Abrasionsbeständige Stahlrohre: Typen, Güteklassen

Abriebfester Stahl Die Wahl der richtigen Sorte und des richtigen Herstellungsverfahrens kann die Gesamtlebenszykluskosten um ein Vielfaches senken und kostspielige Ausfallzeiten im Bergbau, beim Schlammtransport, bei der Förderung von Zuschlagstoffen und bei Materialtransportsystemen verhindern. Bei starkem Gleitverschleiß sollten Produkte der AR400- bis AR600-Familie verwendet werden; für Anwendungen mit kombiniertem Aufprall und Verschleiß sollten durchgehärtete Rohre oder induktionsgehärtete Innenflächen gewählt werden; bei extremem Mehrfachverschleiß sollte eine Verschleißschicht oder Keramikauskleidung verwendet werden. Die richtige Materialauswahl erfordert die Abstimmung von Partikelgröße, Geschwindigkeit, Aufprallenergie, chemischer Umgebung und zweckmäßigen Fertigungsmethoden.

1. Was ist abriebfestes Stahlrohr

Abriebfestes Stahlrohr bezieht sich auf rohrförmige Produkte, die so konstruiert sind, dass sie Materialverlusten durch mechanisches Reiben, Gleiten, Schneiden und Partikeleinschlag auf der Innenfläche widerstehen. Zu den typischen Konstruktionsstrategien gehören die Durchhärtung der Rohrwand, die Induktionshärtung des Innendurchmessers, das Aufbringen von Hartauftragsschichten und die Verwendung von Innenauskleidungen aus Keramik oder Polymer. Diese Rohre werden in Umgebungen eingesetzt, in denen abrasive Feststoffe in Gas- oder Flüssigkeitsströmen konventionellen Baustahl schnell erodieren, z. B. beim Transport von Schlamm, Abraum, Minenpaste, Baggerrücklaufleitungen und beim Transport schwerer Zuschlagstoffe. Industrieanbieter und Blechhersteller bieten vorgehärtete Rohre in kontrollierten Härtebereichen an, um ein vorhersehbares Verschleißverhalten zu gewährleisten.

Gängige Sorten und Metallurgie

Die wichtigsten Härtefamilien und ihre Bedeutung

• AR400 / Familie Hardox 400: Nennhärte nach Brinell nahe 400 HBW. Gutes Gleichgewicht zwischen Verschleißfestigkeit und Zähigkeit für mäßigen Gleitverschleiß mit etwas Schlag.
• AR450 / AR500: Höhere BHN-Zahlen erhöhen die Gleitverschleißfestigkeit; die Schlagfestigkeit nimmt mit höherer Härte ab. Wählen Sie diese, wenn die Aufprallenergie gering ist und der Gleitverschleiß dominiert.
• AR550 / AR600 und spezielle induktionsgehärtete Rohre: Bei extremem Gleitverschleiß und feinkörnigen Schlämmen werden Sorten mit einem BHN-Wert über 500 oder spezielle induktionsgehärtete Innenflächen verwendet. Bestimmte induktionsgehärtete Produkte weisen eine Innenhärte von über 550 BHN auf, wobei die Außenwände duktil bleiben.

Tabelle 1 - Typische mechanische Bereiche für gängige AR-Sorten (Referenzbereiche)

Name der Klasse	Nennhärte (HBW / BHN)	Typische Zugfestigkeit (MPa)	Typische Ausbeute (MPa)	Typische Anwendungsfälle
AR400 / Hardox 400	360 bis 440 HBW	900 bis 1.100	600 bis 750	Rohre für den allgemeinen Bergbau, Schurren, Gülle mit mäßigem Aufprall
AR450	~430 bis 480 HBW	1.000 bis 1.250	700 bis 900	Höherer Verschleiß der Förderkomponenten, schwerere Gleitlasten
AR500	~480 bis 540 HBW	1.100 bis 1.400	800 bis 1.000	Feinschleifende Gülleleitungen, stoßarmer schwerer Verschleiß
AR550 / AR600	550+ HBW	1,200 bis 1,600	900+	Extremer Gleitverschleiß, spezielle induktionsgehärtete IDs

