Duplex-Edelstahl F51: Normen, Zusammensetzung und Eigenschaften
UNS S31803, 1.4462
F51 ist das Schmiedestück nach ASTM A182 aus dem Duplex-Stahl UNS S31803, der ursprünglichen Bezeichnung des Edelstahls 22Cr-5Ni-3Mo-N, mit etwa je zur Hälfte Ferrit und Austenit, doppelter Streckgrenze gegenüber 316L und hoher Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion. Als Blech, Stab und Rohr erscheint derselbe Werkstoff als S31803, in der EN als 1.4462. Der heutige 2205 mit engerem Analysenbereich und höherem PREN-Mindestwert ist S32205 (F60) und hat eine eigene Seite.
Eine Zusammensetzung, mehrere Normen
Der Name ändert sich mit der Lieferform. Geben Sie bei der Spezifikation Norm, Sorte und Klasse an.
| Erzeugnisform | ASTM/ASME | Güte/Klasse | EN | ABNT/weitere |
|---|---|---|---|---|
| Blech, Coil, Band | A240 / SA-240 | S31803 | EN 10088-2, EN 10028-7 (1.4462) | JIS G4304/G4305 SUS329J3L; NORSOK M-630 MDS D45 |
| Stab und Profil | A276; A479 / SA-479 | S31803 | EN 10088-3; EN 10272* (1.4462) | NORSOK M-630 MDS D47 (A479) |
| Schmiedestück und Flansch | A182 / SA-182 | F51 (S31803) | EN 10222-5*, EN 10250-4* (1.4462) | NORSOK MDS D44; ASME B16.5 group 2,8* |
| HIP-Bauteil (Pulvermetallurgie) | A988 / SA-988 | S31803 | k. A. | k. A. |
| Nahtloses und geschweißtes Rohr (Rohrleitung) | A790 / SA-790 | S31803 | EN 10216-5 (seamless), EN 10217-7* (welded) | NORSOK MDS D41 |
| Rohr, mit Schweißzusatz geschweißt | A928 / SA-928 | S31803 | k. A. | NORSOK MDS D42 |
| Wärmetauscherrohr | A789 / SA-789 | S31803 | EN 10216-5 (1.4462) | NORSOK MDS D48 |
| Schweißfittings | A815 / SA-815 | WPS31803 (CRS for MSS) | EN 10253-4* (1.4462) | NORSOK MDS D43 |
| Guss | A890 (allgemeine Verwendung); A995 / SA-995 (druckführend) | 4A = CD3MN (J92205) | EN 10213 / EN 10283: 1.4470 GX2CrNiMoN22-5-3 | NORSOK MDS D46 |
| Schweißzusatz | AWS A5.9 / A5.4 / A5.22 | ER2209, E2209-xx, E2209Tx | EN ISO 14343: 22 9 3 N L | ASME IX: P-No. 10H Gr 1 |
| Prüfung auf schädliche Phasen | A923 | Verfahren A, B, C | k. A. | ISO 17781* (Alternative in der Öl- und Gasindustrie) |
Als S32205 (F60) zertifizierter Werkstoff erfüllt Bestellungen für S31803 (F51), umgekehrt gilt das nicht: Verlangt das Projekt einen PREN-Mindestwert von ~34, ist F60 vorzugeben. In NORSOK M-630 stammt die Folge D41–D48 (22Cr) aus Rev. 2; D47 ist in Rev. 5 für A479 S31803/S32205 bestätigt.
Toleranzen und Zolltarifnummern
- Geschmiedete Stäbe (rund und vierkant): Bearbeitungszugabe von 2 mm (Ø 6–16 mm) bis 24 mm (Ø 400–500 mm) auf den Durchmesser. Z. B. fertig Ø 100–125 mm: +7 mm, Toleranz +6 / −0 (Länge bis 3.500 mm).
- Geschmiedete Scheiben: Zugabe von 4 bis 9 mm auf den Durchmesser und 3 bis 11 mm auf die Höhe, nur positive Toleranz.
