Glossar für Sonderlegierungs-Verbindungselemente

Technische Definitionen zur Terminologie von Sonderlegierungs-Verbindungselementen. Jeder Begriff enthält spezifische Kennwerte, geltende Normen und Relevanz für die Werkstoffauswahl von Verbindungselementen.

A G I L P S W Z

Ausscheidungshärtung (Aushärtung)

Ausscheidungshärtung erhöht die Festigkeit durch Bildung feiner Ausscheidungspartikel, die die Versetzungsbewegung behindern. Das Verfahren: (1) Lösungsglühen zur Auflösung der Elemente, (2) schnelle Abkühlung zur Erzeugung einer übersättigten Lösung, (3) Auslagerung bei 425–900°C zur Ausscheidung festigkeitssteigernder Phasen. In Inconel 718 sind die primären Phasen Gamma-Prime (Ni3Al) und Gamma-Double-Prime (Ni3Nb), die 1379 MPa Zugfestigkeit ermöglichen gegenüber 827 MPa für mischkristallverfestigtes Inconel 625. Gemäß ASTM B637 müssen 718-Stangenmaterialien spezifische Auslagerungsparameter erfüllen.

Inconel 625

Galvanische Korrosion

Galvanische Korrosion ist ein beschleunigter Angriff auf ein weniger edles (anodisches) Metall, wenn es in einem Elektrolyten elektrisch mit einem edleren (kathodischen) Metall gekoppelt ist. Bei Verbindungselementen tritt dies auf, wenn Verbindungselemente aus einer Legierung Bauteile aus einer anderen Legierung verbinden. Die Auslegungsregel: Das Verbindungselement sollte stets das edlere (kathodische) Material sein, damit die größere Oberfläche der verbundenen Bauteile den Korrosionsstrom über eine größere Fläche verteilt und die Korrosionsrate reduziert. Beispiel: Inconel 625 oder Titan-Verbindungselemente für Stahlkonstruktionen verwenden, niemals Kohlenstoffstahl-Schrauben in Edelstahlflansche.

Titanium Grade 2 Inconel 625

Interkristalline Korrosion (IGC)

Interkristalline Korrosion ist ein lokalisierter Angriff entlang der Korngrenzen, verursacht durch Zusammensetzungsunterschiede zwischen dem Korngrenzbereich und dem Korninneren. Sie wird häufig durch Sensibilisierung verursacht, bei der Chromcarbid-Ausscheidungen (Cr23C6) chromverarmte Zonen unterhalb der für die Passivierung erforderlichen 12 % Cr-Schwelle erzeugen. In Nickellegierungen und Edelstählen werden diese verarmten Zonen anodisch und bilden galvanische Mikrozellen. Gegenmaßnahmen: Verwendung kohlenstoffarmer 'L'-Güten (z. B. 316L mit <0,03 % C), stabilisierter Güten mit Ti oder Nb, oder Lösungsglühen nach thermischer Belastung.

Inconel 625 Hastelloy C-276

Lösungsglühen

Beim Lösungsglühen wird die Legierung auf 1000–1200°C (bei Nickellegierungen) erhitzt, um alle Elemente und Ausscheidungen in einem einphasigen Mischkristall zu lösen, gefolgt von schneller Abkühlung, um die Elemente in übersättigter Lösung zu halten. Für mischkristallverfestigte Legierungen wie Inconel 625 und Hastelloy C-276 ist dies die abschließende Wärmebehandlung. Für ausscheidungshärtbare Legierungen wie Inconel 718 ist das Lösungsglühen der erste Schritt vor der Auslagerung bei 425–900°C zur Bildung festigkeitssteigernder Ausscheidungen.

Inconel 625 Hastelloy C-276

Passivierung

Passivierung ist die Bildung eines dünnen (1–3 nm), schützenden, chromreichen Oxidfilms auf Edelstählen und Nickellegierungen, der Korrosionsbeständigkeit verleiht. Dieser Film bildet sich in oxidierenden Umgebungen spontan. In der Verbindungselementefertigung ist Passivierung auch eine chemische Behandlung nach ASTM A967 mit Salpeter- oder Zitronensäure zur Entfernung von freiem Eisen und Verunreinigungen und zur Förderung einer gleichmäßigen Passivschicht. Lokale plastische Verformung unter Spannung kann den Film aufbrechen und blankes Metall freilegen — ein Schlüsselmechanismus bei der Initiierung von SCC und Lochfraß.

Inconel 625 Hastelloy C-276 Duplex 1.4462

Prüflast

Die Prüflast ist die maximale Zugkraft, die ein Verbindungselement ohne bleibende (plastische) Verformung aufnehmen kann und vollständig im elastischen Bereich verbleibt. Typischerweise 85–95 % der Streckgrenze. Die Prüfung erfolgt durch Aufbringen der festgelegten Kraft für 10 Sekunden mit anschließender Längenmessung — jede bleibende Dehnung bedeutet Nichtbestehen. Die Prüflast ist die Auslegungsgrundlage für die Vorspannkraft von Verbindungselementen, wobei die empfohlene Montagevorspannung bei 65–75 % der Prüflast liegt. Definiert in ASTM F468 für NE-Metall-Verbindungselemente und EN ISO 3506 für Edelstahl-Verbindungselemente.

