Technische Fortschritte bei der Edelstahlherstellung Ende der 60er und Anfang der 70er Jahre (wie z.B. das AOD Converter-Verfahren) machten es möglich, den Karbonanteil in den Stählen zu reduzieren und mehr Stickstoff – vor allem in Duplex-Stählen – zu verwenden. Das führte zur Produktion der „zweiten Generation“ von Duplex-Stählen, die für ihre verbesserten Eigenschaften wie mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bekannt sind.
Heute findet das Unternehmen immer wieder neue Einsatzmöglichkeiten für sein Angebot an Duplex-Edelstählen: z.B. in der Architektur für Fassadenverkleidungen, in Druckbehältern und Lagertanks oder in Bewehrungsstäben. Duplexe sind ein wahrhaftes „Allround“-Material und spielen so eine wichtige Rolle bei einer Vielzahl von Anwendungen. Die ersten Duplex-Stähle waren ursprünglich für den Einsatz in der chemischen Industrie und der Papierindustrie entwickelt worden. Später kam der Öl- und Gassektor hinzu; und auch wenn diese Einsatzbereiche immer noch wichtige und interessante Märkte für Duplex-Edelstähle darstellen, bilden sie bei weitem nicht das Hauptsegment.
Trend heute: Lean-Duplex-Güten
Die Duplex-Güte 2205 gehört noch immer zu den Grundpfeilern beim Einsatz in der Öl- und Gasindustrie. Im letzten Jahrzehnt hat sich jedoch ein neuer Trend herauskristallisiert: Lean-Duplex-Güten. Duplex-Edelstähle mit geringen Gehalten an teuren und volatilen Legierungselementen wie Nickel und Molybdän ersetzen mehr und mehr die üblichen Stahlsorten 304 / 1.4301 und sogar 316 / 1.4401. Das bedeutet auch, dass es für Kunden interessanter wird, Duplexstähle in Standardanwendungen zu verarbeiten. Dort, wo keine besonders hohen Ansprüche an Korrosionsbeständigkeit existieren, der Kunde jedoch von den außergewöhnlich guten mechanischen Eigenschaften dieser Stähle profitiert.
In der ganzen Welt wächst der Bedarf an Duplex-Edelstählen, wobei sich eine Reihe von zentralen Marktsegmenten abzeichnet: Lagertanks gehören beispielsweise zu einem wachsenden Einsatzbereich für Duplexe. Hier werden insbesondere die geringer legierten Güten verwendet, durch die sich der bisher häufig eingesetzte Karbonstahl ersetzen lässt. Und obwohl bei Druckbehältern und Lagertanks, bei denen eine gute Korrosionsbeständigkeit unabdingbar ist, in der Vergangenheit höher legierte Duplex-Güten und sogar Super-Duplexe zum Einsatz kamen, werden Lean-Duplexstähle hier immer beliebter.
So zum Beispiel beim deutschen Pumpen- und Tankhersteller Börger, der für die Produktion größerer Biogastanks denn je (ab 4.000 m3) auf die Outokumpu-eigenen Duplex-Güten setzte. Er griff auf LDX 2404 für die Lagertanks und auf eine Kombination aus LDX 2404 und LDX 2101 für die Gärtanks zurück. Durch den Wechsel von Austenitstahl zu Duplex-Edelstahl konnte das Behältergewicht um 25% reduziert werden.
„Heute möchten Endkunden kostspielige Wartung vermeiden. Gerade deshalb stellt sich mit Duplex ein Paradigmenwechsel ein. Der kosteneffiziente Legierungsanteil verbunden mit einer besseren Korrosionsbeständigkeit sorgt für einen deutlichen Wettbewerbsvorteil für Duplex-Edelstähle gegenüber Karbonstählen“, so Dr. Bernd Beckers, Leiter Segment- und Produktmarketing bei Outokumpu.
Um die Entwicklung neuer Standards voranzutreiben, arbeitet Outokumpu eng mit den Normengremien zusammen. In den nächsten zwei bis fünf Jahren wird sich dieses Feld zu einem weitaus größeren Markt für Duplexe entwickeln. „Der Einsatz jedes Materials muss mit den grundsätzlichen Materialanforderungen festgelegt werden, die sich je nach Anwendungszweck unterscheiden. Da dieser Prozess Jahre in Anspruch nimmt, wurde ein unechtes „Limit“ für den Einsatz von Duplexen geschaffen. Nun erleben sie endlichen ihren Durchbruch“, sagt Beckers. So wurde Duplex zum Beispiel 2007 zum ersten Mal in die API 650 Norm für Lagertanks aufgenommen. Laut der angepassten Inspektionsstandards für Vorratstanks aus dem Jahr 2016, API 653, können die Inspektionsintervalle um zehn Jahre verlängert werden, wenn der Behälterboden aus Duplexstahl besteht.
