NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020

MAGAZINE

NICKEL

DIE FACHZEI T SCHRIF T FÜR NICK EL UND SEINE A N W ENDUNGEN NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020

Architektur und Bau Die (unter)stützende Rolle von Nickel Designstandards für Bauedelstahl

Edelstahl für Vorhangfassaden

Wind Tree Wiedergeburt einer Skulptur

FALLSTUDIE 18 BANK OF COMMUNICATIONS, SUZHOU XIONG DUOKUI, ZHANG JUN, SUZHOU GOLD MANTIS CURTAIN WALL CO., LTD.

Vorhangfassaden verleihen Gebäuden äußere Stabilität und innere Eleganz.

Das Filialgebäude der Bank of Communications im chinesischen Suzhou macht sich die einzigartigen Eigenschaften von Edelstahl in jeder Hinsicht zunutze. So entsteht nicht nur ein langfristiger Nutzen in Bezug auf Kosten und Wartung, sondern auch ein wunderschönes Äußeres, das Strenge, Sicherheit und Zuverlässigkeit widerspiegelt, wie es von einer Bank erwartet wird.

Die an diesem Projekt mitwirkenden Architekten und Konstrukteure sind davon überzeugt, dass von allen in Gebäudevorhangfassaden eingesetzten Materialien Edelstahl das dekorative Material mit der längsten Nutzungsdauer, dem besten Preis/Leistungsverhältnis und den höchsten Wiedergewinnungsraten am Ende seiner Lebensdauer ist.

NICKEL, JHRG. JHRG. 35, 35, NR. NR. 1, 1, 2020 2020 22 || NICKEL,

Die Architekten und Ingenieure der Vorhangfassade für das Bank of Communications-Projekt, Zhang Jun und Xiong Duokui von der Suzhou Gold Mantis Curtain Wall Co., orientierten sich an Vorbildern wie dem 1930 errichteten Chrysler Building in den USA, dem Burj Khalifa Tower in Dubai und dem Ping International Finance Centre in China.

Bei allen diesen Gebäuden hat sich nickelhaltiger Edelstahl des Typs 316L (UNS S31603) bewährt – weder kam es zu Abnutzungserscheinungen noch wurde je ein Ersatz notwendig.

Der in dem 25 Stockwerke hohen Gebäude weitläufig verwendete Edelstahl des Typs 316L hat eine erwartete Lebensdauer von mehr als 100 Jahren. Eine Vorhangfassade aus Edelstahl erhebt sich bis zu einer Höhe von mehr als 106 m. In allen Fassadensystemen des Turmes wurden dekorative Rundrohre aus Edelstahl mit Spiegeloberfläche mit einer Stärke von 2,00 mm und einem

Durchmesser von 150 mm eingesetzt.

Die Verkleidungen zwischen den einzelnen Stockwerken bestehen aus 2,0 mm starkem Edelstahl mit Bürstenmuster, und das Vordachsystem ist an Edelstahlkabeln aufgehängt. Die primären und sekundären Deckenbalken des Vordachs sind mit 1,5-mmEdelstahlblech verkleidet, und die Unterseite des Vordachs ist mit 30 x 50-mm-Edelstahl-Rechteckrohren verziert. Mit 1,5 mm starkem, poliertem Edelstahl verkleidete Säulen an den Dachbalkonen erheben sich bis zu einer Höhe von 3,3 m.

Das von traditionellen Suzhou-Gärten inspirierte Konzept des „SuzhouGartentores“ wurde in die Baupläne für das Gebäude integriert. Das Endergebnis: ein gut durchdachtes, markantes Bürogebäude, das heute ein unverkennbares Wahrzeichen des Industrieparks Suzhou ist.

EDITORIAL: FORM UND FUNKTION

Wunderschöne Edelstahlfassaden schmücken einige der augenfälligsten Wolkenkratzer der Welt, und das schon seit mehr als 90 Jahren. Unter dem eleganten Äußeren verbergen sich aber eine eindrucksvolle Spitzentechnologie und Vorteile, die eine Verbesserung der Effizienz, optischen Wirkung und Nachhaltigkeit zur Folge haben.

Sonstige 6 % |

Transport 23 % Industrie 32 %

Gebäudebetrieb 28 %

—Baumaterialien und Bauarbeiten 11 %

Gebäude und deren Bau sind für ca. 36 % des globalen Energieverbrauchs und für fast 40 % der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Durch die Urbanisierung eines Großteils der Weltbevölkerung werden bis 2060 voraussichtlich weitere 230 Milliarden Gebäudequadratmeter hinzukommen (was dem gesamten gegenwärtigen Gebäudebestand entspricht).

Eine sorgfältige Materialauswahl und wohlüberlegte Designentscheidungen können hinsichtlich der Umweltbelastung einen beträchtlichen Unterschied ausmachen. Eine wichtige Rolle hierbei spielt auch die intelligente Integration funktioneller Fassaden, z. B. von Vorhandfassaden.

Diese schützen das Gebäude und die darin arbeitenden Menschen vor Witterung, Hitze, Lärm, Licht und Blendeffekten und bewirken eine erhebliche Verbesserung der Energieeffizienz. Es überrascht daher nicht, dass sie sich immer größerer Beliebtheit erfreuen.

Architekten können bei der Gestaltung von Vorhangfassaden aus verschiedenen Materialien auswählen. Nickelhaltiger Edelstahl bietet eine niedrige thermische Leitfähigkeit und ist ein ideales Material für Bauten in korrosiven Umgebungen oder architektonisch exponierte Baustahlanwendungen. Außerdem ist ihre Kostenbilanz über ihre gesamte Lebensdauer hinweg einfach überragend.

Diese Ausgabe von Nickel enthält einige wunderschöne Fassadenbeispiele, die den existierenden Bestand an ikonischen Gebäuden mit Edelstahlverkleidung auf eindrucksvolle Weise erweitern. Da wäre z. B. das Chrysler Building, das seit 1930 aus der Skyline New Yorks nicht mehr wegzudenken ist – der ultimative Beweis, dass nickelhaltiger Edelstahl mehr ist als nur eine hübsche Fassadenoption.

