Kanthal® APMT ist eine hochentwickelte pulvermetallurgische, dispersionsverfestigte, ferritische Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung (FeCrAlMo-Legierung), die in oxidierenden und reduzierenden Atmosphären für die kontinuierliche Nutzung bis 1250 °C empfohlen wird.
Kanthal® APMT verfügt über eine hohe Kriechfestigkeit und hervorragende Formstabilität. Kanthal® APMT bildet ein nicht verzunderndes Al2O3-Schutzbeschichtungsoxid, wenn es hohen Temperaturen ausgesetzt wird, das einen guten Schutz in den meisten Ofen- und Verbrennungsumgebungen, darunter oxidierend, sulfidierend und aufkohlend, bietet, sowie vor Kohlenstoff- und Ascheablagerungen usw. schützt. Die Kombination aus hervorragenden Oxidationseigenschaften und Formstabilität machen die Legierung einzigartig. Dank der hervorragenden Beständigkeit von Kanthal® APMT gegenüber Oxidation und Aufkohlung ist es sehr gut für Hochtemperatur-Konstruktionsanwendungen in verschiedenen Atmosphären geeignet.
Anwendungen
- Strahlungsrohre für elektrisch und gasbeheizte Öfen
- Retorten und Muffen für die Wärmebehandlung und das Hochtemperatur-Sintern von pulvermetallurgischen Komponenten
- Abschirmungsrohre
- Brennerkomponenten, Düsen und Brandmelder
- Lastenträger, z.B. Lastenbehälter oder -körbe
- Ofenmöbel und Ofenbaukomponenten
- Ungekühlte Komponenten in mit Kohle, Gas und Biokraftstoff befeuerten Kraftwerken
- Thermoelementschutzrohre in Kraftwerken und petrochemischen Hochtemperaturprozessen
Die Werte und Diagramme stehen stellvertretend für alle Produktarten im Auslieferungszustand, sofern nicht anders angegeben. Die angegebenen Werte stammen aus an SI-Einheiten vorgenommenen Tests.
Formen der Lieferung
| Formular | Maße (mm) | Maße (Zoll) | |
| Platte | Breite | ≤ 1500 | ≤ 47,24 |
| Dicke | 3–20 | 0,12–0,79 | |
| Länge | ≤ 3300 | ≤ 118,44 | |
| Stranggepresste Rohre | Außendurchmesser | 26–260 | 1,05–10,24 |
| Wandstärke | 2,87–11,0 | 0,11–0,43 | |
| Länge** | 3000–13000 | 118,11–511,81 | |
| Kaltgewalztes Band* | Breite | ≤ 205 | ≤ 8,07 |
| Dicke | 0,2–3 | 0,01–0,12 | |
| Draht | Ø | 0,2–9,5 | 0,01–0,37 |
| Stange | Ø | 5,5–12 | 0,22–0,47 |
| Rundstab | Ø | ≤ 100 | ≤ 3,94 |
| Länge | ≤ 4500 | ≤ 177,17 | |
| Schmiederohlinge | Breite | ≤ 500 | ≤ 19,69 |
| Dicke | 35–170 | 1,38–6,69 | |
| Länge** | ≤ 3000 | ≤ 118,11 | |
| Vierkantstab | ф | ≤ 150 | ≤ 5,91 |
| Länge | ≤ 4500 | ≤ 177,17 |
Weitere Größen und Formen sind auf Anfrage erhältlich.
*) Kaltgewalzte Bänder sind als auf Länge geschnittene Produkte erhältlich
**) Die Länge ist abhängig vom Querschnitt
Chemische Zusammensetzung
| C % | Si % | Mn % | Mo % | Cr % | Al % | Fe % | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nominale Zusammensetzung | 3,0 | 21,0 | 5,0 | Balance | |||
| Min. | - | - | - | 20,5 | - | ||
| Max. | 0,08 | 0,7 | 0,4 | 23,5 | - |
Mikrostruktur
Die Struktur ist ferritisch mit einer typischen durchschnittlichen Korngröße von 30 bis 50 mm im Auslieferungszustand. Die Körner werden in Draht und Stab in Längsrichtung gelängt und werden in der Ebene von flachen Produkten grundsätzlich erweitert. Einige Produktformen unterliegen einer sekundären Rekristallisierung, nachdem sie Temperaturen über 1000 °C ausgesetzt wurden, die in der Regel lange und flache Körner mit Längen bzw. Breiten von einigen hundert µm zur Folge haben.
