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NICKEL

DIE FACHZEITSCHRIF T FÜR NICKEL UND SEINE ANWENDUNGEN NICKEL, JHRG. 37, Nr. 1, 2022

Wenn es auf Festigkeit ankommt Bauvorschriften – sichere Gebäude und Bauwerke

Edelstahlkabel für widrige Umgebungen

Neue San-Giorgio-Brücke – robuster und sicherer

MANHATTAN BOILER & TANK COMPANY

FALLSTUDIE 24 U-BAHN IN WASHINGTON Die Washington Metropolitan Area Transit Authority (WMATA) Metrorail mit 91 Stationen in Virginia, Maryland und dem District of Columbia wird täglich von mehr als 600.000 Kunden genutzt und steht damit unter den städtischen U-Bahn-Systemen in den USA an zweiter Stelle. Im Rahmen eines Instandsetzungsprogramms, das den Die lasttragenden Elemente des Vordachs sind rechteckig und hohl und bestehen aus austenitischem Edelstahl des Typs 316L, der 10 % Nickel enthält.

NICKEL, JHRG. JHRG. 37, 37, Nr. Nr. 1, 1, 2022 2022 22 || NICKEL,

Ersatz vorhandener Rolltreppen im gesamten U-Bahn-Netz vorsieht, werden Aufsehen erregende Edelstahl-Vordächer über zuvor nicht überdachten U-Bahn-Eingängen installiert, um Rolltreppen im Freien vor Regen, Schnee und Streusalz zu schützen, ihre Zuverlässigkeit zu steigern und sie für Passagiere bequemer und praktischer zu machen. Dank der optisch überaus ansprechen-

gebaut werden, wird auf der Straße an

den Vordächer sind die Eingänge zum

den Standort transportiert und dann im

U-Bahn-System sofort als solche zu

Schnellverfahren nachts (wenn der

erkennen. Edelstahl und Glas sind in ein

Verkehr ruht) verschraubt, um den

Design integriert, das den ikonischen

U-Bahn-Betrieb nur minimal zu beein-

Gewölbe- und Kassettendecken der

trächtigen. Das Design wird speziell an

U-Bahn-Stationen ähnelt. Jedes Vordach

die Besonderheiten der einzelnen Stand-

umfasst ein Verglasungssystem, das auf

orte angepasst.

einem torus-förmigen Edelstahlrahmen

Typ 316L (UNS S31603) ist wegen seiner

ruht; die Hauptträger befinden sich

hervorragenden Korrosionsbeständig-

direkt über den Brüstungswänden auf

keit, seines geringen Wartungsbedarfs

sich diagonal verjüngenden Streben.

und seiner attraktiven Oberflächenbear-

Das modulare Design, für das große

beitung ideal für Bauprojekte in Trans-

Dachabschnitte im Werk zusammen-

portzentren geeignet.

EDITORIAL: ZUR FESTIGKEIT VON NICKEL

Festigkeit ist von kritischer Bedeutung, und ein Mangel an Festigkeit kann schlimme Folgen haben. Sie ist eines der Kernattribute, um die Nickel die Materialien bereichert, in denen es verwendet wird.

„Unter Festigkeit eines Materials versteht man seine Fähigkeit, einer angewandten Last ohne Ausfall oder Verformung zu widerstehen.“

NICOLE KINSMAN

Nickel besticht durch eine besonders nützliche Kombination von Festigkeit, Duktilität und Härte. In stark belasteten Anwendungen wie Flugzeugfahrwerken, die wiederholt Stößen aushalten müssen, sind diese Eigenschaften unabdingbar. In diesem Beispiel spielt Nickel in Maraging-Stahl eine wichtige Rolle, um Materialermüdung und katastrophale Ausfälle zu verhindern. Nickel in Edelstahl erhöht die Korrosionsbeständigkeit und ermöglicht harte, duktile und feste Schweißverbindungen, die wiederum sicherstellen, dass Edelstahl in robusten und besonders widerstandsfähigen Bauwerken eingesetzt werden kann – Bauwerken wie der neuen San-Giorgio-Brücke in Italien. Durch eine Edelstahlbewehrung werden die mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit dieser von Renzo Piano entworfenen Brücke gewährleistet. Die Bewehrung ist von kritischer Bedeutung, um die Widerstandsfähigkeit der Brücke sicherzustellen, die nach dem Einsturz ihrer Vorgängerin gebaut wurde. Edelstahl wird seit mehr als 100 Jahren mit großem Erfolg in Gebäuden eingesetzt, die von vielen als Wahrzeichen erachtet werden. Spezifische Edelstahl-Konstruktionsvorschriften wurden aber erst jetzt veröffentlicht. Sie sind notwendig, weil sich die Eigenschaften von Edelstahl stark von denen von Kohlenstoffstahl unterscheiden. Der neue Designstandard des American Institute of Steel Construction bietet benutzerfreundliche und ökonomische Konstruktionsspezifikationen, mit denen Architekten und Bauingenieure Edelstahl einfacher und effektiver für Bauprojekte nutzen können, bei denen es in erster Linie auf Festigkeit und Robustheit ankommt.

Kabel und Stäbe des Typs 316 (UNS S31600) und Fittings und Stützarme des Typs 2205 (S32205) wurden in der Kabelnetz-Vorhangfassade des chinesischen Poly-Gebäudes eingesetzt.

