Für hochfeste Rohre, die bei hohen Temperaturen oxidationsbeständig sein müssen, eine außergewöhnliche Zähigkeit bei sehr niedrigen Temperaturen aufweisen und mit vorhersagbaren Ergebnissen geschweißt werden können, sind Rohre aus 21-6-9 Edelstahl (UNS S21900, manchmal unter Nitronic 40 oder ähnlichen Handelsnamen vermarktet) ein Spitzenkandidat. Es verbindet eine hohe mechanische Festigkeit mit guter Korrosionsbeständigkeit und zuverlässigen Verarbeitungseigenschaften, wenn es mit den richtigen Umform- und Schweißverfahren verarbeitet wird. Verwenden Sie diese Legierung, wenn Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht, thermische Stabilität und lange Lebensdauer die wichtigsten Konstruktionsfaktoren sind, z. B. in Hydraulikleitungen für die Luft- und Raumfahrt, in kryogenen Systemen, in Instrumentenrohren für Prozessanlagen und in anspruchsvollen industriellen Rohrleitungen.

1. Was ist nichtrostender Stahl 21-6-9?

21-6-9 ist eine austenitische, rostfreie Legierung, die ihren Namen dem nominellen Legierungsgehalt verdankt: ungefähr 21% Chrom, 6% Nickel und 9% Mangan, plus eine kontrollierte Menge Stickstoff zur Verstärkung. Sie wird in der Regel unter der UNS-Nummer S21900 und hat historische oder geschäftliche Verbindungen zu Nitronic 40 und mehreren Luft- und Raumfahrtmaterialspezifikationen wie AMS 5561/5562. Der kontrollierte Stickstoffgehalt ist der Schlüssel: Er erhöht die Streck- und Zugfestigkeit und erhält gleichzeitig die austenitische Struktur und die kryogene Zähigkeit.

2. Warum sich 21-6-9 anders verhält als herkömmliche Austenitwerkstoffe

Zwei Merkmale unterscheiden 21-6-9 von "normalen" rostfreien Sorten:

• Ein erhöhter Mangangehalt unterstützt die austenitische Kristallstruktur, ohne dass nur ein hoher Nickelgehalt erforderlich ist. Dies senkt die Kosten und verbessert bestimmte mechanische Eigenschaften.

• Stickstoff wirkt sowohl als Festiger als auch als Stabilisator. Stickstoffatome im Austenitgitter erhöhen die Streckgrenze und verzögern die Reckalterung, während die Duktilität und Schlagzähigkeit auch bei sehr niedrigen Temperaturen erhalten bleiben. Diese Eigenschaften machen die Legierung dort attraktiv, wo Zähigkeit und Festigkeit bei geringem Gewicht erforderlich sind.

3. Typische chemische Zusammensetzung (nominal)

Anmerkungen: Die genauen Werte können je nach Hersteller und Spezifikation variieren. Fordern Sie immer das Werkszertifikat für die von Ihnen gekaufte Charge an.

4. Mechanische Eigenschaften - was ist bei Rohren zu erwarten?

Die Hersteller veröffentlichen in der Regel Werte für geglühte und kaltverformte Zustände. Die folgende Tabelle zeigt typische Mindestwerte und Trends; verwenden Sie zertifizierte Werksdaten für die Konstruktion.

Praktische Anmerkung: Die hohe Kaltverfestigung der Legierung führt zu einer hohen Festigkeit nach dem Ziehen und Kaltverformen. Diese Eigenschaft kann je nach den abschließenden Umformschritten von Vorteil oder eine Herausforderung sein.

5. Korrosions- und Oxidationsverhalten

21-6-9 bietet eine robuste Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion und eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen im Vergleich zu vielen gewöhnlichen austenitischen Güten. Diese Kombination ergibt sich aus dem hohen Chromgehalt und der stabilisierten austenitischen Matrix der Legierung. Der niedrige Kohlenstoffgehalt hilft, Sensibilisierung und interkristallinen Angriff nach dem Schweißen zu verhindern. In vielen Prozessumgebungen und bei reiner Luft konkurriert die Legierung gut mit teureren nickelhaltigen Edelstählen.