Die Weiterentwicklung der Duplex-Edelstähle hat ihnen auch den Weg für den Einsatz als Strukturkomponenten geebnet. Sie weisen mindestens eine doppelt so hohe Festigkeit wie austentitische Stähle auf und können sich problemlos an Strukturelementen aus Karbonstahl messen lassen, sind dabei aber äußerst korrosionsbeständig. Duplexe bieten eine Kombination aus hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die es sonst nur in austentitischen Nischenwerkstoffen gibt.
Architektur und Bau mit Duplex
Weiterhin ist der Architektur-, Bau- und Konstruktionssektor ist ein starker Wachstumsmarkt, auch für Duplexstähle. „In Nordeuropa gibt es ein großes Interesse im Brückenbau und bei Infrastrukturprojekten, das sich allmählich nach Südeuropa und in den Rest der Welt ausbreitet“, fügt Beckers an. Allerdings haben in der Vergangenheit fehlende Normen für den Einsatz im Bau in Deutschland die weitere Verbreitung bei großen Infrastrukturprojekten nachteilig beeinflusst. 2014 wurde Lean-Duplexstahl mit der Vergabe der ‘Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-30.3-6’ endlich zu einem zugelassenen Baumaterial.
Die neuen Druckbehälterstandards EN10088-4 (2016 wurde gerade eine neue Version der EN 10028-7 herausgegeben) werden ebenfalls mehr Duplexstähle enthalten. „In der nahen Zukunft rechnen wir daher mit einer deutlichen Volumensteigerung beim Einsatz von Duplex im Bau, der Schwerindustrie und bei der Herstellung großer Lagertanks und Druckbehälter“, sagt Beckers. Eine neue Lösung für Bauprojekte bildet das erweitertes Angebot von Duplex-Fassadenverkleidungen für Bauprojekte mit höheren Korrosionsrisiken von Outokumpu. Damit können in warmen Küstenregionen wie dem Nahen Osten oder Asien hervorragende Korrosionsschutzergebnisse erzielt werden. In diesen Regionen bietet Duplex besseren Korrosionsschutz und dünnere und leichtere Konstruktionslösungen als andere herkömmliche Edelstähle.
Schnelle Bedarfsentwicklung
Trotz seiner internationalen Ausbreitung im Markt für Duplexstähle, arbeitet Outokumpu hart an einer Zulassung des Materials für neue Anwendungen und entwickelt und bewertet daher auch seine Werkstoffpalette ständig weiter.
„Bei der Entwicklung neuer Güten bedenken wir den Gesamtverbrauch im weltweiten Kontext in jedem Bereich, in dem Metalle zum Einsatz kommen,“ erklärt Beckers. „Derzeit gehören 2101, 2205 und 2507 sowie deren Abwandlungen zu unseren „Brot-und-Butter“-Güten.“ Die Geschwindigkeit, in der Kohlenstoffstähle durch Duplex ersetzt werden, erhöht sich ständig. So wurde zum Beispiel in der Papier- und Zellstoffindustrie Karbonstahl erst durch säurefesten 316L / 1.4404 Edelstahl ersetzt, und dann durch Duplex.
Heute wird beschichteter Karbonstahl direkt durch Duplexgüten ersetzt. Die besonderen Eigenschaften von Duplex-Edelstahl sorgen dafür, dass er die gleiche Festigkeit wie Bau-Karbonstahl aufweist. Deshalb ist es für Ingenieure problemlos möglich, direkt auf Duplexgüten umzusteigen. Die Dicke muss dabei nicht wie bei herkömmlichem Edelstahl erhöht werden, sondern die neue Güte erlaubt mehr oder weniger einen direkten Austausch von Karbonstahl zu Duplexgüten. Dadurch können bei der Beschichtung und Wartung erhebliche Einsparungen erzielt werden. Das sorgt für einen kosteneffizienten Einsatz und macht eine Duplex-Lösung gegenüber beschichtetem Kohlenstoffstahl wettbewerbsfähig.
