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Rostfrei – zu teuer? Perspektiven

Rostfrei – zu teuer? Perspektiven. Grundsätzlich ist C45 für alles geeignet – wenn das Bauteil nur Stunden halten soll! C45 – Der Metallbohrer für 99 Cent von Praktiker lässt grüßen. C45 – Wenn Ihr Bauteil das Aussehen einer Spundwand hat oder einem Doppel-T-Träger ähnlich sieht.

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Rostfrei – zu teuer? Perspektiven

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Presentation Transcript

  1. Rostfrei – zu teuer? Perspektiven

  2. Grundsätzlich ist C45 für alles geeignet – wenn das Bauteil nur Stunden halten soll! C45 – Der Metallbohrer für 99 Cent von Praktiker lässt grüßen. C45 – Wenn Ihr Bauteil das Aussehen einer Spundwand hat oder einem Doppel-T-Träger ähnlich sieht. C45 – nicht besser als Betonstahl! C45 verzinkt – hält nicht wirklich sehr lang, bei fragwürdigerOptik. C45 – für alles gut?

  3. Härtbarkeit Einsatzhärten Vergüten – was heißt das? Nitrierbarkeit Duktilität Warmfestigkeit / Diffusionsvorgänge Verschleißfestigkeit Scherfestigkeit Biegewechselfestigkeit Korrosionsbeständigkeit Beständigkeit gegen Versprödung Hitzebeständigkeit Verzugsarmut Kaltzähigkeit belastbar gemäß Druckbehälter-Verordnung Unterschiedliche Eigenschaften der Stähle

  4. 4567 • 3813 • 4460 • 4429 • 4875 • 4567 4003 • 3816 • 4462 • 3543 H • 4125 H • 4430 • 4876 • 4570 4571 • 4501 • 3818 • 3892 F • 4313 M • 4435 • 4878 • 4571 • 4418 M • 4436 • 4596 • 3911 • 4882 • 4000 F • 4573 • 4502 F • 4438 • 3948 • 4893 • 4820 • 4576 • 4002 F 4016 • 4509 F • 4439 • 4748 M • 3952 • 4910 • 4821 • 4578 • 4003 M • 4440 • 4510 F • 4762 F • 3954 • 4919 • 4580 • 4005 M • 4441 • 4763 F • 3964 • 4941 • 4511 F • 4586 • 4006 M • 4442 • 3974 • 4943 • 4610 • 4015 F • 4512 F • 4767 F • 4455 • 4300 • 4944 • 4695 • 4016 F • 4513 F • 4903 M 4301 • 4465 • 4301 • 4958 • 4696 • 4021 M • 4520 F • 4911 M • 4466 • 4303 • 4959 • 4697 • 4024 M • 4521 F • 4913 M • 4698 • 4503 • 4305 • 4961 • 4028 M • 4522 F • 4914 M • 4828 • 4505 • 4306 • 4962 • 4031 H • 4523 F • 4921 M 4307 • 4829 • 4506 • 4307 • 4971 • 4034 H • 4525 F • 4922 M • 4519 • 4833 • 4310 • 4980 • 4037 H • 4532 PH • 4923 M • 4529 • 4311 • 4841 • 4988 • 4044 M • 4534 PH • 4924 M • 4536 • 4314 • 4842 • 4057 M • 4542 PH • 4926 M • 4539 • 4316 • 4845 • 4104 M • 4545 PH • 4541 • 4318 • 4847 • 4105 F • 4548 PH • 4934 M • 4544 • 4332 • 4850 • 4106 M • 4564 PH • 4936 M • 4546 • 4337 • 4853 • 4108 M • 4568 PH • 4938 • 4550 • 4361 • 4860 • 4110 M • 4594 PH • 4939 M • 4551 • 4370 • 4861 • 4112 H • 4700 F 4401 • 4556 • 4401 • 4863 • 4113 F • 4712 F • 4561 • 4404 • 4864 • 4116 H • 4713 F 4404 • 4563 • 4406 • 4871 • 4117 H • 4718 M • 4427 • 4873 • 4565 • 4120 M • 4720 F Edelstahl Rostfrei – Werkstoffauswahl • Ferrit mit Untergruppen • Duplex • Austenite 4362 • 4724 F • 3541 H • 4122 M • 4731 M 4462 • 4732 M • 4735 F • 4742 F • 4872 4529 • 4933 F = Ferrit, M = Martensit, H = härtbar, PH = aushärtbar Alle Werkstoffe 1.xxxx

  5. Aktueller Stand • Ausgangssituation: • Austenitische Standard-Stähle sind sehr teuer wegen Legierungszuschlag und Bearbeitungsaufwand (z. B. 1.4404  A4  AISI 316 L) • permanenter Wettbewerb - mit verzinktem oder beschichtetem Stahl - mit Kupfer (z. B. bei Wasser-Armaturen) - mit Guss (bei Schmiedestücken) - wegen erhöhtem Bearbeitungsaufwand bei austenitischen Stählen mit anderen Werkstoffen, z. B. GFK  Anspruch: Optik + Rostfrei!