6. Thermischer Bereich und kryogenes Verhalten

Eine der herausragenden Eigenschaften ist die hervorragende Zähigkeit bei sehr niedrigen Temperaturen. Aus Berichten und Datenblättern geht hervor, dass die Kerbschlagzähigkeit bis zu Temperaturen weit unter den typischen Tiefsttemperaturen erhalten bleibt, wodurch sich die Legierung für kryogene Rohrleitungen und Komponenten für Flüssiggasanwendungen und raumfahrtbezogene Hardware eignet. Auf der heißen Seite widersteht sie Oxidation und Verzunderung besser als einfache Austenitwerkstoffe bei vielen Anwendungen bei höheren Temperaturen.

7. Wege der Rohrherstellung und Endbearbeitung

Produktionsmethoden

• Nahtlos kaltgezogene Rohre: Bevorzugt, wenn enge Toleranzen, hervorragende Oberflächenintegrität und verbesserte mechanische Eigenschaften erforderlich sind.

• Geschweißte und kalt aufgeweitete Rohre: Wird für größere Durchmesser verwendet, wenn das Angebot an nahtlosen Rohren begrenzt sein kann.

• Geglühte, lösungsbehandelte und gebeizte Oberflächen: Bieten beste Korrosionsbeständigkeit und ein gleichmäßiges Gefüge.

Üblicherweise angebotene Oberflächenausführungen

• BA (blank geglüht)

• 2B Fräsoptik

• Mechanisches Polieren (bis zum Spiegelgrad)

• Elektropolitur und Passivierung für kritische Korrosionsbeständigkeit

Die Wahl der Oberfläche beeinflusst sowohl die Korrosionsleistung als auch das Reibungsverhalten im Inneren des Rohres. Bei Hydraulik- und Instrumentenleitungen tragen blank geglühte oder elektropolierte Innenseiten dazu bei, Verunreinigungen zu vermeiden und eine laminare Strömung zu fördern.

8. Anleitung zum Umformen, Biegen und Kaltverformen

21-6-9 ist umformbar, aber seine erhöhte Streckgrenze bedeutet, dass die Umformkräfte höher sein müssen als die für 304/316 verwendeten. Bewährte Praktiken:

• Vorwärmen oder Zwischenglühen nach großen Verformungen verhindert Rissbildung und entlastet die Kaltverfestigung.

• Verwenden Sie das Dornbiegen für Rohrbiegungen mit kleinem Radius, um Faltenbildung oder Zusammenfallen zu vermeiden.

• Kontrollieren Sie beim Ziehen oder Kaltreduzieren die Schmierung und den Aufbau der Matrize, um Riefen zu vermeiden und eine gleichmäßige Wandstärke zu erzielen.

Da die Legierung schnell kaltverfestigt wird, sollten Sie die Umformung so gestalten, dass sie mit einer abschließenden Formgebung endet, die zusätzliche Kaltverformung minimiert, wenn eine hohe Zähigkeit des fertigen Teils erforderlich ist.

9. Schweißen, Löten und Fügen

21-6-9 lässt sich mit den üblichen Schmelzverfahren gut schweißen. Wichtige Punkte für zuverlässige Verbindungen:

• Verwenden Sie passende Schweißzusatzwerkstoffe, wenn die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht der Grundlegierung entsprechen muss. Bei vielen Anwendungen werden 309 oder speziell abgestimmte Nickel-Eisen-Zusatzwerkstoffe gewählt; konsultieren Sie den Zusatzwerkstofflieferanten und die Schweißverfahrensspezifikation.

• Ein niedriger Kohlenstoffgehalt verringert das Risiko der interkristallinen Korrosion nach dem Schmelzschweißen, aber eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist selten notwendig und kann die Vorteile der Stickstoffverfestigung verringern.

• Kontrollieren Sie beim Löten die Flussmittel und die Reinigung nach dem Löten, um Flussmittelrückstände zu vermeiden, die die Korrosionsbeständigkeit angreifen können.

