Hochlegierte Werkstoffe mit Innovationspotential

Die Entwicklung von Superalloys gilt im Bereich der Nickelwerkstoffe für viele als die Königsdisziplin. Aber auch die hochlegierten Edelstähle sind ein spannendes Betätigungsfeld, kann hier doch durch leichte Anpassungen der chemischen Analyse eine signifikante Verbesserung der Werkstoffeigenschaften erzielt werden.

Ein Beitrag von Silke van Os und Philipp Verbnik, VDM Metals International GmbH

Die Werkstoffe Alloy 31 und Alloy 825 haben sich in den zurückliegenden Jahrzehnten als vielseitig einsetzbare Konstruktionsmaterialien für den Einsatz in korrosiven Umgebungen etabliert. Erstgenannte Legierung wurde Ende der 1980er Jahre auf den Markt gebracht, Alloy 825 bereits Anfang der 1950er Jahre. Die Werkstoffe enthalten u.a. deutlich mehr Nickel als gewöhnliche Edelstahlgüten, wobei sie im Übergang zwischen hochwertigen Edelstählen und Nickelbasislegierungen mit mittlerem bis hohen Nickelgehalt einzuordnen sind. Beiden Legierungen haben Werkstoffentwickler in den vergangenen Jahren ein sprichwörtliches Update verpasst. So entstanden die beiden neuen Legierungen VDM Alloy 31 Plus® und VDM® Alloy 825 CTP. Sie zeigen einmal mehr, wie zielgerichtete Anpassungen der chemischen Zusammensetzung die Werkstoffeigenschaften entscheidend prägen können.

VDM Alloy 31 Plus® –Alleskönner in schwierigem Einsatzgebiet

VDM Alloy 31 Plus® ist eine Nickel-Eisen-Chrom-Molybdän-Legierung mit Stickstoffzusatz. Es handelt sich um eine Weiterentwicklung des Werkstoffs VDM® Alloy 31. Dieser gilt als besonders geeignet für den Einsatz in wäßrigen neutralen und sauren Medien aufgrund seiner hervorragenden Beständigkeit gegenüber Loch- und Spaltkorrosion.

Hauptziel der Entwicklung von VDM Alloy 31 Plus® war es, die Lösungsglühung für den Anwender sicherer und bequemer zu gestalten und gleichzeitig eine Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, die vergleichbar mit der des Ursprungswerkstoffs ist. Der Chromgehalt von 27 Prozent führt zu hoher Beständigkeit in oxidierenden Medien. Der optimierte Stickstoff- und Nickelgehalt reduziert die Ausscheidungsneigung von intermetallischen Phasen und stabilisiert das austenitische Gefüge, was besonders beim Auftragschweißen vorteilhaft ist. Die abgesenkte Lösungsglühtemperatur liegt bei 1.140 bis 1.160°C und damit unter der von VDM® Alloy 31, wodurch sich die Weiterverarbeitung vereinfacht.

Hauptanwendungsgebiete sind Anlagen der chemischen Prozessindustrie und Anlagen für die Herstellung und Aufbereitung von Schwefel- und Phosphorsäure, Komponenten in Rauchgasentschwefelungsanlagen sowie Druckbehälter. Der Werkstoff ist gut schweißbar. Er wird sowohl in klassischen Halbzeugformen als auch in Form von Pulver in additiven Fertigungsverfahren verwendet.

VDM® Alloy 825 CTP – Bindeglied zu hochwertigeren Nickellegierungen

VDM® Alloy 825 CTP wurde entwickelt, um die Lücke zwischen Alloy 825 und dem aufgrund seiner Legierungsbestandteile deutlich hochwertigerem Alloy 625 zu schließen. VDM® Alloy 825 CTP ist eine vollaustenitische Nickel-Eisen-Chrom-Legierung mit Zusätzen von Kupfer und Molybdän. Die Weiterentwicklung von VDM® Alloy 825 verfügt über einen höheren Molybdänanteil, der für eine bessere Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden (sauren) Medien sorgt, und verzichtet auf Titan in der Zusammensetzung, wodurch sich eine bessere Schweißbarkeit mit einem geringeren Risiko der Entstehung von Heißrissen ergibt.

Durch die Anpassung der chemischen Zusammensetzung konnte die Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) maßgeblich von 33 auf 42 gesteigert werden (zum Vergleich: die PREN von Alloy 625 liegt bei 52). Die Loch- und Spaltkorrosionsbeständigkeit in Seewasser konnte erhöht werden, was insbesondere für die Öl- und Gasindustrie beispielsweise in der Anwendung als Offshore Pipelines, Steuer- und Versorgungsleitungen, seewassergekühlten Wärmetauschern und der chemischen Industrie interessant ist.

Der Werkstoff ist erhältlich als Blech und Band; passend dazu hat VDM Metals einen Schweißzusatzwerkstoff entwickelt, der unter dem Namen VDM® FM 825 CTP vermarktet wird. Dieser zeichnet sich durch eine sehr gute Schweißbarkeit mit erheblich reduzierter Schweißrissbildung aus, was durch umfangreiche Tests bestätigt wurde. Auch nach dem Schweißprozess und anschließender Wärmebehandlung bleibt die sehr gute Korrosionsbeständigkeit erhalten.

Bei beiden Werkstoffen zeigt sich, dass durch teilweise nur geringfügige Anpassungen bzw. Veränderungen in der Zusammensetzung oftmals ein großer Effekt erzielbar ist, der dem Anwender neue Prozesse ermöglicht und gleichzeitig mit vereinfachter Verarbeitung und erweiterten Anwendungsbereichen einhergeht.

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