CATHERINE HOUSKA

GLOBAL ALLIANCE FOR BUILDINGS AND CONSTRUCTION

Globale CO2-Emissionen nach Sektor

Weltweit bieten der Bau von Gebäuden, die höchsten Ansprüchen genügen, und umfassende Energiesanierungen bestehender Gebäudeverkleidungen, u. a. unter Einbeziehung von Vorhangfassaden, Möglichkeiten für enorme Einsparungen bei den Energiekosten. Die Internationale Energieagentur schätzt, dass diese kumulativen Energieeinsparungen bis 2060 den gesamten Energieverbrauch der G20-Länder im Jahr 2015 bzw. einen Wert von ca. 330 EJ (ein Exajoule = 1018 Joule) übersteigen könnten.

Clare Richardson Chefredakteurin, Nickel magazine

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INHALT 03 04 06 08 11 12 14

Fallstudie 18 Bank of Communications, Suzhou Editorial Form und Funktion Beachtenswertes zum Thema Nickel Entwicklung von Standards für Bauedelstahl Transformation von Fassaden mit Edelstahl Wind Tree restauriert Korrosionsbeständiger Edelstahl Ni-Resist Legierungen für Spezialanwendungen Technische Fragen und Antworten Niedriger Kohlenstoffgehalt und Schweißbarkeit

15

Neue Publikationen

15

UNS-Details

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NICKEL

„The Vessel“ in Hudson Yards New Yorks neue Sehenswürdigkeit

Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute www.nickelinstitute.org

Teslas Cybertruck greift nach den Sternen Teslas futuristischer elektrischer Cybertruck ähnelt mehr einem Weltraumrover als einem herkömmlichen Pickup-Truck. Das auffällige Außenskelett besteht aus ultrahartem, 30X kaltgewalztem Edelstahl mit hervorragenden Festigkeits- und Widerstandsfähigkeiten. Der ab 2022 lieferbare Cybertruck wird aus der gleichen Edelstahllegierung des Typs 301 (UNS S30100) hergestellt, den Elon Musks anderes Unternehmen SpaceX für sein Starship-Raumschiff einsetzt. Typ 301 wurde wegen seiner Kosten und Effektivität sowie seiner Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen gewählt. Der für Fahrten auf der Erde vorgesehene Cybertruck widersteht Dellen, Beschädigungen und langfristiger Korrosion; gleichzeitig werden die Insassen maximal geschützt. Die Version mit drei Motoren beschleunigt in 2,9 Sekunden auf 60 mph (96,6 km/h). Darüber hinaus kann der Truck Lasten mit einem Gewicht bis 6.500 kg schleppen.

TESLA

02

BEACHTENSWERTES ZUM THEMA

Autoren und Mitarbeiter: Nancy Baddoo, Gary Coates, Catherine Houska, Christine Li, Richard Matheson, Bruce McKean, Geir Moe, Kim Oakes, Odette Ziezold Entwurf: Constructive Communications Das Textmaterial wurde zur allgemeinen Information des Lesers erstellt und sollte nicht als Grundlage für spezifische Anwendungen verwendet werden, ohne dass vorher fachmännische Beratung eingeholt wurde. Obwohl das Textmaterial nach unserem besten Wissen korrekt ist, garantieren das Nickel Institute, seine Mitglieder, Mitarbeiter und Berater nicht seine Eignung für eine allgemeine oder spezifische Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen.

ISSN 0829-8351 In Kanada von der Hayes Print Group auf Recyclingpapier gedruckt Bildnachweise: Titelseite: Baxternator ©David Churchill/arcaid.co.uk pg. 4 iStock©gchutka; pg. 9 iStock©dynasoar; pg.10 iStock©Vera Tikhonova; pg 11. ID 123688539 ©Hoywaii | Dreamstime.com ; pg 12. iStock©MPKphoto

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ROYAL CANADIAN MINT

Dr. Hudson Bates, Verbandspräsident Clare Richardson, Chefredakteurin communications@nickelinstitute.org

MANSION YACHTS

Die Kühl- und HLK-Branche erwirtschaftet Umsätze von vielen Milliarden US-Dollar. Die von ihr verwendete Kühltechnik steht kurz davor, dank eines neuartigen elastokalorischen Kältemediums einen enormen Entwicklungssprung zu machen. Dabei handelt es sich um eine hocheffiziente, umweltfreundliche Formgedächtnislegierung, die für die Anwendung in großen Anlagen und Vorrichtungen leicht nach oben skaliert werden kann. Das neue Kältemedium, das von einem internationalen Team unter Leitung von Professor Ichiro Takeuchi und der University of Maryland entwickelt wurde, ist eine mithilfe additiver Technologie (3D-Druck) geformte Nickel-Titan-Legierung. Die Technologie ist potenziell effizienter als die Dampfkompressionskühlung, die den Markt seit mehr als 150 Jahren dominiert und dabei chemische Kältemittel mit Folgen für die Erderwärmung einsetzt. Das neue Kältemedium ist absolut umweltfreundlich.

Professor Takeuchi arbeitet seit fast zehn Jahren an dieser innovativen Technologie, die jetzt kurz vor der Kommerzialisierung steht.

Schwimmende Innovation Die Mansion Yacht ist die weltweit erste Jacht ganz aus Edelstahl. Ihr kantiges Design und ihre markante Legierungsoberfläche sorgten auf der 60. jährlichen Fort Lauderdale International Boat Show für großes Aufsehen. Mit einer Länge von 25,6 m und einer Breite von 12,2 m bietet das Basismodell mit 840 m2 Platz für bis zu 149 Personen. Die Jacht kann auf vier hydraulischen, 5,5 m langen Beinen mit einer Hubleistung von jeweils 500.000 kg im Wasser stehen, wodurch es den Eindruck eines futuristischen Überwasserbungalows vermittelt. 72 Solarzellen ermöglichen eine umweltfreundliche Energieversorgung. Der Vorteil von Edelstahl? „Die Wartungskosten belaufen sich auf ein Viertel der eines Glasfaserbootes“, so Bruno Edwards von Mansion Yachts.

