UGI® 4542: Hochfester, zäher martensitischer PH-Edelstahl mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit

Übersicht

UGI® 4542 ist ein martensitischer PH-Edelstahl (Auscheidungshärtend), der für Bauteile eingesetzt wird, die eine Kombination aus hoher Festigkeit, hoher Zähigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit erfordern. Dieser Werkstoff zeichnet sich dadurch aus, dass er nicht nur eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit bietet – vergleichbar mit der von austenitischen Edelstählen der Typen 1.4301/1.4307 (304/304L) –, sondern nach entsprechender Wärmebehandlung auch ein breites Spektrum an mechanischen Eigenschaften abdeckt.

Je nach metallurgischem Zustand kann UGI® 4542 sowohl höchsten Zugfestigkeitsanforderungen genügen als auch für Anwendungen mit hoher Schlagzähigkeit geeignet sein. Das Gefüge ist martensitisch mit Ferriteinschlüssen. Abhängig vom Behandlungszustand können auch Restaustenit und Kupferausscheidungen vorliegen. UGI® 4542 ist ferromagnetisch; seine Eigenschaften variieren stark mit dem angewandten Wärmebehandlungszyklus.

Eigenschaften

Allgemein

Eigenschaft	Wert
Dichte	7,86 g/cm³

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Kerbschlagzähigkeit (Charpy, V-Kerbe)	–	40,0 – 41,0 J	Mindestwert, ASTM A564, EN 10088-3
Elastizitätsmodul	–	197 GPa	–
Dehnung	–	16 %	Mindestwert, ASTM A564, EN 10088-3
Ermüdungsfestigkeit (10⁷ Zyklen)	20 °C	620 MPa	für Zustand +P930
Ermüdungsfestigkeit (10⁷ Zyklen)	300 °C	530 MPa	für Zustand +P930
Ermüdungsfestigkeit (10⁸ Zyklen)	30 °C	620 MPa	für Zustand +P930
Ermüdungsfestigkeit (10⁸ Zyklen)	300 °C	450 MPa	für Zustand +P930
Härte Brinell	–	277 HB	Mindestwert, ASTM A564
Härte Rockwell C	–	28 HRC	Mindestwert, ASTM A564
Einschnürung	–	50,0 %	Mindestwert, ASTM A564
Zugfestigkeit	–	930 – 1100 MPa	Mindestwert, ASTM A564, EN 10088-3

Elektrische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert
Elektrischer Widerstand	7,7 × 10⁻⁸ Ω·m

Magnetische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkung
Koerzitivfeldstärke	3420 A/m	–
Relative Permeabilität	38	bei 200 Oe und 100 Oe
Relative Permeabilität	59	bei 200 Oe und 100 Oe

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Element	Gehalt	Bemerkung
Kohlenstoff (C)	0,06	max.
Chrom (Cr)	15,0 – 16,5 %	–
Kupfer (Cu)	3,0 – 4,0 %	–
Mangan (Mn)	1,0	max.
Molybdän (Mo)	0,5	max.
Nickel (Ni)	4,0 – 5,0 %	–
Niob (Nb)	0,45	max., min. 5×C
Phosphor (P)	0,03	max.
Silizium (Si)	0,60	max.
Schwefel (S)	0,03	max.

Technologische Eigenschaften

Anwendungsbereiche

• Freizeitschifffahrt (Propellerwellen, Beschläge)
• Lebensmittelverarbeitung (Förder- und Umschlagtechnik)
• Energieerzeugung (Kernkraftwerke)
• Bauwesen und Automobilindustrie

Korrosionsbeständigkeit

UGI® 4542 bietet eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die der von 18 Cr-8 Ni austenitischen Stählen in den meisten korrosiven Medien entspricht. Die Struktur macht den Werkstoff unempfindlich gegen interkristalline Korrosion und hochbeständig gegen Korrosionsermüdung sowie Spannungsrisskorrosion. Hervorzuheben ist die exzellente Beständigkeit gegen Erosionskorrosion durch die Kombination hoher mechanischer Eigenschaften mit Korrosionsbeständigkeit.

Bei Kombinationen von Edelstahl und weniger edlen Werkstoffen (Aluminium, Baustahl) in atmosphärischer Umgebung besteht keine Gefahr von Kontaktkorrosion, da das Fehlen eines Elektrolyten die Entstehung und Ausbreitung verhindert. In „kritischen“ Fällen wie nautischen Anwendungen (kurzzeitiges Eintauchen von Edelstahl/Aluminium-Verbindungen, Bereiche mit Flüssigkeitsansammlungen) bietet die Isolierung der Fügezonen mit einem inerten Silikondichtstoff guten Schutz.