 |
 |
|
| Poliertes und geätztes Gefügebild, ab 8 mm warmgewalztes Blech, Auslieferungszustand | TEM-Abschnitt mit Korngrenzen und Partikeldispersion |
Physikalische Eigenschaften
| Dichte g/cm3 | 7,25 |
|---|---|
| Spezifischer elektrischer Widerstand bei 20 °C Ω mm2/m | 1,40 |
| Querdehnungszahl | 0,30 |
| Temp. °C | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | 1100 | 1200 | 1300 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Ct |
1,00 | 1,00 | 1,01 | 1,01 | 1,01 | 1,02 | 1,02 | 1,02 | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,04 |
E-Modul
| Temperatur [°C] [GPa] |
20 | 100 | 200 | 400 | 600 | 800 | 1000 |
| 220 | 210 | 205 | 190 | 170 | 150 | 130 |
Wärmeleitfähigkeit
|
Temperatur [°C] |
Wärmeleitfähigkeit |
Temperatur [°F] |
Wärmeleitfähigkeit |
|
50 600 800 1000 1200 |
11 21 23 27 29 |
1200 1400 1600 1800 2000 2200 |
12,5 13 14 15,5 16 17 |
Wärmeausdehnungskoeffizient
|
Temperatur [°C] |
Wärmeausdehnung (x10-6) [°C-1] |
Temperatur [°F] |
Wärmeausdehnung (x10-6) [°F-1] |
|
20–250 20–500 20–750 20–1000 20–1250 |
12,4 13,1 13,6 14,7 15,4 |
68–400 68–600 68–800 68–1000 68–1200 68–1400 68–1600 68–1800 68–2000 68–2200 |
6,8 7,0 7,2 7,3 7,4 7,6 7,9 8,1 8,4 8,6 |
Spezifische Wärmekapazität
|
Temperatur [°C] |
Spezifische Wärmekapazität |
Temperatur [°F] |
Spezifische Wärmekapazität |
|
20 200 400 600 800 1000 1200 |
480 560 640 710 670 690 700 |
68 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 |
0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,16 0,16 0,16 0,17 0,17 |
| Schmelzpunkt | 1500 °C |
|---|---|
| Magnetische Eigenschaften | Ferromagnetisch, Curie-Punkt bei ca. 600 °C |
| Emissionswert – vollständig oxidierter Werkstoff Ɛ | 0,70 |
Mechanische Eigenschaften
Zugeigenschaften bei Raumtemperatur 20 °C
| Dehngrenze Rp0,2 MPa |
Zugfestigkeit Rm MPa |
Längung A % |
Härte Hv |
|---|---|---|---|
| 510–600 | 725–780 | Typischerweise 10–15 | 250 |
Hinweis: Werkstoffe in schweren Bereichen weisen grundsätzlich eine höhere Zugfestigkeit und geringere Längungswerte auf.
Mechanische Eigenschaften bei erhöhter Temperatur
Alle Werte sind Durchschnittswerte im Auslieferungszustand. Die Proben werden in Längsrichtung aus dem Rohr und in Länge und Querrichtung bei warmgewalztem Blech entnommen.
Stoßprüfung
Die Grafik zeigt Charpy-V-Ergebnisse aus einem Erwärmungstest. Standardproben wurden aus 12 mm warmgewalztem Blech entnommen. Ein Übergang vom niedrigen zum hohen Absorptionsenergiebereich tritt bei etwa 200 °C auf. Ein ähnliches Verhalten ist bei anderen Produktformen in relativ schweren Bereichen wie extrudierten Rohren zu erkennen.
|
Temperatur °C |
Zugfestigkeit Rm MPa |
|---|---|
| 600 | 420 |
| 800 | 120 |
| 1.000 | 42 |
| 1200 (2192) |
16 |
Warmzugversuch – Gleeble-Test (Umformgeschwindigkeit ~1 s-1)
| Zeit | Temperatur/Spannung (MPa) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| h | 700 °C | 800 °C | 900 °C | 1000°C | 1100°C | 1200°C | 1300°C |
| 100 | 39,9 | 26,2 | 19,7 | 12,7 | 7,0 | 3,4 | 2,1 |
| 1000 | 36,8 | 23,4 | 16,2 | 9,9 | 5,0 | 2,3 | 1,5 |
| 10000 | 34,0 | 21,0 | 13,2 | 7,8 | 3,6 | 1,6 | 1,2 |
| 100000 | 31,4 | 18,8 | 10,8 | 6,1 | 2,6 | 1,1 | 0,9 |
1 % Längung – Daten werden anhand der Mindest-Dehnungsgeschwindigkeit berechnet. Grundsätzlich gibt es einen primären Kriech-Grundwert im Bereich von 0,3–1 %, je nach Produktform, Temperatur und Spannungsniveau. Die Gesamt-Bruchlängung hängt von der Temperatur und Spannung ab, liegt jedoch in der Regel im Bereich von 3 bis 12 %, wobei der niedrigere Bereich für geringe Spannungsniveaus steht.