ICHIRO TAKEUCHI, UNIVERSITY OF MARYLAND

Elastokalorisches Kältemedium WasserstoffBrennstoff zum Schutz der Umwelt

In einer in Nature Communications veröffentlichten Studie wiesen Wissenschaftler in Australien nach, dass es möglich ist, nur aus Wasser, Eisen und Nickel Wasserstoff-Brennstoff herzustellen. Das ist kostengünstiger und umweltfreundlicher als herkömmliche Wasserspaltungsverfahren. Das Team von der Swinburne University of Technology (UNSW) und der Griffith University war in der Lage, Wasserstoff in Wasser vom Sauerstoff abzuspalten und die chemische Reaktion unter einem geringeren Energieaufwand zu beschleunigen. Dazu Professor Chuan Zha von der UNSW School of Chemistry: „Wir beschichten die Elektroden mit unserem Katalysator, um den Energieverbrauch zu reduzieren. Dieser Katalysator umfasst eine Schnittstelle im Nanobereich, an der sich Eisen und Nickel auf Atomebene berühren. Dies wird zur aktiven Stelle für die Wasserabspaltung. Hier wird der Wasserstoff vom Sauerstoff getrennt und als Brennstoff gewonnen. Der Sauerstoff kann als umweltfreundliches Abgasprodukt freigesetzt werden.“

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ENTWICKLUNG UND AKTUALISIERUNG VON DESIGNSTANDARDS FÜR BAUEDELSTAHL

Anhand von Designstandards können Ingenieure die Angemessenheit eines Gebäudes bestätigen, noch bevor es überhaupt gebaut wird. Dadurch können sie auch die Einhaltung der im jeweiligen Land geltenden Bauvorschriften nachweisen. Mit dem zunehmenden Interesse an Edelstahl als Baumaterial nimmt auch der Bedarf an umfassenden und ökonomischen Baudesignregeln zu, und in diesem Jahr wurden mehr internationale Designstandards entwickelt als je zuvor.

Edelstahl-Designstandards sind genau auf die bereits geltenden KohlenstoffstahlDesignstandards abgestimmt, deren zugrundeliegende Philosophie, Designmodelle, Organisation und Präsentation weltweit variieren.

In Europa müssen alle Bauvorhaben den STANTON WILLIAMS C SEELE

Designvorschriften in den Eurocodes entsprechen. Die zweite Generation des Edelstahl-Eurocodes ist derzeit in Bearbeitung und wird eine Reihe signifikanter Entwicklungen berücksichtigen, darunter Regeln, die sich die Vorteile der Belastungshärtung und der Einführung von zwei Festigkeitsklassen zur Vereinfachung der Gütenauswahl zunutze machen. Darüber hinaus wurden die Designregeln zu Edelstahl für den Brandfall umfassend überarbeitet.

Derzeit werden neu überarbeitete Designstandards entwickelt, mit denen Ingenieure bedenkenlos die Vorteile von Bauedelstahl nutzen können.

Das Nickel Institute spielt schon lange eine wichtige Rolle bei der Unterstützung der Normenentwicklungsarbeit für Edelstahl in den USA. Das American Institute of Steel Construction (AISC) kam zu dem Schluss, dass das Interesse an Bauedelstahl in den USA die Erstellung eines vollständigen, eigenständigen Designstandards rechtfertige, weshalb die Arbeit an AISC 370, Specification for Structural Stainless Steel Buildings, aufgenommen wurde. Diese Norm soll schon 2021 veröffentlicht werden. Das

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britische Steel Construction Institute ist für die Erstellung eigener Entwürfe verantwortlich, die auf den Beiträgen von Forschern und Praktikern aus Europa, China und den USA basieren.

Gleichzeitig wird auch die Spezifikation ASCE 8-02: Design of Cold-Formed Stainless Steel Structural Members der American Society of Civil Engineers einer umfassenden Überarbeitung unterzogen.

Der Umfang wurde ausgeweitet, sodass die Spezifikation jetzt auch DuplexEdelstähle berücksichtigt, und die Designregeln werden derzeit aktualisiert.

Es wird von einer Veröffentlichung der neuen Version im Jahr 2021 ausgegangen.

Auch in China laufen Aktivitäten zur Erstellung von Standards. 2015 wurde unter der Bezeichnung CECS 410 der erste chinesische Designstandard für Bauedelstahl veröffentlicht. Derzeit findet eine Überarbeitung statt, deren Hauptaugenmerk der Entwicklung umfassenderer Designregeln für Schweißund Schraubverbindungen sowie seismischer Designregeln gilt.

JACK HOBHOUSE

STANTON WILLIAMS C SEELE

Höhere Standards in der Londoner U-Bahn JACK HOBHOUSE

Die beiden kristallähnlichen Eingänge zur umgestalteten U-Bahn-Station Tottenham Court Road sowie zur neuen Station Crossrail sind eindrucksvolle Beispiele für neue Konstruktionen aus

Edelstahllegierung standen Struktur-

Edelstahl.

festigkeitsanforderungen, die Schweiß-

Der größere Südeingang ist 15 m hoch

barkeit und die Möglichkeit, Kanten mit

und wurde 2015 abgeschlossen. Der 9,5 m

minimalen Radii zu erzeugen, im Vorder-

hohe Nordeingang wurde zwei Jahre

grund. Für die Träger im höheren Eingang

später eröffnet. Das Statikunternehmen

wurde aufgrund der hervorragenden

Expedition arbeitete bei der Entwicklung

Festigkeit, die doppelt so hoch wie die von

der Entwürfe mit Primärrahmen aus

Typ 316L (S31603) ist, Duplex-Edelstahl

Glas- und Edelstahl-Kompositbalken und

des Typs 2205 (UNS S32205) verwendet.