Sensibilisierung

Sensibilisierung ist die Ausscheidung von Chromcarbiden (Cr23C6) an Korngrenzen, wenn Edelstähle oder Nickellegierungen beim Schweißen, bei der Wärmebehandlung oder im Betrieb bei 425–850°C gehalten werden. Die Carbide entziehen dem umgebenden Grundwerkstoff Chrom und erzeugen verarmte Zonen unterhalb von 12 % Cr, die den Passivfilmschutz verlieren und anfällig für interkristalline Korrosion werden. Gegenmaßnahmen: Verwendung kohlenstoffarmer Güten ('L'-Güten mit <0,03 % C, z. B. 316L), stabilisierter Güten mit Ti oder Nb, oder Lösungsglühen nach der Belastung.

Inconel 625 Hastelloy C-276

Spaltkorrosion

Spaltkorrosion tritt in beengten Räumen auf, in denen der Elektrolyt stagniert und sauerstoffarm wird. Bei Verbindungselementbaugruppen sind typische Stellen unter Schraubenköpfen, zwischen Mutter- und Flanschflächen und in Gewindelöchern. Der sauerstoffarme Spalt wird anodisch und bildet eine Konzentrationszelle mit beschleunigter Auflösung. Der pH-Wert im Spalt sinkt (Ansäuerung), was den Angriff weiter beschleunigt. Spaltkorrosion ist aggressiver als Lochfraß und tritt bei niedrigeren Temperaturen ein. Legierungen mit hohen PREN-Werten widerstehen ihr besser; Super Duplex 2507 (PREN ≥42,5) übertrifft Standardgüten.

Duplex 1.4462 Hastelloy C-276

Spannungsrisskorrosion (SCC)

Spannungsrisskorrosion ist die Bildung und das Wachstum von Rissen unter gleichzeitiger Zugspannung und einer spezifischen korrosiven Umgebung. SCC erfordert drei Bedingungen: einen anfälligen Werkstoff, ein spezifisches korrosives Medium und eine anhaltende Zugspannung. Risse breiten sich interkristallin oder transkristallin aus und verursachen plötzliches Sprödversagen deutlich unterhalb der nominellen Zugfestigkeit. Bei Verbindungselementen ist SCC besonders kritisch für austenitische Edelstähle in Chloridumgebungen (oberhalb 60°C für 316L) und für Kohlenstoffstähle im H2S-Betrieb gemäß NACE MR0175/ISO 15156. Legierungen wie Inconel 625 und Hastelloy C-276 sind immun gegen Chlorid-SCC.

Inconel 625 Hastelloy C-276 Duplex 1.4462

Warmumformungs-Temperaturbereich

Der Temperaturbereich für plastische Verformung (Schmieden, Walzen, Strangpressen) ohne Rissbildung oder ungünstige Gefüge. Die Bereiche sind legierungsspezifisch: Inconel 625 bei 925–1175°C, Inconel 718 bei 955–1120°C, Hastelloy C-276 bei 870–1230°C. Umformung unterhalb des Minimums birgt Rissbildungsgefahr durch unzureichende Duktilität. Umformung oberhalb des Maximums riskiert partielle Aufschmelzung, übermäßiges Kornwachstum oder ungünstige Phasenausscheidungen, die die mechanischen Eigenschaften verschlechtern.

Inconel 625 Hastelloy C-276

Wirksumme (PREN)

PREN ist ein numerischer Index zum Vergleich der Beständigkeit gegen Lochfraß- und Spaltkorrosion basierend auf der chemischen Zusammensetzung: PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N. Höhere Werte bedeuten bessere Beständigkeit. Wichtige Schwellenwerte: PREN > 32 ist für Meerwassereinsatz geeignet; PREN > 40 verdient die Bezeichnung 'Super' (z. B. Super Duplex 2507). Referenzwerte: 316L Edelstahl PREN ~24, Duplex 2205 PREN ~35, Super Duplex 2507 PREN ~43. PREN ist in EN ISO 3506-6 für Verbindungselemente mit PREN ≥ 40 definiert.

Duplex 1.4462

Zeitstandfestigkeit

Zeitstandfestigkeit ist die Spannung, die bei einer gegebenen Temperatur eine definierte Verformungsrate über einen bestimmten Zeitraum erzeugt. Bei erhöhten Temperaturen verformen sich Metalle unter konstanter Spannung dauerhaft, selbst unterhalb der Streckgrenze. Angegeben als Spannung für eine definierte Kriechrate (z. B. 0,01 % pro 1000 Stunden) oder Gesamtdehnung (z. B. 1 % in 100.000 Stunden / ~11,4 Jahre). Oberhalb von 540°C für Stahl und 650°C für Nickellegierungen wird die Zeitstandfestigkeit statt der Zug-/Streckgrenze zum maßgeblichen Auslegungsparameter für Verbindungselemente gemäß ASME BPVC Section II Part D.

Inconel 625