Produktfamilien und Herstellungsverfahren

Wichtigste Kategorien

1. Durchgehärtete Rohre und Leitungen: Produkt aus Verschleißblech oder durchgehärtetem Stahl, das gewalzt und geschweißt oder nahtlos hergestellt wird. Gleichmäßige Härte über die gesamte Wandstärke sorgt für gleichmäßige Verschleißfestigkeit und vorhersehbares Ermüdungsverhalten. Üblich, wenn strukturelle Festigkeit und Verschleißfestigkeit erforderlich sind.
2. Induktionsgehärtetes ID-Rohr: Die innere Oberfläche wird einer Wärmebehandlung unterzogen, die den BHN-Wert auf der Innenseite erhöht, während die Außenwand duktiler bleibt. Dieser Ansatz erzeugt eine harte Verschleißfläche mit einer zäheren Unterlage, die Stoßkräften und Ringspannungen standhält. Die Hersteller berichten von einer mehrfachen Verlängerung der Lebensdauer im Vergleich zu Weichstahl bei gleichem Einsatz.
3. Bimetall- oder hartbeschichtetes Overlay-Rohr: Eine verschleißfeste Legierungsschicht, häufig Chromkarbid oder eine ähnliche Panzerung, wird metallurgisch mit einem duktilen Stützrohr verbunden. Diese Lösung eignet sich für starke Abnutzung mit gezielten Überlagerungen in Krümmern, T-Stücken oder geraden Strecken. Die Fertigungskontrolle ist entscheidend, um Delamination zu vermeiden.
4. Keramisch ausgekleidete Rohre und Einmauerungssysteme: Für die aggressivsten abrasiven Umgebungen werden Hochleistungskeramik oder Fliesen auf WC-Basis in einem Stahlträger installiert. Keramik hält länger gegen feine, schnell fließende Schlämme, erfordert aber eine sorgfältige Verbindung der Abschnitte und die Beachtung spröder Versagensarten.
5. Polymer- oder Komposit-Liner: Wenn chemische Angriffe den Abrieb ergänzen, verringern technische Polymerauskleidungen oder Verbundsysteme sowohl den Verschleiß als auch die Korrosion. Nützlich in Niedrigtemperatursystemen oder wenn Geräusch- und Vibrationsreduzierung erwünscht sind.

Verschleißarten, Ausfallmuster und Prüfung

Der Käufer sollte wissen, ob es sich bei dem Abrieb vorwiegend um Gleit-, Roll- oder Schlagverschleiß handelt, ob das Material nass oder trocken ist und wie die Partikelgröße und -geschwindigkeit verteilt sind. Zu den typischen Versagensmustern gehören die Ausdünnung der inneren Oberfläche, die Bildung von Kratern, das Abplatzen von Deckschichten und der beschleunigte Verschleiß an Biegungen, Ventilen oder Strömungshindernissen.

Anzufordernde gemeinsame Prüfmethoden

• Härteabbildung (BHN/HBW) über ID zu OD.
• Metallographische Querschnitte, die die Tiefe der gehärteten Schicht bei Induktionsbehandlungen zeigen.
• Slurry-Erosionstests mit repräsentativen Partikeln und Geschwindigkeiten.
• Charpy V-Kerb- oder Bruchzähigkeitsprüfungen für Anwendungen mit potenzieller Schlag- oder Stoßbelastung.
• Ultraschalldickenprüfung für die Prüfung von monolithischen Wänden während des Betriebs.

Auswahl-Checkliste für Ingenieure und Beschaffung

Inputs für die Beschaffung sollten gesammelt werden

• Zusammensetzung des Mediums: Partikelgröße, Form, Konzentration, spezifisches Gewicht, Chemie.
• Strömungsverhältnisse: Geschwindigkeiten, laminar oder turbulent, Vorhandensein von Lufteinschlüssen.
• Betriebsdrücke und -temperaturen.
• Erforderliche mechanische Festigkeit und zulässige Ringspannungsspanne.
• Schweißbarkeit und Feldverbindungsbeschränkungen.
• Reparaturmöglichkeiten und voraussichtliche Wartungsintervalle.

Entscheidungsablauf (kurz)

1. Bestimmen Sie den Grad der Abnutzung anhand der Partikelgröße und -geschwindigkeit.
2. Entscheiden Sie, ob die Aufprallenergie eine harte Unterlage oder eine Durchhärtung rechtfertigt.
3. Bei extremer Abnutzung sollten Sie Keramik- oder Hochchromüberzüge verwenden.
4. Wägen Sie Kapitalkosten, Ausfallkosten und Lebenszykluskosten ab, um die endgültige Lösung zu wählen.