- Zuschnitt und Zerspanung: Bandsäge −0 / +5 bis +15 mm auf die Länge; Wasserstrahl +10 % der Dicke auf den Durchmesser (mind. 2 mm); zerspante Teile −0 / +2 bis +5 mm auf den Durchmesser. Vollständige Tabellen ansehen (INF 002 und INF 003, für alle Legierungen gleich).
| Form | NCM (Brasilien, 8 Stellen) | HS (international, 6 Stellen) | HTS (USA, 10 Stellen)* | KN (Europäische Union, 8 Stellen)* |
|---|---|---|---|---|
| Geschmiedeter Stab | 7222.30.00 | 7222.30 | 7222.30.0024 | 7222 30 51 |
| Warmgewalzter Stab | 7222.11.00 | 7222.11 | 7222.11.0059 | 7222 11 11 |
| Blech (> 10 mm, Breite ≥ 600 mm) | 7219.21.00 | 7219.21 | 7219.21.0020 | 7219 21 10 |
| Nahtloses Rohr | 7304.41.90 | 7304.41 | 7304.41.6045 | 7304 41 00 |
| Geschweißtes Rohr | 7306.40.00 | 7306.40 | 7306.40.5085 | 7306 40 80 |
| Flansch und Fitting | 7307.21.00 | 7307.21 | 7307.21.5000 | 7307 21 00 |
Zolltarifklasse: nichtrostender Stahl (nach chemischer Zusammensetzung, gemäß den Anmerkungen zu Kapitel 72 und Anmerkung 5 zu Abschnitt XV).
*: US- und EU-Codes zur Orientierung. NCM nach geltendem Recht (Allgemeine Vorschriften für die Auslegung, Anmerkungen zu den Kapiteln 72, 74 und 75 sowie Anmerkung 5 zu Abschnitt XV). Bestätigen Sie den endgültigen Code mit Ihrem Zollagenten anhand von Größe und Ausführung des Artikels. HS = die ersten 6 Stellen der NCM.
Chemische Zusammensetzung nach Norm (%)
Die Bereiche jeder Norm nebeneinander, um die Unterschiede zu erkennen.
| Norm | C | Mn | P max. | S max. | Si max. | Cr | Ni | Mo | N | Sonstige |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UNS S31803 (A240, A182 F51, A790) | 0,030 | 2,00 | 0,030 | 0,020 | 1,00 | 21,0–23,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,08–0,20 | k. A. |
| A890 / A995 4A (CD3MN, J92205) | 0,030 | 1,50 | 0,040 | 0,020 | 1,00 | 21,0–23,5 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,10–0,30 | Cu 1,00 |
| EN 1.4462 X2CrNiMoN22-5-3 (EN 10088, EN 10216-5) | 0,030 | 2,00 | 0,035 | 0,015 | 1,00 | 21,0–23,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,10–0,22* | k. A. |
| EN 1.4470 GX2CrNiMoN22-5-3 (Guss) | 0,030 | 2,00 | 0,035 | 0,025 | 1,00 | 21,0–23,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,12–0,20* | k. A. |
| JIS SUS329J3L | 0,030 | 2,00 | 0,040 | 0,030 | 1,00 | 21,0–24,0 | 4,5–6,5 | 2,5–3,5 | 0,08–0,20 | k. A. |
| AISI 329 / S32900 (Vergleich, NICHT 2205) | 0,08 | 1,00 | 0,040 | 0,030 | 0,75 | 23,0–28,0 | 2,0–5,0* | 1,0–2,0 | nicht festgelegt | k. A. |
Mechanische Eigenschaften nach Norm
Mindestwerte bei Raumtemperatur im angegebenen Lieferzustand.
| Norm und Zustand | Rp0,2 min. | Rm | A | Z | Härte |
|---|---|---|---|---|---|
| SCHMIEDESTÜCKE | |||||
| A182 F51 (S31803), lösungsgeglüht | 450 MPa (65 ksi) | 620 MPa min. (90 ksi) | 25 % | 45 % | in der Tabelle nicht festgelegt* |
| WALZERZEUGNISSE | |||||
| A240 S31803, lösungsgeglühtes Blech | 450 MPa (65 ksi) | 620 MPa min. (90 ksi) | 25 % | k. A. | 293 HBW / 31 HRC* max. |
| A479 / A276 S31803, Stab | 450 MPa | 620 MPa min. | 25 % | k. A. | 290 HBW max.* |
| EN 10088-2 1.4462, Grobblech (P) | 460 MPa | 640–840 MPa | 25 % | k. A. | k. A. |
| EN 10088-3 1.4462, Stab | 450 MPa | 650–880 MPa | 25 % | k. A. | 270 HB max.* |
| ROHRE, FORMSTÜCKE UND GUSSTEILE | |||||
| A790 / A789 S31803, Rohr | 450 MPa | 620 MPa min. | 25 % | k. A. | 290 HBW / 30 HRC* max. |
| EN 10216-5 1.4462, nahtloses Rohr | 450 MPa | 640–880 MPa | 22 %* | k. A. | KV 40 J bei -40 °C* |
| A890 / A995 4A (CD3MN), Guss | 415 MPa (60 ksi)* | 620 MPa min. (90 ksi) | 25 % | k. A. | k. A. |
| EN 10213 1.4470, Guss | 420 MPa* | 600–800 MPa* | 20 %* | k. A. | k. A. |
Gewicht von Stab, Blech oder Rohr aus Duplex F51 / S31803 berechnen →
F51 (S31803) im Vergleich zu F60 (S32205): Was ist der Unterschied?