Edelstahl steht natürlich auch für Festigkeit. Der spanische Bildhauer Jordi Dìez sagte, die Einzigartigkeit von Edelstahl verleihe seinen Werken Kraft und Ausdrucksstärke. Perfekt verkörpert werden diese Eigenschaften in seinem jüngsten Kunstwerk – einer Statue der Tennislegende Rafael Nadal, der seine Stärken, nämlich seine berühmte linke Vorhand, ausspielt. Clare Richardson Chefredakteurin, Nickel

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Fallstudie Nr. 24 U-Bahn in Washington Editorial Zur Festigkeit von Nickel Beachtenswertes zum Thema Nickel

NICKEL

Bauvorschriften Sichere Gebäude und Bauwerke San-Giorgio-Brücke Robuster und sicherer Nickelkabel Widerstehen auch widrigen Bedingungen Kritische Verbindungen Starke Befestigungselemente Maraging-Stahl Hohe Festigkeit und Härte Nickellegierungen Ferrium Technische Fragen und Antworten Baustahl-Legierungen

Superelastische Legierung verträgt extreme Hitze

Neue Publikationen Michael Orry Pearce 1934-2022 UNS-Details Rafael-Nadal-Statue Eine Verewigung menschlicher Stärke

CITY UNIVERSITY OF HONG KONG

N I C K E L

INHALT

Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Dr. Hudson Bates, Verbandspräsident Clare Richardson, Chefredakteurin communications@nickelinstitute.org Mitwirkende: Nancy Baddoo, Gary Coates, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Benoît Van Hecke, Odette Ziezold Design: 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 Titelseite: Shutterstock ©Harry Steele Bildnachweise: S. 3 iStock©Phantom1311 S. 9. iStock©Luca Reina Mafaraci, iStock©Mara Duchetti S. 10 iStock©BIHAIBO, iStock©trekandshoot S. 12 iStock©Babayev S. 13 iStock©Dmitrii Guldin

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Forscher an der City University of Hong Kong (City U) und andere haben zufällig eine neuartige superelastische Legierung entdeckt, die ihre Steifigkeit auch bei Temperaturen über 725 °C beibehält. Professor Yang Yong und sein Team fanden heraus, dass Co25Ni25(HfTiZr)50 bzw. „die hoch entrope Elvinar-Legierung“ ihr Elastizitätsmodul auch in einem sehr breiten Temperaturbereich beibehält. Das bedeutet, dass die Steifigkeit unabhängig von der Temperatur gleich bleibt. Diese Eigenschaft ist für Vorrichtungen und Geräte nützlich, die drastischen Temperaturänderungen ausgesetzt sind. „Wir wissen, dass die Temperaturen auf der Mondoberfläche zwischen +122 und -232 °C schwanken. Weil diese Legierung auch in extremen Umgebungen fest und intakt bleibt, könnte sie gut für zukünftige mechanische Chronometer geeignet sein, die bei Raumfahrtmissionen in einem breiten Temperaturbereich funktionieren müssen“, so Professor Yang. Die Arbeit des Forscherteams wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Magnetische Neuheit Zum ersten Mal überhaupt konnte die Denso Corporation ein Eisen-Nickel-Übergitter-Magnetpulver künstlich synthetisieren, das aufgrund der Anordnung der Eisen- und Nickelatome magnetische Eigenschaften aufweist. Der starke Magnetismus entspricht dem von Neodym-Magneten oder ist diesem sogar überlegen. Um

Nichttoxischer Detektor

die Wettbewerbsfähigkeit seiner Komponenten für Elektrofahrzeuge zu erhöhen, plant das Unternehmen, diesen kostengünstigeren Hochleistungsmagneten schon in fünf Jahren bei kleinen Motoren und in der ferneren Zukunft auch für Antriebsmotoren anzuwenden. Der globale Hersteller von AutomobilkomponenADAPTION VON NANO LETTERS 2021, DOI: 10.1021/ACS.NANOLETT.1C02336

ten hat mit der Massenproduktion begonnen, während Aisin, Teil der Toyota Group, bis 2025 ein globales Liefersystem für Elektroeinheiten und andere Produkte schaffen wird.

Mehr Nickel = mehr Energie Das südkoreanische Unternehmen SK On hat einen NCM9-Akku entwickelt und damit die erste kommerzielle Anwendung einer Batterie mit einem Nickelgehalt von 90 Prozent ermöglicht. NCM (Nickel, Kobalt, Mangan) beschreibt die drei Hauptmaterialien der Batteriekathode, während die Zahl 9 den Nickelanteil angibt. Der hohe Nickelanteil dieser preisgekrönten Innovation bedeutet mehr Energie und eine bessere Akkuleistung. Um diese Herausforderung zu bewältigen, musste das Unternehmen eine fortschrittliche Technologie entwickeln, mit der die Sicherheit des Endprodukts gewährleistet werden kann. Die Lösung wurde im F-150 Lightning, der ersten elektrischen Version des legendären Pickup-Trucks von Ford, getestet und installiert. Es hat sich erwiesen, dass sie für die Markteinführung bereit ist. Bereits vor der Einführung wurden fast 200.000 Fahrzeuge bestellt und reserviert. Daher werden alle Augen auf die kontinuierlich hohe Leistung und Robustheit dieses Modells gerichtet sein.

