Als Duplexstahl bezeichnet man einen Stahl, der ein zweiphasiges Gefüge aufweist, das aus einer Ferrit-(α-Eisen-)Matrix mit Inseln aus Austenit (γ-Eisen) besteht.
Metallurgische Grundlage
Diese Gefügeausbildung wird erreicht, indem man den Stahl mit Ferritbildnern (i.B. Cr) und Austenitbildnern (z.B. Ni, N, Mn, ...) legiert, wobei der Gehalt an Austenitbildnern so eingestellt wird, dass nicht das gesamte Gefüge bei Raumtemperatur austenitisch werden kann (z.B. Ni < 8%). Nach der Warmformgebung wird durch eine spezielle Wärmebehandlung dafür gesorgt, dass sich die Austenitbildner in einzelnen Bereichen konzentrieren, die dann bis hinab zur Raumtemperatur stabil austenitisch sind.
Werkstoffeigenschaften
Mechanische Eigenschaften
Duplexstähle zeichnen sich durch ihre Kombination von Eigenschaften aus, die eine Mischung aus den Eigenschaften rostfreier Chromstähle (ferritisch oder martensitisch) und rostfreier Chrom-Nickel-Stähle (austenitisch) darstellen. Sie haben höhere Festigkeiten als die rostfreien Chrom-Nickel-Stähle, weisen dabei aber eine höhere Duktilität auf als rostfreie Chromstähle. Ihr Verhalten bei wechselender Beanspruchung weist bis zu einem Austenitanteil am Gefüge von ca. 40% im Gegensatz zu reinen Austeniten noch eine Dauerschwingfestigkeit auf. Die AVT-Kurve der Duplexstähle weist im Gegensatz zu ferritischen oder gar martensitischen rostfreien Stählen keinen Steilabfall auf. Es gibt zwar eine Hoch- und eine Tieflage, der Übergang ist jedoch über einen weiten Temperaturbereich gestreckt.
Korrosionseigenschaften
Die Duplexstähle zählen zu den rost- und säurebeständigen Stählen (DIN-EN 10088 T1 bis T3). Aufgrund des Nickelgehalts, der für die mechanischen Eigenschaften sehr wichtig ist, sich aber ungünstig auf den PREN-Index auswirkt, sind sie Gefährdet für interkristalline Korrosion. Um dem entgegen zu wirken wird teilweise Stickstoff als Austenitbilner im Austausch für einen gewissen Anteil an Nickel zugesetzt. Eine weitere Möglichkeit die Korrosionsbeständigkeit weiter zu Verbessern ist der Zusatz von Molybdän. Ein wichtiger Vorteil bezüglich der Korrosionseigenschaften ergibt sich wiederum aus der zweiphasigkeit des Gefüges. An den Phasengrenzen, ins Besondere beim übergang von Ferrit auf den duktileren Austenit, kommen Risse, wie sie bei der Spannungsrisskorrosion entstehen, aus bruchmechanischen Gründen zum Stillstand .