S31803 ist die ursprüngliche Bezeichnung des 22Cr-Duplex-Stahls; bei den weiten Cr-, Mo- und N-Bereichen (N min. 0,08 %) kann eine Schmelze einen PREN nahe 30 ergeben. S32205 wurde geschaffen, um 2205 im oberen Bereich festzulegen: Cr 22,0–23,0, Mo 3,0–3,5 und N 0,14–0,20, PREN-Mindestwert ~34 und höhere Mindest-Zugfestigkeit (655 gegenüber 620 MPa). Fast alle Bleche, Stäbe und Rohre werden heute doppelt zertifiziert als S31803/S32205 geliefert. Werkstoff S32205 (F60) kann dort akzeptiert werden, wo S31803 (F51) bestellt wird, umgekehrt jedoch nicht.
Von den Normen geforderte Wärmebehandlungen
| Norm | Lieferzustand | Temperatur |
|---|---|---|
| A240 / A790 / A789 (S31803) | Lösungsgeglüht + rasche Abkühlung (Wasser oder anderes schnelles Medium) | 1020–1100 °C (1870–2010 °F) |
| A182 F51 | Lösungsgeglüht + in Flüssigkeit (Wasser) abgeschreckt, auf unter 260 °C abgekühlt | 1020 °C min. (1870 °F) |
| A276 / A479 | Lösungsgeglüht + rasche Abkühlung | 1020 °C min.* |
| A815 WPS31803 | Lösungsgeglüht + in Wasser abgeschreckt (zwingend nach Umformen/Schweißen) | 1020–1100 °C |
| A890 / A995 4A | Lösungsgeglüht + in Wasser abgeschreckt; oder im Ofen auf ≥ 1010 °C abkühlen, 15 min halten und in Wasser abschrecken | 1120 °C min. (2050 °F) |
| EN 10088 / EN 10216-5 (1.4462) | Lösungsgeglüht (+AT) + Wasser oder Druckluft | 1020–1100 °C (Outokumpu); 1050–1100 °C (DEW)* |
Freiformschmiedestück aus Duplex F51 / S31803 planen: Umformgrad, Schlankheit und die zu liefernde Materialmenge →Zuschnittplan des Blocks oder Stabs simulieren →
Varianten der Familie
| Variante | Normen | Unterschied | Rp0,2 / Rm |
|---|---|---|---|
| S31803 / F51 | A240, A479, A790, A182 F51 | Ursprünglicher Bereich: Cr 21–23, Mo 2,5–3,5, N 0,08–0,20 | 450 / 620 MPa |
| S32205 / F60 | A240, A479, A790, A182 F60 | Eingeengter Bereich: Cr 22–23, Mo 3,0–3,5, N 0,14–0,20; PREN min. ~34 | 450 / 655 MPa |
| Guss 4A (CD3MN, J92205) | A890, A995, EN 1.4470 | Mn 1,50 max., N bis 0,30, Cu 1,00; höhere Lösungsglühtemperatur | 415 / 620 MPa |
| Lean-Duplex 2304 (S32304) / 2101 (S32101) | A240, A790 | Wenig oder kein Mo; preiswerter, PREN ~24–26 (ersetzt 2205 in Chloriden nicht)* | 400–450 / 600–650 MPa* |
| Superduplex 2507 (S32750, F53) | A240, A182 F53, A790, A995 5A | 25Cr-7Ni-4Mo-0,3N; PREN ≥ 40, für Meerwasser | 550 / 795 MPa |
| AISI 329 (S32900) | A240, A789/A790 | Alter 25Cr-2/5Ni-1,5Mo-Duplex ohne kontrollierten N-Gehalt; NICHT gleichwertig mit 2205 | 485 / 620 MPa |
Korrosion, PREN und Temperatur
- PREN (Cr + 3,3 Mo + 16 N): Typisch ~35; beim Normmindestwert ~30,5 für S31803 (für S32205/F60 ~34).