Als S. Chang, S. Ren und ihre Kollegen metall-organische Frameworks (MOF) ohne Schwermetalle für ein flexibles Röntgendetektor- und Bildgebungsgerät entwickeln wollten, suchten sie nach einer besonders innovativen Lösung und entschieden sich für Nickel. Traditionell enthalten Strahlungsdetektoren Beschränkungen unterliegende Metalle wie Blei und Cadmium. Die Forscher mischten eine Lösung aus Nickelchloridsalz und DABDT, einem Disulfid reduzierenden Stoff. Das Team ordnete die MOF, in denen Nickel die DABDT-Moleküle verband, zwischen Goldschichtelektroden auf einer flexiblen Kunststoffoberfläche an, wobei Kupferdrähte als Stromleiter verwendet wurden. Die Forscher plat-

zierten den Buchstaben H aus Aluminium auf den Detektor, bestrahlten ihn mit Röntgenstrahlen und maßen eine deutlich niedrigere Stromabgabe unter dem H. Den Forschern zufolge ist Der NCM9-Akku von SK On wurde in zwei Kategorien mit einem CES 2022 Innovation Awards ausgezeichnet: „Fahrzeuginternes Entertainment und Sicherheit“ sowie „Integrierte Technologien“.

ihr Proof-of-Concept-Gerät ein vielversprechender Ansatz für die nächste Generation von Strahlendetektoren.

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BAUVORSCHRIFTEN HOHE STANDARDS FÜR EDELSTAHL AUF DEM BAU Zum Glück ist der plötzliche Einsturz eines Gebäudes oder einer Brücke eher selten: Bauwerke werden nach spezifischen internationalen oder nationalen Designstandards entworfen. Dabei werden Produkte verwendet, die einem bestimmten Produktstandard entsprechen und mithilfe von Verfahren und mit einem Qualitätsniveau hergestellt werden, das in dem jeweiligen Konstruktionsstandard definiert ist.

ANSI/AISC 370 ist die erste USDesignspezifikation für Bauedelstahl. Sie wurde 2021 veröffentlicht.

6 | NICKEL, JHRG. 37, Nr. 1, 2022

In Bau- und Konstruktions- bzw. Design-

In Abwesenheit eines Standards müssen

standards werden Best Practices, Metho-

bei den zuständigen Baubehörden

den und technische Anforderungen mit

zeit- und kostenaufwändige Ausnahmen

dem Ziel festgelegt, sichere und der

beantragt werden, worauf sich stark

Nachhaltigkeit verpflichtete Bauwerke

beschäftigte Planer in der Regel nicht

zum Wohle der Menschen zu errichten.

einlassen wollen.

Die Standards werden mittels eines

In den USA gab es für die Planung mit

Konsensprozesses entwickelt. Im Grunde

Edelstahl für Bauprojekte bis zum

handelt es sich dabei um das destillierte

vergangenen Jahr keine Edelstahl-Kon-

Wissen von Menschen mit Expertise in

struktionsspezifikation für typische

ihrem jeweiligen Fachbereich: Material-

Strukturabschnitte, die den Großteil des

hersteller, Fabrikanten, Hersteller,

Markts darstellen, also z. B. geschweißte,

Konstrukteure, Forscher, Branchenver-

heißgewalzte oder hohle Abschnitte.

bände, Anwender oder regulatorische

Daher war es für Ingenieure und ihre

Instanzen.

Kunden viel einfacher und kostengünsti-

Die Anforderungen in Designstandards

ger, andere Stähle, Aluminium, Holz,

stellen oft intensiv ausgefochtene

glasfaserverstärkte Kunststoffe und Beton

Kompromisse zwischen Wirtschaftlichkeit

einzusetzen, für die es Baustandards und

und Anwendungsfreundlichkeit dar. Es ist

akzeptierte Vorschriften gab – und

auch wichtig, dass Designstandards

schneller ging es auch. Diese Situation

möglichst umfassender Art sind und den

bewirkte eine signifikante Behinderung

gesamten Bereich von häufig anzutreffen-

des Wachstums und der allgemeinen

den Strukturen, Materialien und Lastsze-

Akzeptanz des Edelstahlmarktes.

narien abdecken. Sie dürfen aber auch

Die vom American Institute of Steel

nicht zu konservativ sein, was zu einem

Construction (AISC) entwickelten

übertrieben peniblen Design und zur

Designstandards oder eng damit zusam-

Verschwendung wertvoller endlicher

menhängende Spezifikationen werden in

Ressourcen führen könnte.

ganz Nord- und Südamerika sowie im

Projekte in China eingesetzt. 2018, zehn

anwenderfreundlichen und wirtschaftli-

Jahre nach Beginn diesbezüglicher

chen Designspezifikation signifikante, seit

Diskussionen in der Edelstahlindustrie,

langer Zeit bestehende Hindernisse bei

kündigte das AISC endlich seine Absicht

Bauedelstahl-Designs beseitigen und das

an, einen vollständigen ANSI(American

globale Marktpotenzial von nickelhaltigen

National Standards Institute)-Designstan-

austenitischen sowie Duplex-Edelstählen

dard für Bauedelstahl zu entwickeln.

vergrößern wird.

Die Arbeit begann mit der Gründung des

Die Vorteile dieser Standards sind nicht

AISC Committee on Structural Stainless

auf Gebäude und damit zusammenhän-

Steel, dem Edelstahlhersteller und

gende Strukturen beschränkt: Es wird

-schweißexperten, Metallurgen, Planer

erwartet, dass diese Edelstahl-Designre-

und Konstrukteure sowie Akademiker

geln in ANSI/AISC N690, Specification for

angehören. Das Steel Construction

safety-related steel structures for nuclear

Institute in Großbritannien spielte bei der

facilities, referenziert werden, einem

Formulierung der neuen Designregeln

Standard, der weltweit angewendet wird

eine wichtige Rolle. Die Regeln basierten

und derzeit keine Edelstahl-Baudesign-

auf den umfassenden Bauforschungsar-

informationen enthält. Darüber hinaus

beiten von Universitäten in aller Welt in

wurde unter der Leitung der AASHTO

den letzten 30 Jahren; auf ihnen hatte

(American Association of State Highway

bereits die Entwicklung der Regeln im

and Transportation Officials) damit

Eurocode zu Bauedelstahl basiert.

begonnen, die Regeln in ANSI/AISC 370

Drei Jahre danach wurde der neue

so anzupassen, dass sie für das Design

Designstandard ANSI/AISC 370-21

von Straßen-, Fußgänger- und Eisenbahn-

Specification for structural stainless steel

brücken aus Duplex-Edelstahl in den USA

buildings veröffentlicht. Es wird erwartet,

angewendet werden können.