-säulen eng mit dem Spezialglas-

Im Nordeingang kam Typ 316L zum

Auftragnehmer Seele zusammen. Die

Einsatz, weil dessen Festigkeit für die zu

Bauten umfassen 1.100 m2 laminiertes

tragenden Lasten ausreicht und dieser

Sicherheitsglas, das von 650 m langen,

Typ einfacher hergestellt werden kann.

tragenden Edelstahlkomponenten

Die Abdeckbleche beider Eingänge

abgestützt wird. Bei der Auswahl der

bestehen aus Typ 316L.

Die vom Architekturbüro Stanton Williams entworfenen Glasbauten bringen Tageslicht in die darunter liegende U-Bahnstation. Nachts sind sie beleuchtet, was eine dramatische Wirkung entfacht und die allgemeine Sicherheit erhöht. Die beiden Eingangsbauten sind durch einen diagonalen Glasurstreifen im Asphalt getrennt, durch den ebenfalls Tageslicht in die Fahrkartenhalle darunter fällt.

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TRANSFORMATION VON GEBÄUDEFASSADEN MIT EDELSTAHL Unter den für Gebäudefassaden oft verwendeten Materialien ist Edelstahl ein relativer Neuling. Nickelhaltige Edelstähle wurden schon in den ersten Wolkenkratzern eingesetzt – man denke nur an das Chrysler Building in New York (1930), bei dem Typ 302 (UNS S30200) verwendet wurde. Ihre Leistung seitdem ist ebenso überragend wie unbestritten.

Im One Canada Square wurde hinsichtlich des Einsatzes von geprägten Oberflächen an einer Wolkenkratzerfassade echte Pionierarbeit geleistet.

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Das in diesem Bereich führende Architekturbüro Pelli Clarke Pelli Architects, Inc. (PCPA) integriert seit 30 Jahren Edelstahl in Gebäudefassaden. „Gebäudefassaden aus Edelstahl haben eine hohe visuelle Wirkung und einen einmaligen Glanz – und sehen auch nach Jahrzehnten wie neu aus“, erläutert die Architektin Jie Zhang, die der PCPA-Niederlassung in Shanghai vorsteht. „Für die erfolgreiche Anwendung von Edelstahl in Gebäudefassaden sind aber ein angemessenes Budget, eine strenge Detail- und Spezifikationsauswahl sowie eine hohe Fertigungs- und Bauqualität erforderlich.“ Im Folgenden präsentieren wir eine Palette von PCPA-Projekten, bei denen verschiedene Edelstahlanwendungen für Gebäudefassaden eingesetzt wurden und welche die unterschiedlichen Möglichkeiten, aber auch Herausforderungen der Arbeit mit Edelstahl verdeutlichen.

One Canada Square, Londons erster Wolkenkratzer mit einer Höhe von 235 m und das Kernstück des Canary Wharf-Gebäudekomplexes, ist ein einfaches quadratisches Prisma, das zu einer Pyramidenspitze ausläuft. Dieses Hochhaus wurde 1992 fertiggestellt. Der Turm mit seiner klaren, wuchtigen Form ist das eigentliche Wahrzeichen des damals neuen Stadtbereichs, aus dem dann Londons neues Finanzzentrum

wurde. Das Designteam entschied sich für Edelstahl des Typs 316L (S31603) mit einer Oberfläche, die an geprägtes Leinen erinnert und später unter dem Namen „Cambric“ (Batist) bekannt wurde. Im One Canada Square wurde hinsichtlich des Einsatzes von geprägten Oberflächen auf einem Wolkenkratzer echte Pionierarbeit geleistet.Cambric garantiert die stabile Planheit, den Glanz und die gerichtete Reflexion der einzelnen Paneele, wodurch das architektonische Design verstärkt wird. Außer bei den Vorhangfassaden wurde Edelstahl auch in der Lobby, in den Vordächern, Auskragungen und anderen öffentlichen Bereichen des Gebäudes verbaut. Nach fast 30 Jahren ist der Turm heute eines der bekanntesten Wahrzeichen Londons.

Die Petronas Towers in Kuala Lumpur entstanden im selben Zeitraum und waren einst die höchsten Zwillingstürme der Welt. Dieses Gebäude ist das charakteristische Element des Stadtzentrums. Das Team wollte ein unverkennbares malaysisches Design umsetzen und ließ sich von der islamischen Kultur, vom Klima Kuala Lumpurs und von traditioneller malaysischer Kunst inspirieren. Der Grundriss der Zwillingstürme basiert auf zwei überlappenden Quadraten, die einen achtstrahligen Stern bilden. Dieses Muster ist in der islamischen Handwerkskunst häufig zu finden. Mit zunehmender Höhe

Das Design der Petronas Towers in Kuala Lumpur zollt dem traditionellen malaysischen Architekturstil Tribut.

verjüngen sich die Türme stufenförmig sechs Mal. Nach jeder Abstufung sind die Wände leicht nach außen gewölbt. Dieses komplexe Verfahren zollt einem traditionellen malaysischen Architekturstil Tribut. Das Fassadendesign musste sowohl Modernität als auch dauerhaften Charme ausstrahlen. Die Zwillingstürme sind von Glasvorhangfassaden verhüllt, wobei Edelstahlpaneele und Träger des Typs 316 (S31600) verwendet wurden, der das Sonnenlicht sanft reflektiert. Edelstahl in den Sonnenschattenelementen des Gebäudes steht im Zeichen der Nachhaltigkeit des Designs und dient zur Minderung der starken Sonneneinstrahlung

in der Region. Außerdem wurde Edelstahl in der Brüstungsplatte und als Tragesäulenverkleidungen an der Turmspitze eingesetzt, wodurch das Gebäude Glanz und Vitalität ausstrahlt.

