VDM Alloy 31 Plus® – Hochkorrosionsbeständige Nickel-Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung

Werkstoffnummer 2.4692 (NiFeCr27Mo6CuN) ist eine Nickel-Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung mit einer kontrollierten Stickstoffzugabe. Für eine verbesserte metallurgische Stabilität weist die Legierung einen optimierten Nickelgehalt im Vergleich zu VDM® Alloy 31 auf und zeigt folgende Merkmale und Eigenschaften:

Hohe Korrosionsbeständigkeit, vergleichbar mit VDM® Alloy 31
Verbesserte niedrigere Lösungsglühtemperatur
Exzellente Korrosionsbeständigkeit gegen Schwefelsäuren
Exzellente Korrosionsbeständigkeit gegen Phosphorsäuren
Gute Verarbeitbarkeit und Bearbeitbarkeit
Gute Schweißbarkeit
Zulassung für Druckbehälter gemäß ASME Code Section VIII Div 1; Section VIII Div 2, Class 1 Anwendungen

Eigenschaften

Allgemein

Eigenschaft	Temperatur	Wert
Dichte	23,0 °C	8,08 g/cm³

Mechanisch

Eigenschaft	Temperatur	Wert
Kerbschlagzähigkeit (Charpy, V-Kerbe)	-196,0 °C	110 J
Kerbschlagzähigkeit (Charpy, V-Kerbe)	20,0 °C	150 J
Elastizitätsmodul	20,0 °C	199 GPa
Elastizitätsmodul	100,0 °C	195 GPa
Elastizitätsmodul	200,0 °C	189 GPa
Elastizitätsmodul	300,0 °C	181 GPa
Elastizitätsmodul	400,0 °C	174 GPa
Elastizitätsmodul	500,0 °C	168 GPa
Dehnung	23,0 °C	40 %
Zugfestigkeit	23,0 °C	650 – 850 MPa
Streckgrenze Rp0,2	20,0 °C	280 MPa
Streckgrenze Rp0,2	100,0 °C	210 MPa
Streckgrenze Rp0,2	200,0 °C	180 MPa
Streckgrenze Rp0,2	300,0 °C	165 MPa
Streckgrenze Rp0,2	400,0 °C	150 MPa
Streckgrenze Rp0,2	500,0 °C	135 MPa
Streckgrenze Rp1,0	20,0 °C	310 MPa
Streckgrenze Rp1,0	100,0 °C	240 MPa
Streckgrenze Rp1,0	200,0 °C	210 MPa
Streckgrenze Rp1,0	300,0 °C	195 MPa
Streckgrenze Rp1,0	400,0 °C	180 MPa
Streckgrenze Rp1,0	500,0 °C	165 MPa

Thermisch

Eigenschaft	Temperatur	Wert
Wärmeausdehnungskoeffizient	20,0 °C	1,43·10⁻⁵ 1/K
Wärmeausdehnungskoeffizient	100,0 °C	1,48·10⁻⁵ 1/K
Wärmeausdehnungskoeffizient	200,0 °C	1,54·10⁻⁵ 1/K
Wärmeausdehnungskoeffizient	300,0 °C	1,60·10⁻⁵ 1/K
Wärmeausdehnungskoeffizient	400,0 °C	1,63·10⁻⁵ 1/K
Wärmeausdehnungskoeffizient	500,0 °C	1,63·10⁻⁵ 1/K
Schmelzpunkt		1350 – 1370 °C
Spezifische Wärmekapazität	20,0 °C	431 J/(kg·K)
Spezifische Wärmekapazität	100,0 °C	447 J/(kg·K)
Spezifische Wärmekapazität	200,0 °C	468 J/(kg·K)
Spezifische Wärmekapazität	300,0 °C	480 J/(kg·K)
Spezifische Wärmekapazität	400,0 °C	488 J/(kg·K)
Spezifische Wärmekapazität	500,0 °C	488 J/(kg·K)
Wärmeleitfähigkeit	20,0 °C	10,3 W/(m·K)
Wärmeleitfähigkeit	100,0 °C	11,6 W/(m·K)
Wärmeleitfähigkeit	200,0 °C	13,4 W/(m·K)
Wärmeleitfähigkeit	300,0 °C	14,9 W/(m·K)
Wärmeleitfähigkeit	400,0 °C	16,3 W/(m·K)
Wärmeleitfähigkeit	500,0 °C	17,6 W/(m·K)

Magnetisch

Eigenschaft	Temperatur	Wert
Relative magnetische Permeabilität	23,0 °C	1 [-]

Chemische Zusammensetzung

Element	Gehalt	Bemerkung
Aluminium	0,3 %	max.
Kohlenstoff	0,01 %	max.
Chrom	26 – 27 %
Kupfer	0,5 – 1,5 %
Eisen	Rest
Mangan	1 – 4 %
Molybdän	6 – 7 %
Nickel	33,5 – 35 %
Stickstoff	0,1 – 0,25 %
Phosphor	0,02 %	max.
Silizium	0,1 %	max.
Schwefel	0,01 %	max.