BAUELEMENTE AUS EDELSTAHL

dass die Verfügbarkeit dieser aktuellen,

Lasergeschweißte I-förmige Träger und Kanäle aus austenitischem Edelstahl

In der Containment-Hülle des Atomkraftwerks Vogtle (Einheiten 3 und 4) in Burke County, Georgia (USA), kommt eine Edelstahl-Trägerstruktur für das passive Kühlsystem zur Anwendung. Der Turm ist 9,1 m hoch und 3,4 m2 groß und besteht aus Duplex-Edelstahl UNS S32101.

PREMIER INDUSTRIAL/WESTINGHOUSE

Nahen Osten und auch bei ca. 30 % aller

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DIE NEUE SAN-GIORGIO-BRÜCKE ROBUSTER UND SICHERER Nach dem Einsturz des Polcevera-Viadukts in Genua im August 2018 ergab eine unabhängige Untersuchung, dass wahrscheinlich mangelhafte Wartung und Designund Konstruktionsfehler der Brücke die Ursachen der tödlichen Katastrophe waren. Als Hauptfaktor wurde die Korrosion der Tragseile in der Südwest-Schrägverspannung eines der Pylone angegeben. Die regelmäßigen Inspektionen reichten darüber hinaus nicht aus, um jederzeit angemessen über den effektiven Zustand der Tragseile infor-

CENTRO INOX

miert zu sein.

CENTRO INOX

Nach der Umhüllung mit Beton führt der kombinierte Einsatz von Kohlenstoff- und Edelstahl, die einander berühren, nicht zu einem erhöhten Korrosionsrisiko.

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Seit dem Einsturz des Polcevera-Viadukts

Bewehrt, wo nötig

haben Robustheit und Widerstandsfähig-

Edelstahl fungiert als Schutz vor Korro-

keit im Brückendesign stark an Bedeu-

sion und Rissbildung oder Abplatzen der

tung gewonnen. Die Nachfolgerin, die

Statikelemente, die der Atmosphäre am

neue San-Giorgio-Brücke in Genua,

meisten ausgesetzt sind. Gerade in sehr

wurde von Renzo Piano entworfen und

aggressiven Umgebungen, z. B. in

2020 eingeweiht. Im Gegensatz zur

Meeresnähe und in Hafenbauten, ist es

Schrägseilkonstruktion der Originalbrü-

notwendig, Materialien mit den richtigen

cke ist die neue Brücke mit Edelstahl

Eigenschaften einzusetzen. Ohne

bewehrt, was nicht nur für mechanische

Edelstahl würden externe Stoffe eine

Festigkeit, sondern auch für Korrosions-

Korrosion der Kohlenstoffstahl-Beweh-

beständigkeit sorgt.

rung bewirken, was zu einer Volumenver-

Bereits in der Entwurfsphase wurde

größerung und somit zu einer allmähli-

Edelstahl für die kritischsten Bereiche

chen Rissbildung im Beton und zu

spezifiziert. So wurde z. B. eine Edelstahl-

weiteren Schädigungen des gesamten

bewehrung für die Fußgängerbrücken

Bauwerks führt.

gewählt und neben der Stahlbewehrung

An den Außenflächen der Betonstruktur

platziert, die sich näher am Kern des

wurde eine Edelstahlbewehrung des Typs

Brückendecks befindet. Nach der

304L (UNS S30403)/1,4307 in unterschied-

Umhüllung mit Beton führt der kombinier-

lichen Durchmessern in den Bereichen

te Einsatz von Kohlenstoff- und Edelstahl,

angebracht, in denen die Betonhülle

die (wie im Bild ersichtlich) einander

dünner und daher eher korrosionsgefähr-

berühren, nicht zu einem erhöhten Risiko

det ist. An Stellen, an denen eine Exponie-

einer Korrosion des Kohlenstoffstahls.

rung kein Problem darstellt (wie z. B. im

Großteil der Betonabschnitte), gewährleis-

Gesamtbetriebskosten von Infrastruktur-

tet die Kohlenstoffstahl-Bewehrung die

projekten nützlich.

strukturelle Integrität des Betons. Langfristiger Wert In der San-Giorgio-Brücke wurden 9000 Tonnen Kohlenstoffstahl-Bewehrung und weitere 250 Tonnen Edelstahlbewehrung verbaut. Dieser Anteil von (nur) 3 % ist typisch für den 1–5-Prozent-Bereich, der

Beim Umgang mit widrigen Umgebungen in Meeresnähe ermöglicht Edelstahl signifikante Wartungskosteneinsparungen bei Brücken und hat sich langfristig als kostengünstigste Lösung bewährt. Weitere wichtige Vorteile in maritimen Umgebun-

für Projekte aus bewehrtem Beton gewählt

gen sind eine ausgezeichnete mechani-

wird, die korrodierenden Bedingungen

sche Festigkeit, hohe Duktilität und

ausgesetzt sind. Die Einhaltung eines

hervorragende Energieabsorption

solchen Verhältnisses ist auch für die

während seismischer Ereignisse.

