Duplex- oder austenitischer Edelstahl: Welcher Stahl schneidet in korrosiven Umgebungen besser ab?

Austenitische Edelstähle wie 316L (18Cr–8–12Ni) sind einphasige, kubisch flächenzentrierte (FCC) Legierungen, die wegen ihrer hervorragenden allgemeinen Korrosionsbeständigkeit, Zähigkeit und einfachen Schweißbarkeit geschätzt werden. Daher werden sie häufig in Lebensmittel-, Pharma- und petrochemischen Anlagen eingesetzt.²

Duplex-Qualitäten wie 2205 haben eine zweiphasige Mikrostruktur mit ungefähr gleichen Mengen an Ferrit und Austenit und kombinieren höhere Festigkeit mit verbesserter Beständigkeit gegen lokale Korrosion und Spannungsrisskorrosion (SCC).³

^{Superaustenitische (z. B. 904L, 254 SMO) und Superduplex-Sorten (z. B. 2507) erhöhen den Chrom-, Molybdän- und Stickstoffgehalt weiter, um die Leistung in hochaggressiven Medien, einschließlich Meerwasser und starken Säuren, zu verbessern.4}

Die praktische Frage für Designer in den Bereichen Öl und Gas, chemische Verarbeitung, Entsalzung sowie Zellstoff und Papier ist, welcher Typ in einer bestimmten Umgebung eine sicherere und wirtschaftlichere Lösung bietet.

Verwendung von PREN und Pitting Index: Leistung und Grenzen

Ein gängiges Screening-Tool zur Beantwortung dieser Frage ist die Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) oder der Pitting Index (PI), ausgedrückt als PREN=Cr + 3.3Mo + 16N oder PI=Cr + 3.3Mo + 13N.

Diese empirischen Formeln spiegeln die vorteilhaften Auswirkungen von Chrom und insbesondere Molybdän auf die Chlorid-Lochfraßbildung wider; Obwohl Nickel für die SCC-Beständigkeit hilfreich ist, trägt es nur wenig zur Lochfraßbeständigkeit bei und wird normalerweise weggelassen.⁵

Typische Werte veranschaulichen, warum herkömmliche austenitische Sorten im Vergleich zu Duplex-Sorten im Meerwasser Probleme haben.

316L (17Cr–2,5Mo–12Ni): PI/PREN ≈ 25.

2205 (22Cr–3Mo–N): PREN ≈ 34-35.

904L (20Cr–4Mo–25Ni): PREN ≈ 34-35.

254 SMO / 6Mo (20Cr–6Mo–N): PREN ≈ 42–43.

2507 Superduplex (25Cr–4Mo–N): PREN ≈ 40-41.

Ein höherer PREN korreliert mit höheren kritischen Lochfraß- und Spalttemperaturen in Chloridlösungen, weshalb Standards wie NORSOK für Meerwasser ausgesetzte rostfreie Stähle einen PREN von mindestens 40 erfordern. Allerdings ein Rückblick 2021 inMetallebetonte, dass solche Indizes weder Temperatur, metallurgischen Zustand (z. B. Sigma-Phase), Schweißqualität, Spaltgeometrie oder Ablagerungen erfassen und daher als Bewertungsinstrumente und nicht als Leistungsgarantien behandelt werden sollten.