Das 1999 fertiggestellte Cheung Kong Center ist das Ergebnis eines produktiven Zusammenspiels zwischen Architekturmasse (Form, Ausprägung und Größe) und Detailgestaltung. Das Gebäude hebt sich mit seiner einfachen Form – im Kern ist es ein hohes, wohlproportioniertes, quadratisches Prisma – auffällig von seinen Nachbarn ab. Die Vorhangfassade aus Spiegelglas wird durch ein das Gebäude umhüllendes Edelstahlgitter moduliert. Durch ein dichtes Muster integrierter

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© 2020 PELLI CLARKE PELLI ARCHITECTS

Beleuchtungselemente in der Fassade verbreitet das Edelstahlgitter nachts einen sanften Glanz. Bei festlichen Anlässen können Farbe und Design der Beleuchtung geändert werden. Es kamen drei verschiedene Oberflächenausführungen von Edelstahl des Typs 316L zum Einsatz: Cambric (Bastik), ein feiner Edelstahl Nr. 4 und glaskugelgestrahlter Edelstahl.

Von links nach rechts: Das Cheung Kong Centre – Die Vorhangfassade aus Spiegelglas wird durch ein das Gebäude umhüllendes Edelstahlgitter moduliert.

Der neue Hauptsitz der Baowu Steel Group – verkleidet mit Paneelen des Typs 316L sowie Hochleistungsglas und Sonnenschutzelementen.

Der Baodi Plaza Tower – An den Fassaden wurde viel polierter, geprägter Edelstahl verbaut, der sowohl Glanz ausstrahlt als auch über eine hohe Widerstandsfähigkeit verfügt.

Der neue Hauptsitz der Baowu Steel Group auf dem Gelände der Expo 2010 in Shanghai ist eines der höchsten Gebäude in diesem Teil der Stadt. Es spielte eine Schlüsselrolle bei der Neugestaltung dieses Viertels und sollte den unternehmerischen Geist der Baowu Steel Group verkörpern. Jedes Gebäude ist mit zwei Arten von Vorhangfassaden verkleidet. Die zur Straße zeigenden Kanten aller Gebäude sind mit Leinen„Hartschalen“-Paneelen aus Edelstahl des Typs 316L sowie Hochleistungsglas und Sonnenschutzschirmen verkleidet. Die Besonderheiten, die Ausstattung und die abgerundeten Ecken der Gebäude sind mit einer offeneren „Weichschale“ aus Hochleistungsglas versehen. Das Edelstahl-Rohmaterial für die Paneele wurde von Baosteel in China produziert.

Für Baosteel war dies die erste architektonische Anwendung dieses Produkts überhaupt.

Der Baodi Plaza-Turm, der Hauptsitz von Baosteel in Guangzhou, unterstreicht Einfachheit und Eleganz. Wie beim Hauptsitz in Shanghai wurden auch bei diesem Projekt Edelstahlfassaden des Typs 316L angebracht, welche die Rolle von Baosteel als eines der weltweit größten Stahlproduzenten zum Ausdruck bringen. Die verschiedenen

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Fassadendesigns erzeugen eine besondere Ausdrucksvielfalt. An den Fassaden wurde viel polierter, geprägter Edelstahl verbaut, der sowohl Glanz ausstrahlt als auch über eine hohe Widerstandsfähigkeit verfügt. Das vertikale und horizontale Gitter, zwei Detailbehandlungsmethoden und die flachen und prägnanten Fassaden stellten bei der Paneelherstellung und beim Bau beträchtliche Herausforderungen dar.

Das Designteam entwickelte in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden, den Lieferanten und dem Auftragnehmer Lösungen für anspruchsvolle Details, z. B. für die nuancierte Körnungsrichtung, den extremen Kannelürenradius an den Falzlinien und die auf Rücktraversen basierenden Befestigungsmethoden.

Laut PCPA sollten hervorragende Designresultate nicht durch einen charakteristischen Stil eingeschränkt werden, sondern aus der engen Zusammenarbeit mit dem Kunden und einer eingehenden Berücksichtigung der ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Aspekte eines Projekts hervorgehen. Dazu Jie Zhang: „Bei der praktischen Anwendung von Edelstahl in der Konzeption von Gebäudefassaden ergänzen sich alle Schritte gegenseitig, vom Konzeptentwurf bis zur Materialimplementierung, um den Erfolg des Projekts sicherzustellen.

Zeitlose Architektur entsteht aus einem tiefen Verständnis der Vergangenheit in Verbindung mit ambitionierten Zielen für die Zukunft.“ Und nickelhaltige Edelstähle gewährleisten die lange Lebensdauer des Gebäudes.

WIND TREE WIEDERGEBURT EINER SKULPTUR

2014 wurden bei einer Inspektion an mehreren der Stahlträgerschweißverbindungen des Typs 316 (S31600) korrosionsbedingte Risse festgestellt.

Bei einer weiteren Untersuchung der korrodierten Bruchstellen wurden Ermüdungsrillen, Korrosionsschäden und Schweißrückstand-Anlauffarben entdeckt, alles Faktoren, die mit einer durch Korrosion verursachten Ermüdung in Verbindung stehen. Der Standort der Wind-Tree-Skulptur direkt am Meer gilt als eine stark maritime Umgebung. Hier konnten korrosive Chloridionen besonders stark wirken und die durch Korrosion begünstigte Materialermüdung noch verstärken.

Die Schweißstellenrissbildung und -korrosion waren schwerwiegend. An mehreren der Trägerverbindungen wurden temporäre Schweißreparaturen durchgeführt. Der Stadtrat von Auckland fasste den Beschluss, Wind Tree komplett zu restaurieren, um die öffentliche Sicherheit zu gewährleisten.

Es wurden verschiedene Verbindungsdesigns geprüft. Der schließlich gewählte Entwurf wurde vom Bildhauer Ihara geprüft, um sicherzustellen, dass die künstlerischen Merkmale der Skulptur unverändert blieben. Die WolframInertgas-Schweißverbindungen des neuen Designs wurden gemäß Schweißkategorie FA in AS/NZS 1554:6:2012 hergestellt. Die Schweißstellen wurden chemisch gereinigt, um Anlauffarben zu entfernen, und dann mechanisch mit Korngröße 600 auf die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit poliert.

