Warmfeste Vergütungsstähle sind Vergütungsstähle, die längere Zeit bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden können. Durch spezielle chemische Analysen und hohe Anlasstemperaturen sowie angepasste Abschreckmedien beim Vergüten des Stahls wird gewährleistet, dass beim späteren Einsatzzweck die Festigkeit auch bei hohen Temperaturen und langen Zeiten nicht abfällt. Sie haben also ein günstiges Kriechverhalten und eine hohe Zeitstandfestigkeit. Von Warmfestigkeit spricht man bis ca. 550 °C, im darüberliegenden Bereich von Hochwarmfestigkeit oder Hitzebeständigkeit.
Wo sind warmfeste Vergütungsstähle genormt?
Warmfeste Vergütungsstähle sind zum einen in der DIN EN 10269 genormt. Vorgängernorm war die DIN 17240. Zum anderen finden sich warmfeste Stähle in der DIN EN 10273. Im Zuge der Umstellung der Normung von DIN auf EN sind die Vorschriften zum Teil aufgeweitet worden, da die einzelnen Partnerländer separate Zusatzvorgaben haben. In Deutschland sind dies Vorgaben des AD 2000-Regelwerks, welche beim Einsatz warmfester Stähle für den Bau von Druckbehältern maßgeblich sind. Hierbei handelt es sich um ein technisches Regelwerk für Druckbehälter, Verbindungselementen, Rohrleitungen etc., welches zur Umsetzung Anforderungen der Europäischen Druckgeräterichtlinie (DGRL) entwickelt wurde.
Wo werden warmfeste Stähle eingesetzt? – Typische Beispiele
Warmfeste Stähle werden überall dort eingesetzt, wo Bauteile erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, die beispielsweise durch heiße Gase oder Flüssigkeiten erzeugt werden. Typische Anwendungsbereiche sind der Bau von Druckbehältern. Des Weiteren werden Verbindungselemente wie Schauben, Muttern und Bolzen aus warmfesten Stählen gefertigt, insbesondere im Kraftwerksbau.
Was versteht man unter „Kriechen“ von Stahl?
Unter Kriechen versteht man eine dauerhafte plastische Verformung eines Bauteils bei konstanter Spannung. Ursache für die Verformung sind erhöhte Temperaturen. Die Verformung nimmt insbesondere im Bereich der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffs stetig zu, d.h. bei Stahl ab ca. 400 °C. Kriechprozesse laufen zwar langsam ab, führen aber zeitversetzt zum Bruch. Für die Konstruktion und den Austausch eines Bauteils, das Temperaturen oberhalb von ca. 400 °C ausgesetzt ist, sind neben der absoluten Spannung folglich auch die Parameter Temperatur und Zeit zu berücksichtigen. Dies erfolgt im Rahmen des Zeitstandversuchs (Zeitstandfestigkeit und Zeitdehngrenze).
Was sagen die Zeitstandfestigkeit und Zeitdehngrenze aus?
Bauteile, die längerer Zeit Temperaturen oberhalb von ca. 400 °C ausgesetzt sind, beginnen zu kriechen, d.h. sie verformen sich bei konstanter Spannung im Zeitverlauf dauerhaft plastisch. Um die Verformung bewerten zu können, werden im Zeitstandversuch die Zeitstandfestigkeit und Zeitdehngrenze bestimmt. Im Gegensatz zum Zugversuch wird hier die Spannung nicht erhöht, sondern bleibt konstant. Ebenso bleibt die Temperatur unverändert – in der Regel im Bereich oberhalb von 400 °C. Die Zeitstandfestigkeit gibt die auf den Anfangsquerschnitt der Probe bei Raumtemperatur bezogene ruhende Spannung an, die nach Ablauf einer bestimmten Zeit zum Bruch der Probe führt. Die Zeitdehngrenze ist ebenso definiert, jedoch wird anstatt des Bruchs der Probe das Erreichen einer bestimmen bleibenden Dehnung der Probe betrachtet (beispielsweise 1 %). Die Versuchszeiten liegen meist bei mehreren Tausend Stunde. Ist der DIN EN 10269 wird beispielsweise zwischen 10.000, 100.000 und 200.000 Stunden unterschieden, also Zeiträume von 1 bis 23 Jahren.