- Loch- und Spaltkorrosion: CPT in 6 % FeCl3 (G48) bei etwa 35 °C (Rolled Alloys; Tubacex nennt 45 °C)*. Gut in mäßigen Chloridgehalten; für natürliches Meerwasser Superduplex verwenden.
- Chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion: deutlich besser als bei den austenitischen Stählen 304/316L, einer der Hauptgründe für den Einsatz.
- Temperatur: ASME (II-D) begrenzt den Einsatz auf 316 °C (600 °F); unter −29 °C (−20 °F) verlangt das Regelwerk eine Kerbschlagprüfung nach Charpy*. Oberhalb von ~300 °C tritt die 475-°C-Versprödung (Alpha-Strich-Phase) auf; DEW begrenzt auf 350 °C.
- Sigma-Phase und Nitride: scheiden sich im Bereich von ~700–950 °C* bei unzureichend abgekühltem Lösungsglühen, Schweißungen mit hoher Wärmeeinbringung oder dicken Querschnitten aus; sie lassen Zähigkeit und Lochkorrosionsbeständigkeit einbrechen (siehe A923).
- NACE MR0175 / ISO 15156-3: lösungsgeglüht und rasch abgekühlt, 35–65 % Ferrit, keine Härtegrenze; zulässig bis 232 °C bei pH2S ≤ 10 kPa (0,1 bar). NACE MR0103: bis 28 HRC.
Legierungen nach korrosivem Medium, Konzentration und Temperatur vergleichen →
Erforderliche Prüfungen für Duplex (ASTM A923, G48)
- A923 Verfahren A: NaOH-Ätzung und metallographische Untersuchung auf intermetallische Phasen; nur zur Abnahme (ein schlechtes Ergebnis führt zu Verfahren B oder C).
- A923 Verfahren B (Charpy): -40 °C; min. 54 J (40 ft-lbf) im Grundwerkstoff und in der WEZ, 34 J (25 ft-lbf) im Schweißgut (S31803, J92205).
- A923 Verfahren C (FeCl3): 25 °C für den Grundwerkstoff und 22 °C für die Schweißnaht, 24 h, max. Masseverlust 10 mdd (1,0 g/m²). Für den Guss J92205 enthält diese Tabelle kein Kriterium.
- ASTM G48: Verfahren A (Lochkorrosion) oder E (CPT) in 6 % FeCl3; Temperatur und Kriterium stammen aus dem Projekt oder aus NORSOK, nicht aus G48. Öl- und Gasprojekte akzeptieren in Schweißnähten üblicherweise bis 4,0 g/m²*.
- NORSOK M-630 / ISO 17781: verlangen neben G48 in der Qualifizierung Kerbschlagprüfung bei tiefer Temperatur und Ferritgehalt; Werte gemäß MDS und Projektrevision*.
- Ferritmessung: Die Ferritkontrolle (typisch 35–65 % im Grundwerkstoff und 30–70 % in der Schweißnaht*) wird in Öl und Gas sowie bei Sauergasbetrieb verlangt.
Schweißen
| Punkt | Übliche Praxis |
|---|---|
| Zusatzwerkstoff | ER2209 (AWS A5.9), E2209-15/16/17 (A5.4), E2209T0/T1 (A5.22); EN ISO 14343 22 9 3 N L. Höherer Ni-Gehalt als der Grundwerkstoff, um den Ferritanteil auszugleichen. |
| Einstufung nach ASME IX | P-No. 10H, Group 1 |
| Vorwärmen | Nicht erforderlich (Bauteil nur trocknen) |
| Zwischenlagentemperatur | 150 °C max. (100 °C bei dünnen Querschnitten oder nach Projektvorgabe)* |
| Wärmeeinbringung | ~0,5–2,5 kJ/mm; DEW empfiehlt 1–3 kJ/mm*. Zu niedrig ergibt überschüssigen Ferrit, zu hoch ergibt Sigma-Phase. |
| Gas | WIG: Ar oder Ar + 2 % N2; Wurzelschutz mit Ar oder Ar + N2 |
| Wärmebehandlung nach dem Schweißen | Es wird kein Spannungsarmglühen durchgeführt; nur vollständiges Lösungsglühen, wenn die Norm es verlangt (z. B. Fittings nach A815) |
Schweißzusatz zum Schweißen
Die Drahtzusammensetzung ist meist nicht mit dem Werkstoff identisch: Jede Seite erklärt, warum.