In der eleganten San-Giorgio-Brücke, hier nach der Feststellung (oben) und während des Baus (links) zu sehen, wurden in kritischen Bereichen – und nur in diesen – 250 Tonnen Edelstahlbewehrung des Typs 304L verbaut.

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EDELSTAHLKABEL WIDERSTEHEN AUCH WIDRIGEN BEDINGUNGEN

Edelstahlseile und -kabel kommen in vielen Branchen zum Einsatz, so z. B. in den Bereichen Öl und Gas, Bau, Architektur, Automobil, Zellstoff und Papier, Lebensmittelverarbeitung und Textilien.

Wenn unter vermeintlicher Missachtung der Gesetze der Schwerkraft schwere Lasten gehoben werden müssen, ist es unabdingbar, die richtige Ausrüstung zu verwenden. Metallkabel und -seile spielen eine wichtige Rolle für die Effizienz und Sicherheit in der Bauindustrie, in Offshore-Betrieben, auf Ölbohrplattformen, in der Architektur und in Automobilanwendungen, um nur einige Beispiele zu nennen. Der Begriff „Drahtseil“ wird oft synonym zu „Stahlkabel“ oder dergleichen verwendet. In der Regel haben Drahtseile jedoch einen Durchmesser von mehr als 9,5 mm. Bei kleineren Durchmessern spricht man eher von Kabeln. In der Branche werden Seile aus Edelstahl oder verzinktem Kohlenstoffstahl eingesetzt. Im Vergleich zu Drahtseilen aus verzinktem Kohlenstoffstahl sind Edelstahl-Drahtseile in widrigen Bedingungen wie Meeresluft- und Salzwasserumgebungen widerstandsfähiger und korrosionsbeständiger. Der nickelhaltige Typ 304 (UNS S30400) ist die in Drahtseilen und Kabeln am häufigsten verwendete Edelstahlsorte. Er bietet ungefähr die gleiche Festigkeit wie verzinkte Drahtseile, ist aber viel korrosionsbeständiger. In stark korrosiven Umgebungen sind Edelstahl-Drahtseile

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vom Typ 316 (S31600) gegenüber Spannungsrisskorrosion und Säuren noch beständiger. Das ist nicht nur in maritimen Anwendungen nützlich, sondern auch in Branchen, in denen viel mit Chemikalien gearbeitet wird, also etwa in der Zellstoff- und Papierbranche, bei der Lebensmittelherstellung und in der Textilindustrie. Edelstahlseile und -kabel können auch bei Temperaturen von bis zu 480 °C eingesetzt werden. Umgebungsbedingungen, Nutzlastgrenzen und Zugfestigkeit spielen bei der Wahl des richtigen Stahlkabels für das jeweilige Produkt allesamt eine wichtige Rolle. Von Ölbohrplattformen bis zu Brückenbarrieren und von Kinderspielplätzen bis zu Yachten sind Edelstahlkabel ein Produkt, das sich kaum abnutzt und das eine praktische, robuste und hinsichtlich des Designs ästhetisch ansprechende Lösung darstellt.

KRITISCHE VERBINDUNGEN VORTEILE STÄRKERER SCHRAUBEN UND BOLZEN Ausfälle von Befestigungsteilen aufgrund von Überlastung, Ermüdung oder Korrosion können sehr teuer werden, insbesondere wenn wichtige Arbeiten eingestellt werden müssen, um Reparaturen vorzunehmen zu können.

Für anspruchsvolle Anwendungen von grundlegender Bedeutung Edelstahl-Befestigungsteile werden in vielen anspruchsvollen industriellen Anwendungen eingesetzt, wo Kohlenstoffstahl-Befestigungsteile einfach nicht ausreichen würden, z. B. bei der Wasseraufbereitung, der Windenergie, chemischen Prozessen, maritimen Anwendungen und auch bei Unterwasserausrüstungen. Sie sind in verschiedenen Legierungen erhältlich, bieten unterschiedliche Festigkeiten und Korrosionsbeständigkeiten, und können sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen verwendet werden. Schrauben und Bolzen aus Edelstahl sind für das Verbinden von Edelstahlträgern von größter Bedeutung, können aber auch bei Trägern aus verzinktem Stahl

und Aluminium zum Einsatz kommen. So werden sie z. B. zur Verbindung von Strukturträgern in Alu-Helidecks auf Offshore-Plattformen verwendet. Langfristige Kostenvorteile Auch wenn Edelstahl-Befestigungsmittel teurer sind als ihre in Kohlenstoffstahl ausgeführten Pendants können die Einsparungen aufgrund der langen Lebensdauer bei geringem Wartungsbedarf die Anfangskosten in anspruchsvollen Anwendungen wettmachen. Ein Beispiel: 2019 wurden ca. 6000 Duplex- und SuperDuplex-Edelstahl-Befestigungsmittel für den Bau einer Edelstahlbrücke mit integrierter Auskleidung zur Stärkung eines alten Kanalisationstunnels aus viktorianischer Zeit in London eingesetzt. Wegen der durch das Projekt verursachten Störungen und Zugangsprobleme war es besonders wichtig, eine Lösung mit geringem Wartungsbedarf und einer Lebensdauer von 120 Jahren zu entwickeln. Darüber hinaus musste die Struktur äußerst kompakt sein und eine hohe Tragfähigkeit aufweisen. Duplex-Edelstahlschrauben und -bolzen hoher Festigkeit, in der Regel mit einem Nickelgehalt zwischen 5 und 7 Prozent, waren die offensichtliche Lösung. Durch die hohe Festigkeit von Duplex-Edelstahl konnten die Verbindungen auch verkleinert werden, wodurch Material und Kosten eingespart wurden und die Baufähigkeit vor Ort verbessert wurde. Außerdem brachte die reduzierte Materialhandhabung bestimmte Gesundheits- und Sicherheitsvorteile mit sich.

