Sandvik 2RK65™: Hochlegierter austenitischer Edelstahl für extremste Korrosionsbeanspruchung

Übersicht

Sandvik 2RK65™ ist ein hochlegierter austenitischer Edelstahl für den Einsatz unter schwersten korrosiven Bedingungen in der Prozessindustrie. Der Werkstoff zeichnet sich aus durch:

• Sehr gute Beständigkeit in sauren Medien, z. B. Schwefel-, Phosphor- und Essigsäure
• Sehr gute Beständigkeit gegen Lochfraß in neutralen chloridhaltigen Lösungen
• Deutlich bessere Spaltkorrosionsbeständigkeit als Stähle der Typen ASTM 304 und ASTM 316
• Sehr gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion
• Gute Schweißbarkeit

Weitere technische Informationen und Diagramme zu Korrosions-, mechanischen und physikalischen Eigenschaften finden sich in den Abbildungen auf der Materialseite.

Datenblatt aktualisiert am 17.01.2020 (ersetzt alle vorherigen Ausgaben).

Eigenschaften

Allgemein

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

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Kerbschlagzähigkeit (Charpy)	-196 °C	60 J	EN 13445-2 (UFPV-2) und EN 10216-5
Elastizitätsmodul	20 °C	195 GPa	–
Elastizitätsmodul	100 °C	190 GPa	–
Elastizitätsmodul	200 °C	182 GPa	–
Elastizitätsmodul	300 °C	174 GPa	–
Elastizitätsmodul	400 °C	166 GPa	–
Elastizitätsmodul	500 °C	158 GPa	–
Dehnung	23 °C	35 %	Mindestwert, NFA 49-217 (min. 40 % erfüllbar)
Dehnung A2	23 °C	35 %	Mindestwert
Härte Vickers	23 °C	160 HV	–
Zugfestigkeit	23 °C	520 – 720 MPa	–
Dehngrenze Rp0,1	20 °C	250 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,1	100 °C	205 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,1	200 °C	185 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,1	300 °C	125 – 165 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,1	350 °C	115 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,1	400 °C	110 – 155 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,2	20 °C	230 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,2	100 °C	176 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,2	200 °C	155 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,2	300 °C	136 MPa	Mindestwert
Dehngrenze Rp0,2	400 °C	125 MPa	Mindestwert

Thermische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Wärmeausdehnungskoeffizient	100 °C	1,55 × 10⁻⁵ 1/K	von 30 °C bis genannte Temperatur
Wärmeausdehnungskoeffizient	200 °C	1,60 × 10⁻⁵ 1/K	von 30 °C bis genannte Temperatur
Wärmeausdehnungskoeffizient	300 °C	1,65 × 10⁻⁵ 1/K	von 30 °C bis genannte Temperatur
Wärmeausdehnungskoeffizient	400 °C	1,70 × 10⁻⁵ 1/K	von 30 °C bis genannte Temperatur
Wärmeausdehnungskoeffizient	500 °C	1,70 × 10⁻⁵ 1/K	von 30 °C bis genannte Temperatur
Wärmeausdehnungskoeffizient	600 °C	1,75 × 10⁻⁵ 1/K	von 30 °C bis genannte Temperatur
Wärmeausdehnungskoeffizient	700 °C	1,75 × 10⁻⁵ 1/K	von 30 °C bis genannte Temperatur
Spezifische Wärmekapazität	20 °C	460 J/(kg·K)	–
Spezifische Wärmekapazität	100 °C	485 J/(kg·K)	–
Spezifische Wärmekapazität	200 °C	515 J/(kg·K)	–
Spezifische Wärmekapazität	300 °C	545 J/(kg·K)	–
Spezifische Wärmekapazität	400 °C	570 J/(kg·K)	–
Spezifische Wärmekapazität	500 °C	590 J/(kg·K)	–
Spezifische Wärmekapazität	600 °C	605 J/(kg·K)	–
Spezifische Wärmekapazität	700 °C	615 J/(kg·K)	–
Wärmeleitfähigkeit	20 °C	12 W/(m·K)	–
Wärmeleitfähigkeit	100 °C	14 W/(m·K)	–
Wärmeleitfähigkeit	200 °C	16 W/(m·K)	–
Wärmeleitfähigkeit	300 °C	18 W/(m·K)	–
Wärmeleitfähigkeit	400 °C	20 W/(m·K)	–
Wärmeleitfähigkeit	500 °C	22 W/(m·K)	–
Wärmeleitfähigkeit	600 °C	23 W/(m·K)	–
Wärmeleitfähigkeit	700 °C	25 W/(m·K)	–