Die Schweißparameter sollten mit WPS-Versuchen (Schweißverfahrensspezifikation) ermittelt und bei Bedarf nach den geltenden Normen für Luft- und Raumfahrt- oder Druckbauteile qualifiziert werden.

10. Bearbeitungs- und Fertigungshinweise

Die zerspanende Bearbeitung kann aufgrund der Kaltverfestigung und der Zähigkeit der Legierung schwieriger sein als die Bearbeitung von niedrigfesten nichtrostenden Stählen. Tipps:

• Starre Spannvorrichtungen, positive Vorschübe und niedrige Schnittgeschwindigkeiten reduzieren die Kaltverfestigung.

• Kühlmittel mit hohem Durchfluss und scharfe Werkzeuge verbessern die Lebensdauer der Werkzeuge.

• Bei Tieflochbohrungen oder engen Toleranzen sollten Sie, wenn möglich, Schlichtdurchgänge nach dem Spannungsfreiglühen oder Glühen in Betracht ziehen.

11. Typische Rohrgrößen, Wandstärken und Toleranzen

Nachstehend finden Sie eine repräsentative Auswahl. Die tatsächliche Lagerliste variiert je nach Werk und Händler.

Toleranzen und Oberflächenbeschaffenheit variieren stark; bestellen Sie nach Spezifikation und fordern Sie zertifizierte mechanische und chemische Prüfberichte für kritische Systeme an. Typische Toleranzen für Rohre in der Luft- und Raumfahrt sind eng und erfordern oft nahtlos gezogene Produkte.

12. Inspektions- und Prüfprotokolle für kritische Rohre

Um Zuverlässigkeit und Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten, müssen:

• Zertifikat über die chemische Analyse der Mühle (rückverfolgbar auf die Schmelznummer)

• Berichte über Zugversuche und Fließversuche

• Härte- und Kerbschlagprüfungen für kryogene Anwendungen

• Zerstörungsfreie Prüfungen bei Bedarf: Wirbelstrom, hydrostatische Prüfungen, Helium-Dichtheitsprüfungen für hermetische Systeme

• Prüfung der Abmessungen und der Oberflächenbeschaffenheit

Bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder bei sicherheitskritischen Anwendungen sollten Sie die Einhaltung der einschlägigen AMS- oder ASTM-Spezifikationen verlangen und eine Eingangskontrolle mit dokumentierten Abnahmekriterien durchführen.

13. Allgemeine Anwendungen und anwendungsspezifische Gestaltungshinweise

Hydraulik- und Kraftstoffleitungen für die Luft- und Raumfahrt

• Verwenden Sie nahtlose, kaltgezogene 21-6-9-Rohre für Hydraulikleitungen mit kleinem Durchmesser und hoher Festigkeit.

• Vorteil: Hervorragende Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen in der Nähe des Motors. Geben Sie bei Bedarf AMS 5561/5562 an.

Kryogenische Rohrleitungen und Raumfahrt-Hardware

• Tieftemperaturzähigkeit bedeutet, dass Komponenten in verflüssigten Gasen oder in Weltraumumgebungen zuverlässig arbeiten können. Beherrschen Sie Verunreinigungen und vermeiden Sie versprödende Phasen bei der Herstellung.

Industrielle und verfahrenstechnische Instrumentierung

• Dünnwandige Instrumentenschläuche bieten eine hohe Festigkeit für die Handhabung von Druck, ohne dass die Wände zu dick sind.

Verschmutzungskontrolle und chemische Verarbeitung

• Aufgrund der guten Oxidations- und Luftkorrosionsbeständigkeit eignet sich die Legierung für einige Hochtemperatur- oder oxidierende Prozesskanäle und -rohre.

Strukturelle und spezielle Komponenten

• Wenn Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind, kann 21-6-9 in einigen Konstruktionen teurere Nickellegierungen ersetzen.

14. Vergleichende Momentaufnahme: 21-6-9 gegenüber Edelstahl 304 und 316

Ingenieure sollten die Auswahl auf der Grundlage der Umgebung, der erforderlichen Streckgrenze und der Kostenziele treffen. Bei hochfesten Rohren, bei denen Gewicht und Zähigkeit eine Rolle spielen, ist 21-6-9 oft besser als 304 oder 316.