Der am stärksten beschädigte Träger wurde 2018 mit der neuen Konstruktion aus Typ 316L (S31603) ersetzt. Nach sechs Monaten wurde der ersetzte Träger untersucht und es wurden keine Anzeichen von Rissbildung oder Korrosion festgestellt. Die anderen 39 Träger wurden 2019 ersetzt. Ihara hat die Reparaturen als „Wiedergeburt der Skulptur“ bezeichnet.

PATRICK REYNOLDS

Die Skulptur Wind Tree von Michio Ihara wurde 1977 im neuseeländischen Auckland installiert und 2011 vom Hafen Auckland an einen neuen Standort im Wynyard Quarter verlegt. Seine Träger schwangen wieder sanft mit dem Wind, während das Wasserbecken darunter das durch die Skulptur einfallende Licht reflektierte.

1977 war es nicht üblich, Edelstahl des Typs 316L mit seinem geringen Kohlenstoffgehalt zu verbauen.

Aufgrund von Fortschritten bei der Stahlherstellung ist Edelstahl der Güte L jetzt viel besser verfügbar.

Typ 316L wird eine korrosionsfreie und stabile Zukunft des Kunstwerks gewährleisten.

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NI-RESIST HERVORRAGENDE KORROSIONSBESTÄNDIGKEIT FÜR SPEZIALANWENDUNGEN

Nur 9 % der Nickelproduktion werden für Legierungsstähle und Gussanwendungen eingesetzt. Diese Materialien sind jedoch von großer Bedeutung, weil sie Spezialund oft kritischen Anwendungen spezifische Eigenschaften bieten.

Ein solcher Werkstoff ist Ni-Resist-Gusseisen

austenitischen Mikrostruktur wie der von

Die austenitische Struktur bietet bessere Hitze- und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften als unlegierte und niedriglegierte Grau- und duktile Gusseisen. Die Vergießbarkeit von Ni-Resists ist mit der von Grau- und duktilen Gusseisen vergleichbar. Sie können auch problemlos maschinell bearbeitet und geschweißt werden. Diese Vorteile sind in Tabelle 1 ausführlicher beschrieben. Die Werkstofffamilie ist in Lamellengraphit- und duktile Kugelgraphit-Legierungen unterteilt.

Beide Arten sind hinsichtlich ihrer

austenitischem Edelstahl verantwortlich.

Zusammensetzung ähnlich, außer dass

mit einem Nickelanteil von bis zu 36 %. Ihre überlegenen Korrosionsbeständigkeitsund Widerstandsfähigkeitsmerkmale im Vergleich zum Grauguss machen diese Gusseisen zu wichtigen Materialien für verschiedene Arten von Pumpen, und dank ihrer hohen Oxidationsbeständigkeit und Temperaturfestigkeit sind sie ein ideales Material für Kolbenringeinsätze.

Nickel ist für die Erzeugung einer stabilen

Tabelle 1: Vorteilhafte Eigenschaften von Ni-Resist-Legierungen

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Korrosionsbeständigkeit

In Salzlösungen, Meerwasser, milden Säuren, Basen und Ölfeldflüssigkeiten (ob süß oder sauer) bieten Ni-Resist-Legierungen eine Korrosionsbeständigkeit, die normalen und niedriglegierten Güssen überlegen ist.

Verschleißfestigkeit

Zylinderbuchsen, Kolben, Schleißringe und -hülsen, Lager, Stopfbuchsen und andere Teile, bei denen Metall gegen Metall reibt, werden in Ni-Resist-Legierungen gegossen. Sie weisen eine hervorragende Abriebfestigkeit auf.

Erosionswiderstand

Flüssigkeiten mit mitgeführten Feststoffen wie Schlämme wirken auf die meisten Metalle stark erodierend. Ni-Resist-Legierungen bieten eine Kombination von Korrosions- und Erosionsbeständigkeit, die Graugüssen, duktilen Eisengüssen und Stahl überlegen ist.

Widerstandsfähigkeit

Ni-Resist-Legierungen sind Graugüssen bei Weitem überlegen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.

Hitzebeständigkeit

Kugelgraphit-Legierungen werden aufgrund ihrer Lamellengraphit-Legierungen überlegenen Eigenschaften auch bei erhöhten Temperaturen bis zu 1050 °C eingesetzt. Lamellengraphit-Legierungen werden selten bei Temperaturen über 315 °C verwendet. Alle Ni-Resist-Legierungen weisen relativ niedrige Oxidationsraten in der Luft auf. Die resultierenden Oxide haften stark, was die Oxidation im Zeitverlauf weiter reduziert.

Tabelle 2: Sollzusammensetzung einiger wichtiger Ni-Resist-Legierungen Typ

UNS

Ni

Cr

Si

Cu

Zugfestig- DruckfestigC keit keit DehnbarMn max. MPa (ksi) MPa (ksi) keit %

Lamellengraphit-Ni-Resist-Legierungen (ASTM A436) 1

F41000 15,5

2

2

6,5

1

3,0

170-210 (24-30)

700-840 (100-120)

2

2

F41002

20

2

2

0,5 max.

1

3,0

170-210 (24-30)

700-840 (100-120)

2

5

F41006

35

0,1 max. 2

0,5 max.

1

3,0

120-180 (17-26)

560-700 (80-100)

2

Biegefestigkeit MPa (ksi)

Dehnbarkeit %

Typ

UNS

Ni

Cr

ZugfestigCu C keit Si max. Mn max. MPa (ksi)

Kugelgraphit-Ni-Resist-Legierungen (ASTM A439) D-2B

F43001

20

3

2

0,5

1

3,0

370-480 (53-69)

210-250 (30-36)

7-20

D-2M

-

21

0,1

2

0,5

4

2,6

440-480 (63-69)

210-240 (30-34)

13-18

D-5S

-

36

2

5,2

0,5

1,0 max.

3,0

370-500 (53-71)

200-290 (29-41)

10-20

Mikrostrukturen sind den Abbildungen 1 und 2 zu entnehmen.