Elektrische Eigenschaften

Eigenschaft	Temperatur	Wert
Elektrischer Widerstand	20 °C	9,4 × 10⁻⁷ Ω·m
Elektrischer Widerstand	100 °C	9,9 × 10⁻⁷ Ω·m
Elektrischer Widerstand	200 °C	1,07 × 10⁻⁶ Ω·m
Elektrischer Widerstand	300 °C	1,13 × 10⁻⁶ Ω·m
Elektrischer Widerstand	400 °C	1,15 × 10⁻⁶ Ω·m
Elektrischer Widerstand	500 °C	1,17 × 10⁻⁶ Ω·m
Elektrischer Widerstand	600 °C	1,15 × 10⁻⁶ Ω·m
Elektrischer Widerstand	700 °C	1,18 × 10⁻⁶ Ω·m

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Element	Gehalt	Bemerkung
Kohlenstoff (C)	0,02 %	max.
Chrom (Cr)	20 %	–
Kupfer (Cu)	1,5 %	–
Eisen (Fe)	Rest	–
Mangan (Mn)	1,8 %	–
Molybdän (Mo)	4,5 %	–
Nickel (Ni)	25 %	–
Phosphor (P)	0,03 %	max.
Silizium (Si)	0,5 %	–
Schwefel (S)	0,015 %	max.

Technologische Eigenschaften

Anwendungsbereiche

Typische Anwendungen für Sandvik 2RK65™ finden sich in Raffinerien sowie in der chemischen und petrochemischen Industrie. Weitere Einsatzgebiete sind Zellstoff- und Papierindustrie, Mineral- und Metallurgie, Lebensmittelindustrie, Meerwasserkühlung und viele andere Bereiche.

Der Werkstoff ist eine ausgezeichnete Alternative zu Standard-Austeniten in Wärmetauschern mit hochtemperiertem, chloridverunreinigtem Wasser.

Zulassungen

• Zugelassen für ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII, Div. 1
• VdTÜV-Werkstoffblatt 421 (Austenitischer Walz- und Schmiedestahl)

Hochtemperaturhinweis: Der Stahl sollte nicht dauerhaft Temperaturen über ca. 550 °C (1020 °F) ausgesetzt werden, da dies zur Ausscheidung intermetallischer Phasen führt, die mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit nachteilig beeinflussen.

Kaltumformung

Die gute Duktilität von Sandvik 2RK65™ erlaubt Kaltbiegen auf kleinste mit modernen Methoden und Maschinen erreichbare Biegeradien. Nach dem Kaltbiegen ist kein Glühen erforderlich. Werden die Rohre jedoch stark kaltverformt und unter Bedingungen eingesetzt, wo Spannungsrisskorrosion (SCC) droht, wird Lösungsglühen empfohlen (siehe „Wärmebehandlung“).

Für Druckbehälteranwendungen in Deutschland kann nach VdTÜV-Wb 421 eine Wärmebehandlung nach Kaltverformung vorgeschrieben sein. Diese sollte als Lösungsglühen durchgeführt werden.

Korrosionsbeständigkeit

Allgemeine Korrosion: Der Stahl wurde ursprünglich für den Einsatz in Schwefelsäure entwickelt. Seine gute Beständigkeit wird durch den hohen Molybdängehalt und die Kupferlegierung erreicht. Abbildung 1 zeigt ein Isokorrosionsdiagramm für Sandvik 2RK65™, Sanicro® 28 und ASTM 316L in entlüfteter Schwefelsäure.

