lochkorrosion (CPT) in chloridhaltigen wässrigen Lösungen bestätigt (Abbildung 4).

Spannungsrisskorrosion

Standard-Austenitstähle AISI 304L und AISI 316L sind anfällig für Spannungsrisskorrosion (SCC) in chloridhaltigen Lösungen bei Temperaturen über ca. 60 °C (140 °F).

Duplex-Edelstähle sind viel unempfindlicher gegen diese Art der Korrosion. Die gute Beständigkeit von 3RE60 gegen SCC wurde durch Laborversuche nachgewiesen, aber noch bedeutsamer durch umfangreiche Betriebserfahrungen der letzten 20 Jahre. Betriebserfahrungen und Laborergebnisse sind in Abbildung 5 zusammengefasst.

Das Diagramm zeigt den Temperatur-Chlorid-Bereich, in dem 3RE60 und die Standardstähle AISI 304L und AISI 316L ohne Risiko von Spannungsrisskorrosion eingesetzt werden können. Bei hohen Chloridgehalten ist die Beständigkeit gegen Lochkorrosion oft der begrenzende Faktor. In solchen Fällen empfehlen wir den Duplex-Edelstahl Sandvik SAF 2205, einen Stahl mit 22 % Cr, 5,5 % Ni und 3 % Mo.

Ergebnisse von Laborversuchen in Calciumchlorid sind in Abbildung 6 dargestellt. Die Versuche wurden bis zum Versagen oder maximal 500 h fortgesetzt. Das Diagramm zeigt die weitaus größere SCC-Beständigkeit von 3RE60 im Vergleich zu den austenitischen Standardstählen AISI 304L und AISI 316L.

Interkristalline Korrosion

3RE60 gehört zur Familie moderner Duplex-Edelstähle, deren Zusammensetzung so ausbalanciert ist, dass beim Schweißen die Neubildung von Austenit in der wärmebeeinflussten Zone neben der Naht schnell erfolgt. Dies führt zu einem Gefüge, das Korrosionseigenschaften und Zähigkeit aufweist, die denen des Grundwerkstoffs ungefähr entsprechen. Die langjährige Erfahrung mit 3RE60 in geschweißten Konstruktionen hat die hohe Beständigkeit des Stahls gegen interkristalline Korrosion bestätigt.

Spaltkorrosion

Genauso wie die Beständigkeit gegen Lochkorrosion mit dem Chrom- und Molybdängehalt des Stahls zusammenhängt, so verhält es sich mit der Beständigkeit gegen Spaltkorrosion. 3RE60 besitzt daher eine bessere Beständigkeit gegen Spaltkorrosion als Stähle vom AISI 316L-Typ.

Erosionskorrosion

Stähle vom AISI 316L-Typ werden durch Erosionskorrosion angegriffen, wenn sie strömenden Medien mit stark abrasiven Feststoffpartikeln ausgesetzt sind. Aufgrund seiner hohen Härte zeigt 3RE60 unter solchen Bedingungen eine sehr gute Beständigkeit.

Korrosionsermüdung

In bestimmten Anwendungen, z. B. Saugwalzen in Papierfabriken, hat die Beständigkeit des Werkstoffs gegen Korrosionsermüdung entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer. Laborversuche haben gezeigt, dass 3RE60 unter korrosiven Bedingungen eine weitaus bessere Ermüdungsfestigkeit aufweist als Stähle vom AISI 316L-Typ. Dies gilt sowohl für lösegeglühte als auch für geschweißte Werkstoffe. Der Unterschied zwischen den beiden Stahlsorten wird durch die überlegene mechanische Festigkeit von 3RE60 erklärt.

Drehbiegeversuche wurden an 3RE60 und AISI 316L bei Raumtemperatur in einer Lösung mit 400 ppm Cl⁻ und 250 ppm SO₄²⁻, pH = 3,5 durchgeführt. Die Testergebnisse sind in Abbildung 7 dargestellt.

Aufweiten

Im Vergleich zu austenitischen Edelstählen hat 3RE60 eine höhere 0,2%-Dehngrenze und eine höhere Zugfestigkeit. Dies muss beim Aufweiten von Rohren in Rohrböden berücksichtigt werden. Normale Aufweitmethoden können verwendet werden, aber das Aufweiten erfordert eine höhere Anfangskraft und sollte in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.

Wärmebehandlung

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

Löseglühen: 990–1130 °C (1815–2065 °F), schnelles Abkühlen in Luft oder Wasser.

Die Wärmebehandlung erfolgt in Form von Löseglühen (siehe unter diesem Punkt) oder Widerstandsglühen.

Warmumformung

Warmbiegen wird bei 1100–950 °C (2010–1740 °F) durchgeführt und sollte von einem Löseglühen gefolgt werden.

Zerspanung

Die mechanische Bearbeitung von Edelstählen erfordert stets eine Anpassung der Schnittdaten und Bearbeitungsmethoden, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen. Beim Drehen mit Hartmetallwerkzeugen sollte die Schnittgeschwindigkeit für die Feinbearbeitung um 20 % und für die Grobbearbeitung um 60 % gegenüber den für AISI 316 angewandten Schnittgeschwindigkeiten reduziert werden. Ähnliches gilt für andere Operationen. Werden HSS-Werkzeuge verwendet, kann etwa dieselbe Schnittgeschwindigkeit wie für AISI 316 angewendet werden.

Detaillierte Empfehlungen für die Wahl von Werkzeugen und Schnittdaten sind in der Broschüre S-1,462-ENG enthalten. Wählen Sie Daten wie für Güte 5R60 (AISI 316), unter Berücksichtigung der obigen Hinweise.

Lieferformen

Nahtlose Rohre in Sandvik 4C54 werden in Abmessungen bis 125 mm Außendurchmesser im lösgeglühten und weiß gebeizten Zustand oder im blankgeglühten Zustand geliefert.

Weitere Lieferformen:

• Geschweißte Rohre
• Formstücke
• Band, geglüht oder kaltgewalzt in verschiedenen Härtegraden
• Stahlstäbe
• Platten, Bleche und Breitband
• Geschmiedete Rohrböden

Nahtlose Rohre für Wärmetauscher gemäß ASTM A789 sind im lösgeglühten und weiß gebeizten Zustand in der Größe (mittlere Wanddicke): 32 x 1,5 mm ab Lager verfügbar.

Zusatzwerkstoffe für das Schweißen sind in folgenden Durchmessern ab Lager verfügbar:

• Schweißdraht Sandvik 22.8.3.L: 0,80; 1,60; 2,0 und 2,4 mm (2/64; 1/16; 5/64 und 3/32 Zoll)
• Stabelektroden Sandvik 22.9.3.LR: 2,5; 3,25 und 4,0 mm (3/32; 1/8 und 5/32 Zoll)

Schweißen

Die Schweißbarkeit von Sandvik 3RE60 ist gut. Das Schweißen muss ohne Vorwärmen durchgeführt werden, und eine nachträgliche Wärmebehandlung ist normalerweise nicht erforderlich. Geeignete Schmelzschweißverfahren sind das Lichtbogenschweißen mit Stabelektroden (MMA/SMAW) und das Gasgeschützte Lichtbogenschweißen, wobei das WIG-Schweißen (TIG/GTAW) als erste Wahl empfohlen wird.

Für Sandvik 3RE60 werden eine Wärmeeinbringung von 0,5–2,5 kJ/mm und eine Zwischentemperatur von <150 °C (300 °F) empfohlen.

Empfohlene Zusatzwerkstoffe:

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

Datenblatt aktualisiert: 2019-08-26 09:20 (ersetzt alle vorherigen Ausgaben)