Internationale Entsprechungen
| System | Bezeichnung |
|---|---|
| UNS | S31803; entsprechender Guss J92205 |
| ASTM-Schmiedestück | F51 (S31803) |
| ASTM-Guss | Güte 4A / CD3MN (A890, A995) |
| EN / W.Nr. | X2CrNiMoN22-5-3 / 1.4462; Guss GX2CrNiMoN22-5-3 / 1.4470 |
| JIS | SUS329J3L |
| GB | 022Cr22Ni5Mo3N (S22253)* |
| BS / AFNOR / SIS (alt) | 318S13 / Z3CND22-05Az / SS 2377 |
| ABNT | Keine bestätigte eigene Bezeichnung in der NBR 5601; verwendet wird UNS/ASTM* |
| Handelsnamen | SAF 2205 (Alleima), Forta DX 2205 (Outokumpu), ATI 2205, UR 45N |
SUS329J3L hat Cr bis 24 % und N min. 0,08 % und liegt damit näher an S31803, nicht an S32205. Keine der „329“-Bezeichnungen ohne das Suffix J3L entspricht 2205.
Typische Anwendungen
| Erzeugnisform oder Branche | Einsatzgebiet |
|---|---|
| Offshore-Öl und -Gas | Prozessrohrleitungen, Manifolds, F51-Flansche, Behälter und Abscheider |
| Chemie und Petrochemie | Wärmetauscher (A789), Tanks, chloridhaltige Leitungen |
| Zellstoff und Papier | Kocher, Lauge- und Bleichtanks |
| Chemikalientanker | Ladetanks und Heizschlangen |
| Pumpen und Armaturen | Gehäuse aus Guss 4A, Wellen und Spindeln aus A479-Stab |
| Wasser und Abwasser | Entsalzung (Teile ohne Kontakt mit heißem Meerwasser), Abwasserleitungen |
| Konstruktionen | Brücken, Verbindungselemente und Konstruktionen, bei denen die hohe Streckgrenze zur Reduzierung der Wanddicke genutzt wird |
Häufig gestellte Fragen
Wird F51 durch Abschrecken gehärtet?
Nein. Duplex-Edelstahl härtet beim Abschrecken nicht. Das „Abschrecken“ in ASTM A182 ist nur die rasche Abkühlung nach dem Lösungsglühen in Wasser auf unter 260 °C. Sie erhält das Ferrit-Austenit-Gleichgewicht und verhindert Sigma- und Chi-Phase. Festigkeit und Härte stammen aus der chemischen Zusammensetzung und der Warmumformung, nicht aus der Wärmebehandlung.
Ist 2205 dasselbe wie der Edelstahl 329 oder „329A“?
Nein. AISI 329 (UNS S32900) ist ein alter 23–28Cr-Duplex-Stahl mit 1–2 % Mo und ohne festgelegten Stickstoffgehalt. „329A“ ist keine anerkannte UNS-, ASTM- oder JIS-Bezeichnung. Die Verwechslung rührt vom japanischen SUS329J3L her, dem JIS-Äquivalent von 2205. Beim Einkauf nach UNS S31803/S32205 oder F51/F60 bestellen.
Ist F51 dasselbe wie 2205?
Teilweise. F51 ist S31803, die ursprüngliche Bezeichnung von 2205. Der heutige 2205 ist S32205 (F60) mit höheren Mindestgehalten an Cr, Mo und N (PREN ~34) und höherer Mindestfestigkeit (655 gegenüber 620 MPa). F60-Werkstoff erfüllt Bestellungen für F51, F51 erfüllt jedoch F60 nicht.
Was ist der Unterschied zwischen A890 4A und A995 4A?
Die Zusammensetzung (CD3MN) ist gleich. A890 gilt für Gussteile allgemeiner Verwendung; A995 für druckführende Teile (Armaturen, Pumpen) und geht als SA-995 in ASME ein.
Bis zu welcher Temperatur kann ich F51 einsetzen?
ASME begrenzt S31803 wegen der 475-°C-Versprödung auf 316 °C (600 °F). Bei tiefen Temperaturen reicht der übliche Einsatz mit nachgewiesenen Charpy-Werten bis etwa -40/-50 °C.