Technische Phosphorsäure (Nassprozess) enthält Verunreinigungen aus dem Phosphatgestein, insbesondere Chloride und freie Fluoride. Sandvik 2RK65 wurde in vielen Phosphorsäureanlagen erfolgreich eingesetzt. Für härteste Bedingungen bietet Sanicro® 28, speziell für Phosphorsäure entwickelt, überlegene Beständigkeit.

In reiner Essigsäure sind sowohl Sandvik 2RK65™ als auch ASTM 316L bei allen Temperaturen und Konzentrationen bei Atmosphärendruck vollständig beständig. Bei erhöhten Temperaturen und Drücken korrodiert ASTM 316L, während Sandvik 2RK65™ beständig bleibt. Betriebserfahrung zeigt, dass essigsäurehaltige Ameisensäure stets korrosiv wirkt. Hier ist Sandvik 2RK65™ weitaus beständiger als ASTM 316L (siehe Tabelle 1). Praktische Erfahrung bestätigt auch die Überlegenheit gegenüber ASTM 317L.

In Ameisensäure zeigt der hochlegierte Sandvik 2RK65™ bessere Beständigkeit als konventionelle ASTM 316L-Typen (Abb. 3). In Oxalsäure übertrifft er ASTM 316L (Abb. 4). In Milchsäure ist 2RK65 bei allen Konzentrationen bis knapp unter dem Siedepunkt beständig (Korrosionsrate < 0,1 mm/Jahr), ähnlich oder leicht besser als ASTM 316L. Aufgrund des Molybdängehalts ist Sandvik 2RK65™ in Salpetersäure weniger beständig als ASTM 304L und 310L.

Der hohe Molybdängehalt ist in Salzsäure vorteilhaft; Sandvik 2RK65™ mit 4,5 % Mo ist weit beständiger als ASTM 316L (Isokorrosionsdiagramm Abb. 5). Auch in Flusssäure profitiert der Werkstoff vom Mo-Gehalt, obwohl Flusssäure noch aggressiver ist (Abb. 6).

Tabelle 1: Laborversuche (1+3+3 Tage) in kochenden Essig-/Ameisensäure-Gemischen

Essigsäure %	Ameisensäure %	Korrosionsrate Sandvik 2RK65 (mm/Jahr)	mpy	Korrosionsrate ASTM 316L (mm/Jahr)	mpy
10	10	0,09	3,6	0,35	14
25	10	0,07	2,8	0,33	13
30	10	0,10	4,0	0,29	12
50	10	0,10	4,0	0,27	11

Dank hoher Chrom- und Nickelgehalte besitzt Sandvik 2RK65™ in Natronlauge deutlich bessere Beständigkeit als ASTM 304 und 316 (Abb. 7).

Das Risiko von Spannungsrisskorrosion (SCC) steigt bei hohen Temperaturen, verstärkt durch Chloride. Sanicro® 28 bietet noch bessere SCC- und Allgemeinkorrosionsbeständigkeit als Sandvik 2RK65™.

Lochfraßkorrosion: Hohe Cr- und Mo-Gehalte machen den Stahl sehr beständig gegen Lochfraß, bestätigt durch umfangreiche Praxiserfahrung mit chloridhaltigen Prozesslösungen und Meerwasserkühlung. Die mittlere kritische Lochfraßtemperatur (CPT) liegt bei ca. 75 °C (165 °F) bei 400 mV SCE in neutraler Lösung (pH 6) mit Meerwassersalzgehalt – 50 °C höher als ASTM 316 und 20 °C höher als Alloy 825 (Abb. 8).

Spannungsrisskorrosion (SCC): Konventionelle Austenite (ASTM 304, 316) sind in chloridhaltigen Lösungen über ~60 °C anfällig für SCC. Über ~100 °C genügen Chloridgehalte im ppm-Bereich. Ein Ni-Gehalt von 25 % bietet unter Praxisbedingungen sehr gute Beständigkeit. Laborversuche in Calciumchlorid bestätigen die Überlegenheit von Sandvik 2RK65™ (Abb. 9): Die Schwellenbeanspruchung (Spannung für Bruch innerhalb der Testzeit) ist deutlich höher als bei ASTM 304/316. Sandvik 2RK65™ ist bis mindestens 0,9-facher Zugfestigkeit beständig. Autoklavenversuche bei verschiedenen Chloridgehalten und Temperaturen liefern wertvolle Auswahldaten und zeigen die gute SCC-Beständigkeit (Abb. 10). Wichtig: Eigenspannungen um unbehandelte Schweißnähte entsprechen oft der Streckgrenze (Spannungsverhältnis 0,3–0,5), was bei ASTM 304/316 SCC auslösen kann.