  6. Werkstoff • Typ • Chem. Zusammensetzung • Gefüge- und Ausscheidungs-zustand (Wärmebehandlung) • Oberflächenzustand Mechanische Beanspruchung Medium • Zusammensetzung(mit Verunreinigungen) • Temperatur • Strömungsverhältnisse • Elektrochemische Bedingungen (Redox- u. Korrosionspotential) • Betriebsbedingte Zugbeanspruchungstatischer oder dynamischer Art • Eigenspannungen • Belastungsänderungen (Dehnraten/Frequenz) Edelstahl Rostfrei – KorrosionsbeständigkeitBedingungen für Spannungsrisskorrosion(SpRk) SpRk

  7. Einfluss von Chrom und Molybdän auf die Lochfraßbeständigkeit Edelstahl Rostfrei – Korrosionsbeständigkeit Edelstahl Rostfrei – Korrosionsbeständigkeit

  8. Kontaktkorrosion Rostfrei Verzinkteselbstschneidende Schraube Edelstahl Rostfrei – Korrosionsbeständigkeit

  9. Meerwasser Beständigkeit Martensit Austenite Duplex 1.4362 Korrosionsbeständigkeit und PRE Werte

  10. Korrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen • PRE Werte oder Wirksumme • PRE = %Cr + 3,3%Mo + 16%N • Empirisch aus experimentellen Daten abgeleitet • Verschiedene Formeln, mit Einfluss von Stickstoff zwischen 10 und 30 liegt • Effekt anderer Legierungselemente ist nicht berücksichtigt • Effekt der Wärmebehandlung ist nicht berücksichtigt • Einfluss nichtmetallischer Einschlüsse ist nicht berücksichtigt Diese Formel ist trotzdem sehr nützlich, um rostfreie Stähle zu vergleichen.

  11. Einfluss einzelner Legierungselemente auf die Korrosionsbeständigkeit • Chrom: • Bildet zusammen mit Sauerstoff eine Chromoxidschicht und schützt dadurch den Werkstoff vor abtragender Flächenkorrosion • Molybdän: Schützt den Werkstoff vor chloridinduzierter Lochfraßkorrosion und Spaltkorrosion • Nickel: Reichert sich unterhalb der Chromoxidschicht an und reduziert so die Abtragsrate bei auftretender Korrosion (Ferrite/Manganaustenite) • Kohlenstoff: Bildet zusammen mit Chrom Chromkarbide und reduziert so den gegen Korrosion wirkenden Chromgehalt des Stahls (Martensite) • Schwefel: Bildet zusammen mit Mangan Mangansulfide und kann dadurch Fehlstellen in der schützenden Chromoxidschicht verursachen (z. B. 1.4305, 1.4104)

  12. Wirkungsweise des Chroms: O2 Cl- H+ Passivschicht (CrxOy) Stahl (min. 10,5%Cr) Ersatz des Legierungselementes Chrom bei rostfreien Stählen Ausgangssituation: Durch steigende Preise des Legierungselementes Chrom steigt der LZ, trotz fallender Nickel- und Molybdänpreise Die Oxidschicht oder auch Passivschicht trennt Werkstoff und Medium voneinander und behindert so die an der Korrosion beteiligten Prozesse Substitution des Legierungselementes Chrom: Eine Substitution ist nicht möglich, da es kein vergleichbar wirkendes Legierungselement gibt. => Reduzierung des Cr-Gehaltes => Reduzierung der Korrosionsbeständigkeit

  13. Weltweite Chromproduktion (HC + Charge Chrom): 7.979.000 t/Jahr Brasilien 210.000 to (3 %) Sonstige 898.000 to (11 %) Südafrika 3.393.000 to (43 %) Finnland 260.000 to (4 %) Russland 355.000 to (5 %) Indien 723.000 to (9 %) China 800.000 to (10 %) Kasachstan 1.340.000 to (17 %) Quelle: U. S. Geological Survey (USGS) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)