15. Überlegungen zur Beschaffung und zur Preisgestaltung im Werk

Wenn Sie auf Produktseiten mit "100% Fabrikpreis" werben, überzeugt Klarheit Käufer und Suchmaschinen:

• Geben Sie klare MOQ (Mindestbestellmenge) und Lieferzeiten an und teilen Sie mit, ob die Preise EXW/FOB/CIF sind.

• Bieten Sie Zertifikate zum Herunterladen und ein ausführliches Produktdatenblatt für jede SKU an.

• Zeigen Sie reale Fotos von Schläuchen und stellen Sie auf Anfrage Musterzertifikate zur Verfügung.

• Für Großabnehmer sind Fabrikpreise am überzeugendsten, wenn sie mit rückverfolgbaren Werksprüfzeugnissen und Produktionsfotos kombiniert werden.

Verhandlungstipp: Werke und Händler berechnen ihre Preise oft nach Wärmemenge, Oberflächengüte und Nacharbeit. Der Kauf von gezogenen nahtlosen Längen in Standarddurchmessern in großen Mengen bringt den besten Stückpreis. Marktdaten zeigen, dass der Kauf kleiner Mengen bei Händlern höhere Stückkosten verursacht.

16. Leitlinien für Umwelt, Handhabung und Lagerung

Zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit und des Aussehens der Oberfläche:

• In trockenen, belüfteten Räumen und nicht auf dem Boden lagern.

• Vermeiden Sie das direkte Stapeln auf ungleichen Metallen, da dies zu galvanischen Verfärbungen führen kann.

• Schützen Sie die Schnittenden vor Verunreinigungen und Ölfilmen; reinigen Sie sie mit geeigneten Lösungsmitteln und passivieren Sie sie vor der Montage bei kritischen Systemen.

• Recyceln Sie Schrottlegierungen durch zertifizierte Metallrecycler, um den Materialwert zu erhalten und die Abfallvorschriften einzuhalten.

17. Zwei technische Tabellen für Ingenieure

Tabelle A: Typische Werte für mechanische Eigenschaften (Beispiele für Werkszeugnisse)

Tabelle B. Gemeinsame Normen und Äquivalente

Fordern Sie die spezifische Spezifikationsnummer für jede regulierte Anwendung an; in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Kryotechnik ist häufig eine Dokumentation auf AMS-Niveau erforderlich.

18. Konstruktionshinweise für Ingenieure, die Rohre spezifizieren

• Auswahl der Wandstärke: Konstruktion zur Gewichtsminimierung bei gleichzeitiger Einhaltung der Berst- und Ermüdungsfestigkeit. Die höhere Festigkeit von 21-6-9 erlaubt häufig dünnere Wände als 304.

• Biegezugaben: Verwenden Sie Dornbiegen für Radien unter dem Dreifachen des Rohr-AD. Vergrößern Sie den Biegeradius, wenn die innere Oberfläche kritisch ist.

• Beitritt zu: Bevorzugen Sie bei dauerhaften Verbindungen Schweißverbindungen mit abgestimmten Schweißzusätzen und qualifizierten WPS. Für abnehmbare Verbindungen sind Fittings zu wählen, die mit 21-6-9 kompatibel sind, und die Kompatibilität ist beim Fittinghersteller zu erfragen.

• Prüfung: Bei Drucksystemen sind die Teile bei 1,5-fachem Auslegungsdruck hydrostatisch zu prüfen, sofern die Vorschriften nichts anderes vorschreiben.

• Rückverfolgbarkeit: Aufnahme der Schmelznummer in die Prüfprotokolle und Zuordnung der End-to-End-Zertifikate zu Baugruppen für Luft- und Raumfahrt oder Sicherheitssysteme.