Falls erforderlich, wird folgende Entkontaminationsbehandlung empfohlen:

• 1 Volumen 52 % Salpetersäure (36° Bé)
• 1 Volumen Wasser
• Umgebungstemperatur
• Kurze Einwirkdauer
• Anschließend gründlich spülen

Die Korrosionsbeständigkeit hängt von vielen Faktoren ab: Zusammensetzung der korrosiven Atmosphäre (Chloridgehalt, Oxidationsmittel, Temperatur, pH-Wert, Strömung) sowie Materialvorbereitung (metallreine Oberflächen, Oberflächenbeschaffenheit wie Härten, Polieren). Bei Prüfungen wie dem Salznebeltest (NFX 41002) sollten Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden (z. B. keine Etiketten auf Proben).

Leistungsbewertung in verschiedenen Medien:

Medium	Verhalten
Salpetersäure	Gut
Phosphorsäure	Eingeschränkter Einsatz
Schwefelsäure	Eingeschränkter Einsatz
Essigsäure	Mittel
Natriumcarbonat	Mittel
NaCl (Salznebel)	Gut
Feuchte	Sehr gut
Meerwasser	Eingeschränkter Einsatz
Öl/Gas	Eingeschränkter Einsatz

Wärmebehandlung

Nach ASTM A564/A564M und EN 10088-3.

Nach dem Weichglühen bei 1030 – 1050 °C weist UGI® 4542 ein weiches martensitisches Gefüge mit ca. 35 HRC auf. Falls der Werkstoff in diesem Zustand verwendet wird, empfiehlt sich eine Ausdehnungsbehandlung von 1 – 2 Stunden bei 250/300 °C ohne nennenswerten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften.

Dieser auscheidungshärtende Stahl kann nach dem Glühen durch eine mitteltemperierte Anlassbehandlung gehärtet werden. Die maximale Härte von ca. 42 HRC (Kerbschlagarbeit 3 daJ/cm²) wird durch Anlassen bei ca. 480 °C (1 Stunde) erreicht.

Weichglühen: durch Anlassen bei 550 – 760 °C gemäß den geltenden Normen. Zum erneuten Härten nach dem Weichglühen ist erneut eine Lösungsglühbehandlung vor der mitteltemperierten Anlassbehandlung erforderlich.

Geglühtes Stabmaterial eignet sich für die mitteltemperierte Härtung an Fertigteilen. Aus weichgeglühten Stäben gefertigte Teile müssen zum Härten erneut geglüht und dann mitteltemperiert angelassen werden.

Warmumformung

UGI® 4542 ist schmiedbar. Aufheizen auf 1150 – 1200 °C, Schmieden zwischen 1200 °C und 950 °C. Abkühlung an Luft, in Wasser oder Öl. Die so erhaltenen Teile können verwendet werden:

• Geglüht (mit Ausdehnungsbehandlung 1 – 2 h bei 250/300 °C)
• Gehaert (mit optionalem Glühen + Anlassen 1 h bei 480 °C)
• Weichgeglüht (mit optionalem Glühen + Anlassen gemäß Norm für gewünschte mechanische Eigenschaften)

Lieferbare Produkte

Produkt	Profil	Oberfläche	Toleranz	Abmessung (mm)
Stab	Rund	Gedreht blank	k12 – k13	22 – 115
		Geschält und poliert	h11 – h10 – h9	22 – 115
		Zentrisch geschliffen	h9 – h8 – h7	5 – 115
		Kaltgezogen	h9	5 – 21

Schweißen

UGI® 4542 kann ohne Vorwärmen mit MIG-, WIG-, Laser-, Widerstands- oder Elektronenstrahlverfahren geschweißt werden, mit oder ohne Zusatzwerkstoff. Schweißnähte weisen ein geglühtes Gefüge auf und sollten vorzugsweise einer Ausdehnungsbehandlung (1 – 2 h bei 250/300 °C) oder einer Härte-/Weichglühbehandlung unterzogen werden.

Bei Schweißungen ohne oder mit gleichartigem Zusatzwerkstoff können die mechanischen Eigenschaften der Basiswerkstoffes erreicht werden. Die Schweißkonstruktion muss den Erfordernissen hochfester Stähle Rechnung tragen: Kerben und plötzliche Querschnittsänderungen vermeiden.

Zusatzwerkstoff: Beim MIG-Schweißen wird Schutzgas Ar + 1 % CO₂ oder 1 – 2 % O₂ empfohlen; Gase mit H₂ und N₂ sind zu vermeiden. Als Schweißdraht eignen sich ER308LSi (1.4316) oder ein gleichartiger Zusatzwerkstoff 630 (17-4PH).