  14. Edelstahl Rostfrei – VerarbeitungDer Widerspruch zwischen Verarbeitung und Einsatz an zwei Beispielen

  15. Edelstahl Rostfrei – VerarbeitungVerarbeitung vor Einsatz

  16. Duplex Optimierte Eigenschaften 1.4462 1.4016 Ferrit (C) Austenit (V2A) 1.4460 1.4305 1.4541 1.4511 1.4512 1.4307 1.4301 1.4006 1.4571 1.4057 1.4401 Ni-arme Werkstoffe Austenit (V4A) Martensit (C) Ersatz für Ni Basis Sonder Eigenschaften 1.4435 1.4021 1.4418 1.4404 Einteilung der nichtrostenden Stähle und Entwicklungsbereiche Familien-Stammbaum Baum EN DIN 10088 Cu, Ti, Nb, S, N, ..... Mo Ni Cr

  17. Edelstahl RostfreiVor- und Nachteile der Mangan-Austenite: o preiswert hohe Festigkeit- schlechte Kaltumformbarkeit- hoher Oberflächenaufwand bei der Stahlherstellung- schlechte Zerspanbarkeit- inhomogene Werkstoffeigenschaften über den Stabquerschnitt- oft hohe Phosphor-Gehalte

  18. 1.4313mit martensitischem Gefüge (Cr, C, Ni) Edelstahl Rostfrei Die martensitischen Stähle besitzen folgende Eigenschaften: • hohe Verschleißfestigkeit und Schneidhaltigkeit gute Umformbarkeit hohe Festigkeit härtbar bzw. vergütbar ansprechende, optimierte Korrosionsbeständigkeit verbesserte Duktilität verbesserte Zerspanbarkeit gegenüber früher erzeugten Standardmartensiten verbesserte Tieftemperatureigenschaften bei – 40 °C bei entsprechender Behandlung sichere spannungsarme Fertigung international genormt+ geringere Legierungszuschläge als Austenite  Preis - hoher Aufwand beim Kaltumformen - Wärmebehandlungsaufwand, speziell nach dem Schweißen Beispiele:1.4057, 1.40211.4313, 1.4418 Werkstoff-Datenblätter s. www.dew-stahl.com

  19. Edelstahl Rostfrei Die ferritischen Stähle besitzen folgende Eigenschaften: • 1.4511mit ferritischem Gefüge (Cr)  bedingt schweißbar geringe Festigkeit nicht härt- und vergütbar Grobkorngefahr bedingt zerspanbar gute Warm- und Kaltumformbarkeit preiswert hohe Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion. je nach Analyse gute Korrosionsbeständigkeit⅃ magnetisch Beispiele:1.4016, 1.45091.4512, 1.4105 Werkstoff-Datenblätter s. www.dew-stahl.com

  20. 1.4541 1.4511 Basispreis LZ 11/07 Einsatz alternativer Werkstoffe – exemplarischer Kostenvergleich Austenit Einsparung Ferrit Deutliche Vorteile bei Beschaffungspreisen von Ferriten

  21. Typische Entwicklung der Werkstoffgruppen bei rostfreien Langprodukten 67 % 62 % 47 % 36 % 25 % 22 % 14 % 10 % 11 % 1 % 2 % 3 %

  22. Edelstahl Rostfrei – Verfestigungsverhalten Auszug aus Bauaufsichtlicher Zulassung Z 30.3-6

  23. Verfestigungsschaubild – 1.4362 (Duplex-Stahl)

  24. Rostfrei Reduzierung des Einsatzgewichtes durch Erhöhung der mechanischen Eigenschaften Werkstoff Gruppe Streckgrenze Streckgrenze Norm optimiert 1.4462 Duplex > 450 MPa > 700 MPa 1.4003 Ferrit > 350 MPa > 480 MPa 1.4301 Austenit > 175 MPa > 460 MPa 1.4057 Martensit > 600 MPa > 800 MPa  Gewichtsersparnis konstruktiv bis 40 % Möglichkeiten der Substitution aufgrund steigender LZ-Preise bei Edelstahl-Langprodukten

  25. Ersatz von teurem Rostfrei-Austenit durch:

  26. Deutsche Edelstahlwerke Providing special steel solutions Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! Der Spezialist für Rostfrei-Langprodukte- über Strecke 0,8 – 900 mm Ø, bis 12 m Länge- großes Lager in Rostfrei-Standardgüten- über 100 Werkstoffe im Programm- Spezialprodukte (z. B. ESU, VU, Freiformschmiede, Pharma-Teile-Nitrierung …)

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