Die Zusammensetzung einiger der wichtigsten Güten ist in Tabelle 2 aufgeführt, die spezifischen vorteilhaften Eigenschaften sind in Tabelle 3 angegeben.

Abbildung 1 Typische Mikrostruktur von Lamellengraphit-Ni-Resist-Legierungen

Wie der Name schon sagt, bieten Ni-Resist-Legierungen auch bei den anspruchsvollsten Anwendungen eine hervorragende Leistung.

Tabelle 3: Wichtige Ni-Resist-Legierungen Ni-Resist 1

Gute Korrosionsbeständigkeit bei guter Beständigkeit bei gemäßigten Temperaturen sowie gute Verschleißfestigkeit. Wird häufig in Pumpen, Ventilen und vor allem Kolbenringeinsätzen und anderen Produkten verwendet, bei denen die Verschleißfestigkeit wichtig ist.

Ni-Resist 2

Durch den höheren Nickelgehalt ist diese Legierung in alkalischen Umgebungen korrosionsbeständiger. Für den Umgang mit Seife, Kunstseide und Kunststoffen.

Ni-Resist 5

Niedrigster Wärmedehnungskoeffizient unter den Ni-Resist-Legierungen. Bietet Formstabilität für Maschinenwerkzeugteile, Gussformen, Instrumente und Dehnungsfugen.

D-2B

Gute Korrosions- sowie Korrosions-Erosions-Beständigkeit und Reibungsverschleißfestigkeit; Verwendung bei Temperaturen bis 760 °C. Anwendungsbeispiele: Pumpen, Kompressoren, Turboladergehäuse und Abgassammelrohre.

D-2M

Behält die mechanischen Eigenschaften bei niedrigen Umgebungstemperaturen bis zu -170 °C bei, weil Mangan hinzugefügt wird. Hauptanwendungen: Kühl- und Tieftemperaturausrüstungen.

D-5S

Niedriger Wärmedehnungskoeffizient bei guter Temperaturwechselbeständigkeit sowie hervorragende Beständigkeit gegenüber Wachstum und Oxidationsfestigkeit bis zu 1050 °C. In Gasturbinen, Turboladergehäusen und Abgassammelrohren eingesetzt.

Abbildung 2 Typische Mikrostruktur von Kugelgraphit-Ni-Resist-Legierungen

Auslass-Ellenbogenstück für dreistufige Eindämpfer für die Kali-Industrie aus ASTM A436, Güte 2b (2900 kg)

HIGHLAND FOUNDRY LTD.

bei Kugelgraphit-Legierungen etwas Magnesium hinzugefügt wird, das den Graphit in die Kugelform umwandelt und eine höhere Festigkeit, Leitfähigkeit und verbesserte Temperatureigenschaften bietet. Lamellengüten werden aber aufgrund ihrer niedrigeren Kosten, weniger ausgeprägten Gießereiprobleme und besseren maschinellen Bearbeitung weiterhin angewendet. Die typischen

NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020 | 13

FRAGEN AN EXPERTEN FAQ VON DER TECHNISCHEN BERATUNGSLEITUNG DES NICKEL INSTITUTE

F A

F: Wird durch den niedrigen Kohlenstoffgehalt in austenitischen Edelstählen der d er Güte „L“, z. B. 304L oder 316L, die Schweißbarkeit verbessert?

Schweißen führt zu der Annahme, dass

in Stählen der Güte „L“ (<0,03 %) dient

sich die Güte „L“ mit ihrem niedrigen

dazu, die Bildung von schädlichen

Kohlenstoffgehalt auch auf die

Chromcarbiden beim Schweißen zu

Schweißbarkeit von nickelhaltigem

verhindern. Diese Carbide können

austenitischem Edelstahl auswirkt. Der

beträchtliche Mengen an Chrom

Nickel in austenitischen Edelstählen

binden und dadurch Chrom an den

stabilisiert die Mikrostruktur aber bei

Kornrändern entfernen, wodurch die

allen Temperaturen, weshalb sich die

Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt

Mikrostruktur im Schweißbereich beim

werden kann, was wiederum zu

Schweißen nicht verändert.

interkristalliner Korrosion führen kann (siehe Abbildung 1). Ein niedriger Kohlenstoffgehalt ist für alle Edelstähle, die wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit gewählt werden, typisch. Daher kommt es beim Schweißen nur selten zu interkristalliner Korrosion. Ob der Kohlenstoffgehalt über oder unter 0,03 % liegt, hat keine Auswirkungen auf die Schweißbarkeit.

(AVESTA SHEFFIELD CORROSION HANDBOOK, 8. AUFLAGE)

Die Schweißbarkeit von Kohlenstoffstahl wird hingegen vom Kohlenstoffgehalt beeinflusst. Kohlenstoffstahl verändert

Temperatur °C

bei hohen Temperaturen seine Mikro-

C = 0.08

900

struktur. Bei Temperaturen über ca. 727 °C ist die Gleichgewichts-Mikrostruktur

C = 0.06

800

C = 0.05

C = 0.02

600 0.2

0.5 1.0

5

10

1 h

10 h

50 100

500 10000

Zeit, Minuten

Abbildung 1: Bei „L“-Güten, die 0,03 % Kohlenstoff enthalten, vergeht bis zur Bildung von schädlichen Mengen von Chromcarbiden deutlich mehr Zeit.

14 | NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020

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abgekühlt, entsteht eine weniger duktile Mikrostruktur, der sog. Martensit. Ein

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Kohlenstoffgehalt >0,30 % in Kohlenstoff-

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sie ferritisch. Wird Austenit aber schnell

700

NICKEL

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austenitisch, unter dieser Temperatur ist

C = 0.03

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O N L I N E

Geir Moe, P. Eng., ist Technical Inquiry Service Coordinator am Nickel Institute. Zusammen mit anderen Werkstoffexperten in aller Welt unterstützt er Endanwender und Spezifikateure nickelhaltiger Materialien, die um technischen Support ersuchen. Das Team ist jederzeit bereit, Fragesteller zu einer breiten Palette von technischen Anwendungen – etwa zu Edelstahl, Nickellegierungen und Nickelplattierungen – kostenlos zu beraten, damit sie Nickel bedenkenlos und zuversichtlich einsetzen können.