Beispiel für Spezifikationstabellen und Gewichtsberechnungen

Tabelle 2 - Typische Produktmatrix (Beispielspezifikationen)

Produkttyp	Innere Behandlung	Typische Härte ID / OD	Standard-AD-Bereich (mm)	Typische Wandstärke (mm)	Typische Standardlängen
Durchgehärtetes Rohr (Hardox-Rohr)	Durchhärtung	360 bis 500 HBW über die Wand	89,1 bis 273,0	3 bis 12	6 m, 12 m
Induktionsgehärtetes Rohr (Typ Ultra 600)	Induktionsgehärtete ID	ID 500 bis 600 BHN, OD ~250 BHN	100 bis 300	6 bis 12	6 m
Bimetall-Overlay-Rohr	Geschweißtes Overlay innen	Hartauftragsschicht >600 HBW auf ID	50 bis 200	Schichtdicke 2 bis 6 + Unterlage	benutzerdefinierte
Keramisch ausgekleidet	Innen verklebte keramische Ziegel	Bewertung keramischer Werkstoffe	DN50 bis DN800	Trägerdicke 6 bis 16	kundenspezifische modulare Längen

Beispiele für das Gewicht pro Meter

Außendurchmesser (mm)	Wandstärke (mm)	Ungefähres Gewicht kg/m
139.7	6	19.783 kg/m
168.3	6	24,015 kg/m
219.1	6	31.532 kg/m
219.1	8	41.648 kg/m
273.0	10	64.860 kg/m

Anleitung zum Einbau, Schweißen und zur Reparatur vor Ort

• Schweißen: Befolgen Sie beim Fügen von AR-Stählen die Schweißverfahrensprüfung des Lieferanten für Vorwärmung und Zwischenlagenkontrolle. Hochharte Werkstoffe können in bestimmten Fällen eine kontrollierte Wärmezufuhr und eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erfordern. Beim Fügen induktionsgehärteter Rohre ist eine lokale Überhitzung zu vermeiden, die die Innenhärte verringern könnte.
• Flansche und Anschlüsse: Verwenden Sie duktile Flanschmaterialien oder passen Sie Übergangsstücke an, wo verschleißfeste Rohre auf Weichstahl treffen, um galvanische oder spröde Verbindungen zu vermeiden.
• Reparaturen vor Ort: Hartauftragsstangen oder Schweißüberzüge können die Lebensdauer verlängern. Bei keramischen Auskleidungen ersetzen Sie beschädigte Ziegelmodule; versuchen Sie nicht, Keramik ohne Anleitung des Herstellers in großem Umfang vor Ort zu reparieren.

Lebenszykluskosten, Fallbeispiele und Käufertaktiken

Eine kurze Berechnung auf hohem Niveau zeigt oft, dass verschleißfeste Rohre die Häufigkeit des Austauschs und die Ausfallzeiten bei der Wartung verringern. Anbieter berichten, dass induktiv gehärtete Produkte je nach Betriebszyklus zwei- bis sechsmal länger halten als Weichstahl. Diese verringerte REM-Austauschhäufigkeit gleicht die höheren Anschaffungskosten für das Verschleißrohr oft mehr als aus. Bei der vertikalen Pastenverfüllung werden durch das Befüllen der Leitung Lufteinschlüsse und Rohrleitungsschläge reduziert, was die Lebensdauer verlängert; einige Bergwerksbetreiber berichten von einer Verdoppelung der Lebensdauer bei Verwendung induktionsgehärteter Rohre im Vergleich zu Weichstahlleitungen in Schwerlastbereichen.

Käufertaktiken

• Fordern Sie zertifizierte Härtekarten und Metallographie an.
• Bitten Sie um eine Referenzliste von Anlagen mit ähnlichen Aufgaben.
• Verhandeln Sie über Versuchslängen oder stufenweisen Austausch, um die prognostizierte Lebensdauer zu bestätigen.
• Bestehen Sie auf dokumentierten ZfP-Protokollen für die Liefer- und Eingangskontrolle.

Qualitätskontrollen, Inspektionen und Normen auf Anfrage

• BHN-Härtezertifikate für ID, Mittelwand und OD, sofern relevant.
• Materialprüfzeugnisse (EN 10204 3.1 oder gleichwertig) für chemische und mechanische Eigenschaften.
• Ultraschallprüfung der Wandgleichmäßigkeit und Verbindungsqualität von Bimetallprodukten.
• Schweißverfahrensspezifikationen und PWHT-Aufzeichnungen, sofern erforderlich.
• Berichte über Erosionstests mit Schlämmen, wenn der Verkäufer bestimmte Lebensdauer-Multiplikatoren angibt.
• Rückverfolgbarkeit durch Verknüpfung von Materialschmelznummern mit Zertifikaten und Schweißprotokollen.