19. Häufig gestellte Fragen

1. Was bedeutet 21-6-9 bei rostfreiem Stahl?
   Sie gibt die nominale Zusammensetzung an: etwa 21% Chrom, 6% Nickel und 9% Mangan, wobei Stickstoff zur Verstärkung verwendet wird. Die Legierung wird im Allgemeinen mit UNS S21900 bezeichnet.

2. Ist 21-6-9 das Gleiche wie Nitronic 40?
   Viele Handelsnamen überschneiden sich. Nitronic 40 und 21-6-9 beziehen sich auf ähnliche stickstoffverfestigte, hochmanganhaltige austenitische Chemikalien, aber überprüfen Sie die genaue Zusammensetzung und Spezifikation mit dem Lieferanten.

3. Kann ich 21-6-9-Rohre für kryogene Anwendungen verwenden?
   Ja, die Legierung behält ihre ausgezeichnete Zähigkeit bei sehr niedrigen Temperaturen und eignet sich für kryogene Rohrleitungen, wenn sie richtig hergestellt und qualifiziert wird.

4. Wie verhält sich 21-6-9 im Vergleich zu 304 oder 316 bei Rohren?
   21-6-9 hat in der Regel eine höhere Streckgrenze und eine bessere Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit als 304 oder 316. Die Korrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen Umgebungen kann geringer sein als bei 316; die Wahl hängt von der Umgebung ab.

5. Welche Fertigungsmöglichkeiten gibt es für 21-6-9-Rohre?
   Nahtlos kaltgezogene Rohre, geschweißte und gezogene Rohre sowie verschiedene geglühte oder gebeizte Ausführungen. In der Luft- und Raumfahrt sind nahtlos kaltgezogene Rohre mit engen Toleranzen üblich.

6. Lässt sich 21-6-9 leicht schweißen?
   Ja, es lässt sich in der Regel mit den üblichen GTAW- und GMAW-Verfahren schweißen. Verwenden Sie einen geeigneten Schweißzusatz und befolgen Sie die Schweißverfahrensspezifikationen für kritische Systeme.

7. Ist eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich?
   In den meisten Fällen ist eine PWHT für Rohre nicht erforderlich und kann die durch Stickstoff verfestigte Härte verringern. Beachten Sie die für die Anwendung geltende Norm. Bei Druckbehältern sind die Vorschriften zu beachten.

8. Mit welchen Toleranzen kann ich bei gezogenen nahtlosen Rohren rechnen?
   Enge Abmessungstoleranzen können erreicht werden; fordern Sie die Toleranztabelle des Lieferanten an. Gezogene Rohre für die Luft- und Raumfahrt haben oft die strengsten Toleranzen.

9. Wie sollte ich 21-6-9 Schläuche lagern?
   Trocken und belüftet lagern. Vermeiden Sie den Kontakt mit Kohlenstoffstahl oder salzhaltigen Umgebungen, die zu Fleckenbildung führen könnten. Wärmenummern zur Rückverfolgbarkeit kennzeichnen.

10. Warum könnte sich ein Käufer für 21-6-9 statt für eine Nickellegierung entscheiden?
    Es stellt einen attraktiven Kompromiss dar: höhere Festigkeit und verbesserte Oxidationsbeständigkeit im Vergleich zu Standard-Edelstählen, bei geringeren Kosten als bei vielen nickelhaltigen Legierungen. Bei vielen Anwendungen sprechen die Lebenszykluskosten für 21-6-9.

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Ausgewählte technische Referenzen und Datenblätter von Zulieferern, die zur Vorbereitung dieses Artikels verwendet wurden, umfassen Materialseiten von Zulieferern und Datenblätter für Rohre für die Luft- und Raumfahrt. Für die Einhaltung von Spezifikationen oder die endgültige Auslegung konsultieren Sie bitte direkt das Werkszertifikat und die anwendbare AMS- oder ASTM-Norm. Repräsentative Referenzen: TW Metals-Produktseite für 21-6-9-Rohre, Finetubes UNS S21900-Hinweis, Alleima-Materialdatenblatt, AZoM-Fachartikel über die Güte 21-6-9, Superior Tube-Legierungsdatenblatt und Smiths Advanced-Rohrblatt.