Verbesserte Verfügbarkeit
Ein weiterer Punkt ist die gute Verfügbarkeit des Duplex-Materials, aus der schnell eine Lieferzeitthematik werden kann. Die gute Lagersituation in Europa und die wachsenden Lager in Asien unterstützen dies. Ein 2205er Flansch kann einfach in mit Lean-Duplex-Stahl kombiniert werden, was in den meisten Fällen eine einfache und gut umsetzbare Lösung für die Lieferzeitproblematik darstellt. Die tatsächlichen Kosten werden dadurch wahrscheinlich noch nicht einmal groß beeinflusst werden. Über die gesamte Lieferkette hinweg wird der Kostenbeitrag der Duplex-Legierungsanteile bei kleinen Spezialteilen immer geringer, während er natürlich bei Applikationen in großen Stückzahlen noch immer von Bedeutung ist. Bei Lagertanks ist es mittlerweile normal, je nach Prozess bei manchen Teilen Lean-Duplex und bei anderen höher legierten Duplex einzusetzen. In Bezug auf Optimierung und Verfügbarkeit kann die Kombination verschiedener Stahlsorten die besten Ergebnisse erzielen helfen.
Kombination von Duplex- und Kohlenstoffstahl als Bewehrungsstahl
„Es sind viele interessante Einsatzmöglichkeiten für Duplex-Stähle vorhanden. In Asien gibt es einen Trend hin zur Kombination von Duplex mit Bewehrungsstahl aus Karbonstahl. Diese Mischung wird dort in besonders korrosionsgefährdeten Regionen wie an der Küste eingesetzt,“ sagt Bernd Beckers. „Der Betonrippenstahl aus Duplex wird an den äußersten Bereichen einer Struktur eingesetzt, während im Inneren weiter Karbonstahl benutzt werden kann. Es ist bewiesen, dass durch den Einsatz von 2% Bewehrunsstahl aus Duplex an den Außenbereichen einer Konstruktion, die Haltedauer um bis zu 300 Jahre erhöht werden kann. Ein wichtiger Punkt bei dieser Anwendung ist die Tatsache, dass die thermische Ausdehnung von Karbonstählen und Duplexstählen relativ ähnlich ist, während austentitische Stähle sich thermisch stärker ausdehnen, was zu Problemen führen kann. Die Wahl von Duplex als Bewehrungsstahl in Gebäuden und Hafenanlegern in Küstenregionen wird die Haltbarkeit dieser Projekte dramatisch erhöhen, und das bei nur geringen oder gar ohne jegliche Kostenerhöhungen.“
Duplex als Material der Zukunft
Wie aber werden sich Duplexe in Zukunft entwickeln? „Es gibt noch immer Raum für neue Lösungen“, sagt Dr. Beckers. „Unsere jüngsten Entwicklungen haben zur Einführung von neuen Legierungskonzepten geführt, die es erlauben, die hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bestehender Lean-Duplexstähle mit der Formbarkeit austenitischer Stähle zu kombinieren. Dank solcher „formbaren Duplexe“ (FDX) können neue Anwendungsbereiche für Duplex-Stähle erforscht werden. Herkömmliche Duplexgüten können hier wegen ihrer etwas eingeschränkten Formbarkeit nicht verwendet werden.“
Der erweiterterte Temperaturbereich, in dem Duplexe zum Einsatz kommen können, ist ein Segment, das für Endverbraucher in der petrochemischen und chemischen Verarbeitungsindustrie von besonderem Interesse ist. „Wenn wir uns die Lean-Legierungen heute ansehen,“ so Bernd Beckers, „liegt das Hauptaugenmerk auf der Lösungsfindung im Bereich der Kostenreduzierung gegenüber den Standardgüten, die wir heute kennen. Andere Entwicklungen werden sich auf die Bandbreite des Angebots beziehen. So bietet zum Beispiel Outokumpu Produkte, die die Wertschöpfung erhöhen. Dazu gehören beispielsweise Träger und Profile für die Anwendung in der Bauindustrie. Dies ist ein Bereich, auf den wir uns in der Zukunft weiter konzentrieren werden, um unseren Kunden einen zusätzlichen Mehrwert bieten zu können,“ fasst Beckers zusammen.