Technologische Eigenschaften

Eigenschaft	Details
Anwendungsbereiche	Chemische Prozesse mit Schwefelsäure; Behandlung von Schwefelsäuren aus Abfällen; Komponenten für Rauchgasentschwefelungsanlagen; Ausgekleidete Tanks; Anlagen zur Herstellung von Phosphorsäure über das Nassverfahren; Meerwasser- und Brackwasseranwendungen; Verdampfung und Kristallisation von Salzen; Beizanlagen für Schwefelsäure und Salpetersäure-Hydrofluorsäure; Hydrometallurgie, z. B. Aufschluss von Lateriterzen im HPAL-Prozess; Feinchemikalien, Spezialchemikalien und organische Säuren; Komponenten für die Zellstoff- und Papierindustrie
Kaltumformen	Die Werkstücke sollten zum Kaltumformen im geglühten Zustand vorliegen. VDM Alloy 31 Plus® weist eine deutlich höhere Verfestigungsrate auf als andere weit verbreitete austenitische rostfreie Stähle. Dies muss bei der Konstruktion und Auswahl von Umformwerkzeugen und -maschinen sowie bei der Planung von Umformprozessen berücksichtigt werden. Zwischen glühen ist bei umfangreichem Kaltumformen erforderlich. Bei Kaltumformung > 15 % muss eine abschließende Lösungsglühung durchgeführt werden.
Korrosionseigenschaften	Der Werkstoff ist im Lieferzustand und beim Schweißen gemäß Prüfverfahren ASTM-G 28, Methode A gegen interkristalline Korrosion beständig. Die durch Massenverlust ermittelte Korrosionsrate gemäß ASTM-G 28, Methode A (Prüfdauer 24 Stunden) beträgt maximal 0,5 mm/a (0,020 mpy) im Lieferzustand und beim Schweißen. Eine sehr gute Beständigkeit besteht auch gegen Spalt- und Lochfraßkorrosion. Die Korrosionsbeständigkeit ist vergleichbar mit dem Werkstoff VDM® Alloy 31.
Allgemeine Zerspanbarkeit	VDM Alloy 31 Plus® sollte im wärmebehandelten Zustand zerspant werden. Aufgrund der erheblich erhöhten Neigung zur Kaltverfestigung im Vergleich zu niedriglegierten austenitischen rostfreien Stählen sollten eine niedrige Schnittgeschwindigkeit und ein nicht zu hoher Vorschub gewählt werden, und das Schneidwerkzeug sollte ständig eingreifen. Eine ausreichende Schnitttiefe ist wichtig, um unterhalb der zuvor gebildeten verfestigten Zone zu schneiden. Optimale Wärmeableitung durch den Einsatz großer Mengen geeigneter, vorzugsweise wässriger Kühlschmierstoffe hat erheblichen Einfluss auf einen stabilen Zerspanprozess.
Wärmebehandlung	Lösungsglühen sollte bei Temperaturen zwischen 1140 und 1170 °C (2084 und 2138 °F) erfolgen. Die Haltezeit beginnt mit der Temperaturangleichung des Materials; längere Zeiten sind grundsätzlich weitaus weniger kritisch als zu kurze Haltezeiten. Für maximale Korrosionsbeständigkeit müssen die Werkstücke vom Glühtemperaturbereich besonders durch den Bereich von 1100 bis 500 °C (2012 bis 932 °F) mit einer Abkühlrate von >150 °C/min (>302 °F/min) schnell abgekühlt werden. Der Werkstoff muss in einen auf die maximale Glühtemperatur vorgeheizten Ofen eingelegt werden, bevor eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. Die unter "Erhitzen" aufgeführten Sauberkeitsanforderungen müssen eingehalten werden. Für Banderzeugnisse kann die Wärmebehandlung in einem Durchlaufofen bei an die Banddicke angepasster Geschwindigkeit und Temperatur erfolgen.
Warmumformen	VDM Alloy 31 Plus® sollte im Temperaturbereich von 1200 bis 1050 °C (2192 bis 1922 °F) warmgeformt werden mit anschließender schneller Abkühlung in Wasser oder Luft. Zum Aufheizen sollten Werkstücke in einen auf die maximale Warmumformtemperatur (Lösungsglühtemperatur) vorgeheizten Ofen eingelegt werden. Sobald der Ofen wieder seine Temperatur erreicht hat, sollten die Werkstücke für ca. 60 Minuten pro 100 mm (3,94 Zoll) Dicke im Ofen verbleiben. Danach sollten sie sofort aus dem Ofen entnommen und innerhalb des oben genannten Temperaturbereichs umgeformt werden, wobei ein erneutes Aufheizen erforderlich ist, sobald die Temperatur 1050 °C (1922 °F) erreicht. Eine Wärmebehandlung nach dem Warmumformen wird empfohlen, um optimale Eigenschaften zu erzielen.
Sonstiges	VDM Alloy 31 Plus® besitzt eine flächenzentriert kubische Struktur. Der Stickstoff- und Nickelgehalt verringert die Neigung zur Ausscheidung intermetallischer Phasen und stabilisiert das austenitische Gefüge.
Schweißen	VDM Alloy 31 Plus® kann in den meisten Anwendungen mit VDM® FM 59 unter Verwendung konventioneller Verfahren geschweißt werden. Dies umfasst WIG- und MAG-Schweißen. Pulslichtbogen-Schweißen wird für Gas-Schutzschweißverfahren bevorzugt. Zum Schweißen sollte VDM Alloy 31 Plus® in einem lösungsgeglühten Zustand und frei von Zunder, Fett und Markierungen vorliegen. Beim Schweißen der Wurzel sollte auf einen bestmöglichen Wurzelschutz mit reinem Argon, Reinheit 99,99 % oder besser, geachtet werden, damit die Schweißkante nach dem Wurzelschweißen oxidfrei ist. Wurzelschutz wird auch für die erste und in bestimmten Fällen, je nach Schweißkonstruktion, auch für die zweite Zwischenschicht nach dem Wurzelschweißen empfohlen. Anlauffarben müssen solange die Schweißkante noch heiß ist, entfernt werden, vorzugsweise mit einer Edelstahlbürste.

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Metall