Verbandsanschluss in einem EdelstahlVordach am Flughafen von Porto, Portugal

NANCY BADDOO

Befestigungsteile werden aus verschiedenen Stahllegierungen hergestellt. Daher ist es wichtig, die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung zu kennen, um sicherzustellen, dass der korrekte Stahl ausgewählt wird und Ausfälle vermieden werden. Neben den zu tragenden Lasten müssen die Zugänglichkeit der Verbindung, die Umgebung (Temperatur, Kontakt zu Wasser, Korrosivität) und die zu verbindenden Materialien berücksichtigt werden. Auch die Wiederverwendbarkeit und der Installationsprozess sind wichtige Aspekte. Um eine lange Lebensdauer ohne Probleme und niedrige Lebenszykluskosten zu gewährleisten, ist es sehr wichtig, die richtige Güte und die korrekten Eigenschaften für die jeweilige Anwendung zu bestimmen.

NICKEL, JHRG. 37, Nr. 1, 2022 | 11

MARAGING-STAHL HOHE FESTIGKEIT UND HÄRTE Die Nachfrage nach Stahl hoher Zugfestigkeit mit guten Elongationseigenschaften führte in den späten 1950er Jahren zur Entwicklung von Maraging-Stahl durch C. Bieber von der International Nickel Company (INCO). Der Begriff „Maraging“ ist eine Kombination der Wörter „martensite“ (martensitisch) und „ageing“ (Alterung). Dabei handelt es sich um eine Klasse von Stählen mit einer martensitischen Mikrostruktur, die mittels eines Wärmebehandlungsprozesses (Alterung) gehärtet werden. Dies führt zur Ausscheidung verschiedener intermetallischer Partikel in der Martensit-Mikrostruktur. Es gibt mehrere Varianten. Das Hauptlegierungselement ist aber ca. 18 % Nickel, und sekundäre Legierungselemente sind Kobalt, Molybdän, Titan und Aluminium. Diese Familie wird als 18Ni-MaragingStähle bezeichnet. Es gibt auch eine Familie kobaltfreier Maraging-Stähle, die kostengünstiger sind, aber nicht die gleiche Festigkeit aufweisen. Die gebräuchlichsten 18Ni-Maraging-Güten sind nachstehend mit ihrer typischen Zusammensetzung sowie den gealterten mechanischen Eigenschaften aufgeführt. Sie sind durch eine Zahl gekennzeichnet, die die ungefähre Zugfestigkeit in Tausend Pfund pro Quadratzoll (1000 psi) angibt.

Durch das hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist MaragingStahl eine hervorragende Option für Fahrwerke in der Luftfahrt.

Aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts ist Maraging-Stahl gut bearbeitbar. Bei einer Wärmebehandlung weist die Legierung nur eine geringe dimensionale Veränderung auf. Daher wird sie zuvor auf Maße bearbeitet, die in etwa ihren endgültigen Dimensionen entsprechen. Die hohe Festigkeit, Härte und gute Duktilität von Maraging-Stahl werden in den folgenden Anwendungen genutzt: • Raketentriebwerksgehäuse, die dünner sind als bei Herstellung mit Stählen geringer Festigkeit • Luftfahrt: Fahrwerkskomponenten, Hochleistungswellen, -getriebe und -befestigungsmittel • Freizeit: Fahrradrahmen, Golfschlägerköpfe, Fechtklingen • Motorsport: Kurbelwellen, Getriebe, Fahrwerksteile, Torsionsfedern Weitere Informationen sind in unserer neuen Publikation Maraging steels – A review of commercial alloys and their properties (etwa: Maraging-Stähle – kommerzielle Legierungen und ihre Eigenschaften) zu finden.

Maraging-Stahl – signifikante Legierungselemente und mechanische Eigenschaften – Alterungszustand Biegefestigkeit MPa (ksi)

Elong. %

CharpyKerbschlagzähigkeit J(ft-lb)

Härte HRc

Güte

UNS-Nr.

Zugfestigkeit MPa (ksi)

C-200

K92820

17,019,0

8,09,0

3,03,5

0,150,25

0,050,15

Rest

1448(210)

1413(205)

49(36)

43-48

C-250

K92890

17,019,0

7,08,5

4,65,1

0,300,50

0,050,15

Rest

1793(260)

1758(255)

27(20)

48-52

C-300

K93120

18,019,0

8,09,5

4,65,2

0,550,80

0,050,15

Rest

2035(295)

2000(290)

23(17)

50-55

C-350

K93540

18,019,0

11,512,5

4,65,2

1,251,50

0,050,15

Rest

2413(350)

2344(340)

11(8)

55-60

12 | NICKEL, JHRG. 37, Nr. 1, 2022

DIE SUCHE NACH NÜTZLICHEN NEUEN LEGIERUNGEN In der Vergangenheit war die Entwicklung einer neuen Metalllegierung ein kostspieliger, ineffizienter und zeitaufwändiger Prozess, bei dem viel experimentiert wurde. Auf der Basis vorhandener metallurgischer Kenntnisse werden neue Legierungszusammensetzungen formuliert und Formgebungs- und Wärmebehandlungsverfahren bestimmt, um bessere Eigenschaften als bei etablierten Legierungen zu erhalten. Für eine weitere Verfeinerung dieser Eigenschaften wird eine Serie von Wärmebehandlungen geschmolzen und getestet. Vor ca. 20 Jahren wurde die integrierte rechnergestützte Werkstofftechnik bzw. Integrated Computational Materials Engineering (ICME) entwickelt, um von physischen Experimenten auf virtuelle Simulationen überzugehen. Questek Innovations hat diese Methodik zur Entwicklung mehrerer nickelhaltiger Legierungen mit verbesserten Eigenschaften angewandt.