Häufig gestellte Fragen

1. Welche Sorte sollte ich für eine Kohleaufschlämmung mit 5 m/s und Sandfeinanteil verwenden?
   Wenn die Aufprallenergie gering ist und der Gleitverschleiß dominiert, wählen Sie AR500 oder ein induktionsgehärtetes ID-Produkt mit bewährter Leistung in feinem Schlamm. Fordern Sie vom Hersteller Schlammtests mit ähnlicher Partikelgröße und Geschwindigkeit an.
2. Lohnen sich induktionsgehärtete Rohre für die vertikale Verfüllung mit Paste?
   Ja. Induktionsgehärtete IDs verringern den Verschleiß und tragen dazu bei, den Betrieb auf voller Linie aufrechtzuerhalten, was Lufteinschlüsse und Rohrleitungsschläge verhindert. Betreiber berichten von einer 2-fachen oder längeren Lebensdauer in extremen Zonen.
3. Wann sollte ich eine Keramikauskleidung anstelle von AR-Stahl verwenden?
   Entscheiden Sie sich für Keramik, wenn die Härte und die Geschwindigkeit der Partikel zum Versagen von Legierungen führen, insbesondere bei abrasivem Feinstaub mit hoher Geschwindigkeit. Keramik ist am besten geeignet, wenn eine Installation und modulare Wartung möglich ist.
4. Kann ich AR500-Rohre vor Ort schweißen?
   Schweißen ist mit qualifizierten Verfahren möglich. Lokale Erwärmung kann die Härte lokal verringern, daher sollten Sie das Schweißverfahren des Lieferanten befolgen und gegebenenfalls Übergangsstücke oder eine Nachbehandlung nach dem Schweißen in Betracht ziehen.
5. Welche Prüfbescheinigungen sollten bei der Lieferung verlangt werden?
   Fordern Sie Materialprüfungszertifikate an, die sich auf Schmelznummern, Härteprüfungen (ID/OD), Ultraschalldickenprüfung und alle durchgeführten zerstörungsfreien Prüfungen zurückführen lassen. Für Deckschichten verlangen Sie Berichte über die Prüfung der Haftfestigkeit.
6. Ist AR-Rohr magnetisch und kann es zerstörungsfrei getestet werden?
   Ja, gängige AR-Stähle sind ferromagnetisch. Ultraschall- und Magnetpulverprüfungen eignen sich für die Fehlererkennung; für die Haftung von Schichten und die keramische Bindung sind jedoch methodenspezifische Prüfungen erforderlich.
7. Wie wirkt sich die Konstruktion von Rohrbögen oder -krümmern auf den Verschleiß aus?
   Krümmer, T-Stücke und Übergänge konzentrieren den Verschleiß. Bögen mit langem Radius, abriebfeste Bogeneinsätze oder Auskleidungsschutz an Bögen verringern die lokale Erosion. Induktionsgehärtete Bögen mit großem Radius sind eine bevorzugte Lösung für schwere Bögen.
8. Welchen Einfluss hat die Temperatur auf AR-Stähle?
   Erhöhte Betriebstemperaturen können die Härte und Zähigkeit verringern; siehe Herstellerangaben. Hochtemperatur-Schlammanwendungen erfordern oft spezielle Hochtemperatur-Verschleißlegierungen.
9. Gibt es für Overlay- und Keramiklösungen Garantiebeschränkungen?
   Ja, die Garantiebedingungen sind unterschiedlich. Delaminierung des Overlays und Risse in der Keramik sind übliche Garantieausschlüsse, wenn es zu Temperaturschocks oder Stößen außerhalb der Nennbedingungen kommt. Informieren Sie sich über schriftliche Grenzwerte und empfohlene Betriebsbereiche.
10. Welche Vertragsbedingungen für die Beschaffung verringern das Risiko?
    Dazu gehören Musterabnahmeprüfungen, Härtekartierungen, Abnahmekriterien für zerstörungsfreie Prüfungen, Verfahren für die Lieferinspektion und vereinbarte Probezeiträume für die Lebenserwartung oder Leistungsbenchmarks in Verbindung mit Zahlungsmeilensteinen.

Abschließende Empfehlungen für MWAlloys-Einkäufer und Verfasser von Spezifikationen

1. Übermittlung präziser Betriebsdaten an die Lieferanten: Partikelgrößenverteilung, Konzentration, Temperatur, Geschwindigkeit und Schläge pro Minute.
2. Fordern Sie Härtebild- und Gefügeberichte für jedes gehärtete oder gepanzerte Produkt an.
3. Erwägen Sie induktionsgehärtete Rohre für lange Strecken mit Feinanteilen oder wenn die Kosten für den internen Austausch hoch sind.
4. Für kritische Biegungen und Fallstellen sind Bogeneinsätze oder Keramikfliesen zu verwenden.
5. Bauen Sie Prüfpunkte in den Lieferplan ein und legen Sie in der Bestellung ein klares Abnahmeverfahren fest.

Ausgewählte Hersteller und technische Referenzen

• Technische Seiten für Rohre und Schläuche der Marke Hardox.
• Produkthinweise für induktiv gehärtete, abriebfeste Rohre (Ultra Tech / Ultra 600).
• Industriehinweise zu abriebfesten Stahlsorten und deren Verwendung.
• Technologien und Anwendungsbeispiele für keramisch ausgekleidete Rohre.