Spaltkorrosion: Laborversuche und Praxiserfahrung zeigen, dass Sandvik 2RK65™ wesentlich spaltkorrosionsbeständiger ist als ASTM 316L (Tabelle 2). Spalten sollten dennoch, besonders in chloridhaltigen Medien, möglichst vermieden werden.

Tabelle 2: Spaltkorrosionsversuche in belüfteter stagnierender NaCl-Lösung (1,8 % Cl⁻), pH 6, 58 Tage. Flächenverhältnis Spalt/freie Fläche = 1/12.

Werkstoff	Initiierte Spaltkorrosionsangriffe (%)			Maximale Tiefe (mm)
	50 °C	60 °C	70 °C	50 °C	60 °C	70 °C
Sandvik 2RK65	–	0	0	–	0	0
ASTM 316L	38	21	–	0,20	0,16	–

Wärmebehandlung

Die Rohre werden im wärmebehandelten Zustand geliefert. Falls nach weiterer Bearbeitung eine zusätzliche Wärmebehandlung nötig ist:

Lösungsglühen: 1080 – 1150 °C (1975 – 2100 °F), 5 – 30 Min., schnelles Abschrecken an Luft oder in Wasser.

Lieferformen

Nahtlose Rohre: Bis 230 mm (9,1 Zoll) Außendurchmesser im lösungsgeglühten, weißbeizten oder hellgeglühten Zustand. Rohre können nach Kundenzzeichnungen gebogen und auf Wunsch nach dem Biegen geglüht werden.

Formstücke: 90°-Bögen Standard nach ANSI B16.9 und ASTM A403. Flansche Standard nach ANSI B16.5 als Überwurf- (Klasse 150) und Ansatzflansche (Klasse 300) sowie ASTM A182. Andere Normen und Formstücke (Reduzierstücke, T-Stücke, Muffen) auf Anfrage.

Weitere Lieferformen:

• Geschweißte Rohre
• Band, geglüht oder kaltgewalzt in verschiedenen Härtegraden
• Draht, gezogen oder geschliffen
• Stahlbarren
• Bleche und Platten
• Geschmiedete Rohrböden
• Schweißzusätze

Schweißen

Die Schweißbarkeit von Sandvik 2RK65™ ist gut. Schweißen ohne Vorwärmen, normalerweise keine nachträgliche Wärmebehandlung nötig. Geeignete Schmelzschweißverfahren: Lichtbogenschweißen mit Stabelektrode (MMA/SMAW) und Gaslichtbogenschweißen, wobei WIG/GTAW erste Wahl ist.

Wie alle vollaustenitischen Edelstähle hat Sandvik 2RK65™ geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Wärmeausdehnung. Schweißpläne sind sorgfältig zu wählen, um Verzug zu minimieren. Bei Eigenspannungsbedenken kann nach dem Schweißen Lösungsglühen erfolgen.

Empfohlen: Wärmeeintrag < 1,0 kJ/mm, Zwischenschichttemperatur < 100 °C (210 °F). Nahtlagenaufbau im Strangverfahren.

Empfohlene Zusatzwerkstoffe:

• WIG/GTAW oder MIG/GMAW: ISO 14343 S 20 25 5 Cu L / AWS A5.9 ER385 (z. B. Exaton 20.25.5.LCu)
• MMA/SMAW: ISO 3581 E 20 25 5 Cu N L R / AWS A5.4 E385-16 (z. B. Exaton 20.25.5.LCuR)
• Für Auftragsschweißen von Rohrböden und Hochdruckbehältern, wo Korrosionsbeständigkeit gleich Sandvik 2RK65™ gefordert ist: ISO 14343 S 20 25 5 Cu L Draht oder Bänder.