Luft- und Raumfahrt sowie in anderen Bereichen, bei denen in der Regel AISI 4340 verwendet wird. Ferrium S53 weist mit diesen Legierungen vergleichbare mechanische Eigenschaften auf, bietet aber den zusätzlichen Vorteil der atmosphärischen Korrosionsbeständigkeit, wodurch Cadmium-Beschichtungen unnötig werden.

Nickelhaltiges Ferrium 64 mit ultrahoher Festigkeit und hoher Bruchzähigkeit wird in Getriebebauteilen eingesetzt.

Eine weitere Entwicklung ist das nickelhaltige Ferrium C64, eine Alternative zu Hochleistungs-Getriebestählen wie AISI 9310. Es bietet ultrahohe Festigkeit und hohe Bruchzähigkeit sowie eine hervorragende Ermüdungs- und Hitzebeständigkeit. Eingesetzt wird es in kritischen Luft- und Raumfahrt- sowie AutomobilAnwendungen wie den Getrieben von Drehflüglern und Rennwagen sowie in Anwendungen im Energiesektor.

Ferrium hebt ab Questek entwickelte Ferrium S53, eine nickelhaltige, korrosionsbeständige Stahlgüte hoher Festigkeit. Dabei handelte es sich um das erste im ICME-Verfahren entwickelte Material, das gemäß Aerospace Material Specification (AMS) und Metallic Materials Properties Development and Standardisation (MMPDS) qualifiziert wurde und als sicherheitskritisches Fahrwerk am Trainingsjet T-38 der US Air Force im Flugbetrieb eingesetzt wird. Ferrium S53 ist ein Stahl von ultrahoher Festigkeit für strukturelle Anwendungen in der

Die ICME-Methode ermöglicht eine schnellere Entwicklung nickelhaltiger Multi-Legierungen für kritische Anwendungsbereiche.

Typische Zusammensetzung

UNS

Ferrium S53

S10500

0,21

10,0

5,5

14,0

2,0

1,0

0,30

Rest

Ferrium C64

K92731

0,11

3,5

7,5

16,3

1,75

0,2

0,02

Rest

4340

G43400

0,40

0,8

1,8

0,25

0,2

0,7

Rest

9310

G93106

0,10

1,2

3,2

0,11

0,2

0,55

Rest

NICKEL, JHRG. 37, Nr. 1, 2022 | 13

FRAGEN AN EXPERTEN FAQ VON DER TECHNISCHEN BERATUNGS-HOTLINE DES NICKEL INSTITUTE

NICKEL

O N L I N E

Geir Moe P.Eng. ist der Technical Inquiry Service Coordinator beim Nickel Institute. Zusammen mit anderen Werkstoffexperten in aller Welt hilft Geir Moe Endanwendern und Spezifikateuren von nickel-haltigen Materialien, die technische Unterstützung benötigen. Das Team steht bereit, um kostenlose technische Beratungsleistungen zu einer breiten Palette von Anwendungen wie Edelstahl, Nickellegierungen und Vernickelung anzubieten, damit Nickel bedenkenlos eingesetzt werden kann. https://inquiries.nickelinstitute.org/

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F A

F: Ich stelle eine Komponente mit einer strukturellen Stahllegierung her

und lackiere sie. Ich würde gerne Edelstahl verwenden, aber die Festigkeit von 304L und 316L ist nicht besonders hoch. Daher müsste die benötigte Platte dicker sein, und das wiederum würde die Edelstahlversion sehr verteuern. Gibt es andere, besser geeignete Edelstahllegierungen?

A: Die Typen 304/304L (S30400/S30403)

weisen minimale Biegefestigkeiten auf,

und 316/316L (S31600/S31603) sind

die etwa doppelt so hoch sind wie die

nickelhaltige austenitische Edelstähle,

der Typen 304/304L und 316/316L. Diese

die im geglühten Zustand eine mini-

Duplex-Edelstähle wurden in vielen

male Biegefestigkeit von nur 30 ksi (205

Brückenbauten weltweit in Gebirgen, in

MPa) aufweisen. Dagegen können

Städten oder auch in Meeresnähe

Kohlenstoffstähle und niedrig legierte

eingesetzt.

strukturelle Stähle hoher Festigkeit eine

In der folgenden Tabelle sind drei

minimale Biegefestigkeit von 36 (250)

Duplex-Güten im Vergleich zu zwei

bis 50 ksi (345 MPa) aufweisen.

Stahlgüten aufgeführt.

Es gibt eine Familie nickelhaltiger

Weitere Informationen über Duplex-

Edelstähle, die als Duplex-Stähle

Edelstähle finden Sie in der Nickel

bezeichnet werden und eine Mikro-

Institute-Veröffentlichung Practical

struktur aufweisen, die aus ungefähr

guide to using duplex stainless steels

gleichen Mengen Austenit und Ferrit

(10044) (Praktischer Leitfaden zur

besteht. Diese Duplex-Edelstähle

Anwendung von Duplex-Edelstählen).

Gebräuchliche Bezeichnung

FOLGEN SIE UNS auf Twitter @NickelInstitute

Typische Zusammensetzung, %

Zugeigenschaften ksi (MPa), Min.

Biegef. Zugf.

