Einfluss der Ausscheidung intermetallischer Phasen auf die Gebrauchseigenschaften ferritisch-austenitischer Duplex-Stähle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
2.1 Ergebnisse Die ferritisch-austenitischen Duplex-Stähle gehören zur Gruppe der korrosionsbeständigen Stähle. Aufgrund.ihres Eigenschaftsprofils, bestehend aus einer Kombination von hoher Festigkeit mit guter Zähigkeit und einer ausgezeichneten Korrosionsresistenz, haben die Duplex-Stähle eine breite Anwendung gefunden. Bei nicht sachgerechter Behandlung der Duplex-Stähle kann es zur Ausscheidung unenwünschter Phasen kommen. Einen besonders schädlichen Einfluss auf die mechanischen und korrosiven Eigenschaften der Duplex-Stähle bewirkt die in einem Temperaturbereich von 600 bis 950°C auftretende, intermetallische Sigma-Phase. Da es sich bei den technischen Prozessen der Herstellung und im Einsatz oftmals nicht verhindern lässt, dass der Temperaturbereich der Sigma-Phasen Bildung durchfahren wird, ist das Auftreten der Sigma- Phase ein gängiges technisches Problem. Zielsetzung war es daher, die Auswirkungen der bei unterschiedlichen Temperaturen gebildeten Sigma-Phase auf die mechanischen, verschleißtechnischen und korrosiven Eigenschaften zu erforschen. Auch wurde das Wiederauflösungsverhalten dieser Phase untersucht, um Angaben zur Wlederauflösungstemperatur und -zeit nach einer unen/vünschten Sigma-Phasenbildung machen zu können. Es wurden unterschiedliche Morphologien der Sigma-Phase festgestellt, welche sich in Abhängigkeit von der Ausscheidungstemperatur bilden. Im unteren Existenzgebiet bildet sich eine zergliederte Struktur aus. Dagegen entsteht bei höheren Temperaturen eine grobe, massiv-blockige Morphologie. Die Gestaltbildung der Sigma-Phase ist somit abhängig von der bei der jeweiligen Temperatur voriiegenden Keimbildungskraft und der Diffusion. Mit der Ausscheidung der Sigma-Phase ist eine Änderung der mechanischen Eigenschaften der Duplex-Stähle verbunden. In Abhängigkeit von der Morphologie kann es zu einer geringen Festigkeitssteigerung kommen. Andererseits bewirken bereits geringe Ausscheidungsgehalte eine dramatische Abnahme der Zähigkeit. Das Verschleißverhalten der Duplex-Stähle kann durch Ausscheidung intermetallischer Phasen verbessert werden. Je nach Verschleißart hat die gewählte Ausscheidungsmorphologie jedoch entscheidenden Einfluss. Für das Korrosionsverhalten der Duplex-Stähle konnte ein maßgeblicher Einfluss der Ausscheidungstemperatur nachgewiesen werden, wobei hier neben der Ausscheidungsmorphologie die Verteilung der Legierungselemente in den einzelnen Phasen sowie die selektive Korrosion des an Legierungselementen verarmten tertiären (73) Austenits herausgestellt werden konnten. Es konnte gezeigt werden, dass kurzzeitige Glühungen ausreichen, um ausgeschiedene intermetallische Phasen wieder aufzulösen. So sollte es wirtschaftlich möglich sein, die während des Betriebszustandes durch Temperaturschwankungen ausgeschiedene Sigma-Phase durch eine kurzzeitige Überhitzung ohne Betriebsbelastung wieder aufzulösen und so ein sprödes Bauteilversagen zu vermeiden. 2.2. Ausblick, Anwendungen Die Herstellung und Ven/vendung der technisch attraktiven Duplex-Stähle bedarf in besonderem Maße einer fachgerechten Handhabung, was sich immernoch in einem Kostenhandicap ("Angstzuschlag") ausdrückt. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben diesem Aspekt Rechnung getragen und einen wesentlichen inhalflichen Zugewinn verschafft, indem konkrete und praxisrelevante Daten über Ausscheidung und Wiederauflösung der Sigma-Phase erarbeitet worden sind. Dies macht die Handhabung von Duplex-Stählen sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb sicherer und vermag Ihre Wettbewerbssituation zu verbessern. Als Beispiel einer technischen Anwendung seien Drehrohröfen der Zementindustrie genannt. Wenn sich durch einen Abfall der Betriebstemperatur unter 950°C Sigma-Phase in den aus Duplex-Stahl hergestellten Hubschaufeln und Satellitenkühlern gebildet hat, ist das Aggregat in diesem Zustand nicht mehr nutzbar, es herrscht Bruchgefahr. Es sollte dann eine Anhebung der Betriebstemperatur für wenige Minuten auf 1050 °C eri'olgen, bevor man wieder Klinker fördert, da schlagartige Belastungen der versprödeten Bauteile zu vermeiden sind. Nach dieser Regenerierung kann eine Wiederaufnahme des Betriebs und dauerhafte Weiternutzung derAnlage erfolgen. Verschleißgefährdete Bauteile, z B. hydroabrasiv beanspruchte Slurry-Pumpen, werden von einigen Herstellern mit gezielt eingestellten Gehalten an Sigma- Phase hergestellt, um sie resistenter gegen Hydroabrasion zu machen. An einigen dieser Bauteile traten im betrieblichen Einsatz katastrophale Schäden auf, die als Sigma-Phasen Versprödung gedeutet wurden. Durch die vorliegenden Untersuchungen konnte geklärt werden, dass der bei Sigma-Ausscheidung eutektoid gebildete ya-Austenit so an den für die Korrosionsresistenz wichtigen Elementen Chrom und Molybdän verarmt ist, dass hoch korrosive Medien ihn angreifen können. Gussteile, die genau genommen kein Duplex-Gefüge besitzen (es fehlen die y/y-Grenzflächen), haben eine durchgängige Ferritmatrix in der sich bei der Sigma-Ausscheidung ein ebenfalls durchgängiges 73-Netzwerk bildet, das Korrosionspfade durch die gesamte Bauteilwand bietet. Es kommt zu Leckagen, aber auch zu sprödem Bauteilverhalten. Somit kann eine Verschleißertüchtigung durch definierte Sigma-Ausscheidung nicht mehr empfohlen werden, wenn gleichzeitig eine Korrosionspotential voriiegt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- M. Pohl, O. Storz, T. Glogowski: Effect of intennetallic precipitations on the properties of dupiex-stainless-steel Materials Characterization, Volume 58, Issue 1, 2007, S: 65 - 71
- M. Pohl, O. Storz, T. Glogowski: Effect of Sigma-Phase Morphology on the Properties of Duplex Stainless Steels Tagungsband "Microscopy and Microanalysis, Honolulu, Hawaii, USA, 2005, S.230-231
- O. storz, A. Ibach, M. Pohl: Morphology of Simga-Phase and its Effects on the mechanical Behaviour of Duplex-Steels, Duplex Stainless Tagungsband "Duplex 2007" - International Conference & Expo, 2007, Grado^ Italy
- R. Höhner, M. Pohl: Gefügeuntersuchungen an großen Schmiedestücken aus Duplex-Stählen Prakt. Metallogr., Sonderbd. 38, 2006. S. 203 - 206