Nein.

N ein. Der niedrige Kohlenstoffgehalt

stählen ist besonders problematisch, weil eine Vorerwärmung erforderlich ist, um die Abkühlrate zu senken und die Martensitbildung abzumindern. Dieses Problem beim Kohlenstoffstahl-

SCHAUEN Sie sich Videos zum Thema „Nickel“ auf dem YouTube-Kanal des Nickel Institute an. www.youtube.com/user/NickelInstitute

NEUE PUBLIKATIONEN Alloy selection for service in nitric

Anwendungen besprochen. Ca. 75 % der

acid (10075) (Legierungsauswahl für die

hergestellten Salpetersäure werden zur

Verwendung in Salpetersäure) behandelt

Produktion von Nitratdünger verwendet.

die korrosive Wirkung von Salpetersäure in allen Konzentrationen. Darin werden der am häufigsten verwendete Prozess zur Herstellung von Salpetersäure, die Korrosionsbeständigkeit verschiedener

Diese vollständig überarbeitete Veröffentlichung des Nickel Institute bietet praktische Anleitungen für Materialtechniker.

nickelhaltiger und anderer Metalle in

Zum kostenlosen Download unter

Salpetersäure sowie andere industrielle

www.nickelinstitute.org verfügbar

AKTUALISIERTE PUBLIKATIONEN Aktualisierte technische Publikationen Das Nickel Institute hat 30 wichtige historische technische Publikationen aktualisiert, die ursprünglich von INCO und dem American Iron and Steel Institute (AISI) erstellt wurden. Populäre Titel wie The Corrosion Resistance of Nickel-Containing Alloys in Sulphuric Acid and Related Compounds (Die Korrosionsbeständigkeit nickelhaltiger Legierungen in Schwefelsäure und verwandten Verbindungen) von INCO und

DESIGN GUIDELINES FOR THE SELECTION AND USE OF STAINLESS STEEL STAINLESS STEEL STAINLESS STEELS MEMBRANE MEMBRANEROOF ROOF

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Design Guidelines for the Selection and

CORROSION CORROSION RESISTANCE OF RESISTANCE OF NICKEL RESISTANCE AND NICKEL-OF NICKEL NICKELNICKELAND AND NICKELCONTAINING ALLOYS CONTAINING ALLOYS CONTAINING ALLOYS IN HYDROCHLORIC IN INHYDROCHLORIC HYDROCHLORIC ACID, HYDROGEN ACID, HYDROGEN ACID, HYDROGEN CHLORIDE AND CHLORIDE AND CHLORIDE AND CHLORINE (CEB-3) CHLORINE CHLORINE(CEB-3) (CEB-3)

Use of Stainless Steels (Designrichtlinien für die Auswahl und Verwendung von Edelstählen) vom AISI enthalten viele für Ingenieure und Endanwender relevante

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www.nickelinstitute.org verfügbar

UNS DETAILS

Chemische Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) der Legierungen und Edelstahltypen in dieser Ausgabe von Nickel Magazine.

UNS

C

Cr

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

S30100 S. 4

0,15 max.

16,018,0

Rest

2,00 max.

-

0,10 max.

6,08,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30200 S. 8

0,15 max.

17,019,0

Rest

2,00 max.

-

0,10 max.

8,010,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30403 S. 14

0,03 max.

18,020,0

Rest

2,00 max.

-

-

8,012,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31600 S. 9, 11

0,08 max.

16,018,0

Rest

2,00 max.

2,003,00

-

10,014,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31603 S. 2, 7, 8, 10, 11, 14, 16

0,03 max.

16,018,0

Rest

2,00 max.

2,003,00

-

10,014,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S32205 S. 7, 16

0,030 max.

22,023,0

Rest

2,00 max.

3,003,50

0,140,20

4,506,50

0,030 max.

0,020 max.

1,00 max.

NICKEL, JHRG. 35, NR. 1, 2020 | 15

FOTO VON MICHAEL MORAN FÜR RELATED COMPANIES.

THE VESSEL IN HUDSON YARDS Hudson Yards in New York City ist das flächenmäßig größte Immobilienentwicklungsprojekt in den USA. Die erste Phase begann 2019 mit einer spektakulären interaktiven Skulptur, The Vessel, als Fokuspunkt. Diese außergewöhnliche, 46 m hohe, neue Sehenswürdigkeit wurde von Thomas Heatherwick und Heatherwick Studio entworfen. Im Inneren kann man nach oben steigen, um einen faszinierenden Blick auf die Stadt zu genießen. Der äußere rote Bronze-Effekt ist auf eine hochspezialisierte PVD-Beschichtung von mehr als 45 Tonnen spiegelpoliertem, nickelhaltigem Edelstahl des Typs 316L (S31603) zurückzuführen.

The Vessel minimiert die Aufstellungsfläche, weil die Skulptur am unteren Ende enger zuläuft. Mit zunehmender Höhe nimmt auch die Breite zu.

16 NICKEL, | NICKEL,JHRG. JHRG.35,35,NR. NR.1,1,2020 2020

Während das Innere der Skulptur wie eine endlose, aus den Bildern von M.C. Escher bekannte Treppe wirkt, bieten die 154 komplex verbundenen Treppenläufe mit 80 Podesten Besuchern die Möglichkeit, in der Skulptur ganz nach oben zu steigen.

Die Treppe sollte ihre Schönheit über die Jahre hinweg bewahren und unter Erfüllung aller statischen

Anforderungen möglichst leicht wirken. Die hohlen Geländersäulen erlauben den diskreten Einfall von Abendlicht und bestehen aus ca.

80 Tonnen nickelhaltigen Edelstahls des Typs 2205 (S32205) mit gestrahlter Oberfläche. Behinderte gelangen über einen kurvenförmigen Aufzug aus Edelstahl und Glas ganz nach oben.