14 | NICKEL, JHRG. 37, Nr. 1, 2022

El. %

S32101

0,02

1,5

0,4

0,22

65 (450)

94 (650)

2304

S32304

0,02

0,3

0,14

58- 400

87 (600)

2205

S32205

0,02

3,0

1,5

0,18

65- 450

95 (655)

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Duplex

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UNS

Kohlenstoffstahl ASTM A36

0,20

1,0

36 (250)

58400

ASTM A572 Güte 50

0,20

-s

1,0

50 (345)

65450

Michael Orry Pearce 1934-2022 Michael Pearce verstarb am 7. Januar 2022 in seinem 88. Lebensjahr. Er hatte eine lange Karriere bei Falconbridge Nickel Mines und spielte als Executive Director eine wichtige Rolle bei der Gründung des Nickel Institute im Jahr 1984. Später war er von 1996 bis 2000 President des Nickel Institute. Er machte die Organisation, in der er liebevoll als M.O.P. bekannt war, international bekannt und warb in aller Welt Mitglieder an. Michael Pearce war Bergbauingenieur und machte seinen Abschluss an der University of Toronto im Jahr 1957. 1958 erhielt er seinen MA-Titel. Er wurde von seinen ehemaligen Kolleginnen und

Kollegen überaus geschätzt. Er orientierte sich jederzeit an den höchsten ethischen Normen, war stets respektvoll und höflich und hatte die Gabe, aus anderen das Beste herauszuholen. Er wird uns als vollendeter Fachmann, umsichtiger Mentor und als Führungspersönlichkeit in Erinnerung bleiben. Der derzeitige President des Nickel Institute, Dr. Hudson Bates, sagte: „Die Vision von Michael Pearce für das Institut der Nickelindustrie im Jahr 1984 führte zur Entwicklung des Modells, auf dessen Basis das Nickel Institute noch heute seiner Arbeit nachgeht.“

Neue Publikationen Austenitic chromium-nickel stainless

und Anwendungen von NiHard-Legierun-

steels – engineering properties at

gen) ist die neu aktualisierte Ausgabe

elevated temperatures (2980) (Austeni-

dieser informativen Publikation zu

tische Chrom-Nickel-Edelstähle – techni-

NiHard-Gusseisen. NiHard-Gusseisen sind

sche Eigenschaften bei erhöhten Tempe-

bekannt für ihre extreme Abriebfestigkeit

raturen) ist ein Nachdruck der INCO-

und werden in Anwendungen wie

Originalpublikation. Diese Veröffentli-

Bergbau, Energie, Zement, Baggerarbei-

chung enthält Materialeigenschaften für

ten und in der Stahlindustrie eingesetzt.

gebräuchliche austenitische Edelstähle bei bis zu 1080 °C.

Beide Veröffentlichungen sind wertvolles Referenzmaterial für Ingenieure, Kon-

Properties and applications of

strukteure und Endanwender. Download

Ni-Hard alloys (11017) (Eigenschaften

unter www.nickelinstitute.org

UNS-DETAILS UNS

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

S30400 S. 10,14

0,08 max.

18,0 20,0

Rest

2,00 max.

8,010,5

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30403 S. 8,9,14

0,03 max.

18,0 20,0

Rest

2,00 max.

8,012,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31600 S. 3,10,14

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. 14,16

0,030 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. 3

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. 37, Nr. 1, 2022 | 15

XAVIER PLADELLORENS

VEREWIGUNG MENSCHLICHER STÄRKE Mit eindrucksvollen 21 Grand-Slam-Titeln im Herrentennis, den meisten in der Geschichte des Tennissports, weiß Rafael Nadal zu glänzen, und das nicht nur auf dem Platz.

XAVIER PLADELLORENS

Eine bei den French Open 2021 enthüllte, glanzvolle Statue fängt Nadals charakteristische, furiose linke Vorhand ein. Die Statue ist ganz aus nickelhaltigem Edelstahl des Typs 316L (UNS S31603) gefertigt. Sie ist 3 m hoch, 4,89 m breit und 2 m tief und zollt dem spanischen Spieler Tribut, der auf den Sandplätzen in Paris 13 Titel gewonnen hat, den ersten im Jahr 2005.

Nadal: „Die Statue ist spektakulär. Eine saubere, moderne Statue, die mir sehr gefällt. Es ist sehr schwierig, aus diesem Material eine Statue zu schaffen, die so realistisch ist wie diese.“

16 NICKEL, | NICKEL,JHRG. JHRG.37,37,Nr.Nr.1, 1,2022 2022

Der Bildhauer Jordi Díez ist bekannt dafür, mit den Grenzen der figurativen Kunst zu spielen. Er lässt traditionelle Techniken gerne hinter sich und befasst sich immer wieder mit neuen Verfahren – etwa mit dem Arbeiten mit Edelstahl, der ihn überaus fasziniert. „Als Material kennt Edelstahl keine Grenzen. Edelstahl hilft mir, die innere Energie des Menschen zum Ausdruck zu bringen, den

ich gerade abbilde. Ich wollte Rafael als Synthese all seiner Attribute darstellen, die ich dann auf eine einzige Qualität reduzierte: seine Stärke. Diese Skulptur ist mein Versuch, der menschlichen Stärke ein Denkmal zu setzen.“ Der Künstler stand jeden Tag um halb sieben auf, arbeitete zehn bis zwölf Stunden am Tag und benötigte bis zur Fertigstellung der Skulptur fast acht Monate. „Edelstahl hat bestimmte Qualitäten, die ich respektiere. Er ist farblos. Er ist sehr leicht. Wenn man damit arbeitet, fühlt man sich, als würde man der Realität entfliehen. Und dann ist da noch dieser magische Moment, wenn die Arbeit fertig ist und sie den Künstler noch einmal völlig überrascht. Das verleiht mir Kraft.“