| Zeit | Temperatur/Spannung (MPa) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| h | 700 °C | 800 °C | 900 °C | 1000°C | 1100°C | 1200°C | 1300°C |
| 100 | 45,0 | 29,2 | 21,6 | 14,4 | 8,7 | 4,6 | 2,7 |
| 1000 | 39,7 | 24,8 | 17,0 | 10,8 | 5,5 | 2,5 | 1,5 |
| 10000 | 35,0 | 21,1 | 13,4 | 8,1 | 3,5 | 1,4 | 0,9 |
| 100000 | 30,8 | 18,0 | 10,6 | 6,1 | 2,3 | 0,8 | 0,5 |
Die Kriechbruchdaten sind repräsentative Mittelwerte für Rohre, Stäbe und warmgewalztes Blech, basierend auf Kriechtests, die im Zeit- und Temperaturbereich durchgeführt wurden, der durch die Länge der durchgehenden Linien in den Diagrammen dargestellt wird (Testzeiten unter 50000 Stunden). Es wird darauf hingewiesen, dass die Bauteillebensdauer in dünneren Abschnitten durch Oxidation/Korrosion verkürzt sein kann, anstatt dass es zu einem Kriechbruch bei geringen Spannungsniveaus und langen Aussetzungszeiten kommt, wie durch den schattierten Bereich in den Tabellen dargestellt. 10000 Stunden Bruch im Vergleich zu einigen anderen Legierungen sind im Diagramm dargestellt.
Kriechbruchspannung
Larsson-Miller-Diagramm
Sekundäre Kriechrate
Korrosionsbeständigkeit
Hochtemperaturoxidations- und -korrosionseigenschaften
Kanthal® APMT weist aufgrund der spontanen Bildung einer dünnen Aluminiumoxidschicht (Al2O3), die das Grundmaterial vor Korrosionsangriff schützt, hervorragende Hochtemperaturkorrosionseigenschaften auf. Die wichtigsten Eigenschaften des Zunders sind nachstehend zusammengefasst:
- Thermodynamisch stabil – wird auch in Schutzatmosphären bei sehr niedrigen Taupunkten gebildet
- Inert – nach der Bildung ist sie hinsichtlich chemischer Reaktionen sehr stabil
- Dicht – bildet eine sehr effektive Barriere gegen Kohlenstoff-Diffusion und Eindringen von Schmutz
- Dünn – sehr geringe Mengen von Aluminium werden zur Bildung und Erhaltung des Zunders abgebaut, wodurch sich eine sehr lange Oxidationslebensdauer ergibt
- Anhaftend – aufsplitterungsresistent bei thermischer Wechselbeanspruchung
Oxidationseigenschaften
Die Oxidationsbeständigkeit von Kanthal® APMT ist aufgrund seines Aluminiumoxidschutzes höher als die von Ni-basierten und hochlegierten, austenitischen, chromoxidbildenden Legierungen. Es bietet geringere Zunderaufsplitterung, und Aluminiumoxid ist im Gegensatz zu Chromoxid nicht anfällig für die Abgabe von flüchtigen Stoffen in feuchte Atmosphären.
Kanthal® APMT wird für den Einsatz in Luft und in den meisten oxidierenden und reduzierenden Gasen bis 1250 °C empfohlen, was ca. 100 °C über den Temperaturen der chromoxidbildenden Legierungen mit den besten Eigenschaften liegt. Kurzzeitig sind Temperaturen bis 1300 °C ohne erhebliche nachteilige Auswirkungen möglich.
Die Korrosionsbeständigkeit in trockenem N2 oder H2/N2 ist sehr hoch, wenn DP höher als -25 °C ist. Unter diesem Wassergehaltniveau kann die Legierungen in bestimmten Situationen zu Nitrieren neigen.
Die nachstehende Abbildung zeigt eine Massenänderung während der diskontinuierlichen Oxidation in Luft bei 1100 °C. Nach einer anfänglichen Phase betrugen die Zykluszeiten ca. 100 Stunden. Kanthal® APMT weist eine sub-parabolische Gewichtszunahme auf, während der Zunder an der Fe25Cr35Ni-Legierung nach weniger als 24 Stunden abzublättern beginnt.
Begrenzte Lebensdauer der Oxidation
Die begrenzte Lebensdauer der Oxidation wird durch den sukzessiven Abbau von Al in der Legierung bestimmt. Der schützende Zunder aus Aluminiumoxid bricht nach längerer Zeit bei hohen Temperaturen ab, wenn der Al-Gehalt zwischen 1 und 3 wt% erreicht hat, je nach Temperatur und thermischer Wechselbeanspruchung. Die vergleichende Oxidationslebensdauer kann gemäß ASTM B78-81 geschätzt werden. Die Prüfung wird mit Ø 0,7-mm-Draht durchgeführt, und die Ergebnisse werden in dem Diagramm für Kanthal® APMT und einige andere Hochtemperaturlegierungen gezeigt.
Aufkohlungseigenschaften
Durch die Bildung eines schützenden Zunders aus Aluminiumoxid weist Kanthal® APMT im Vergleich zu chromoxidbildenden Legierungen eine höhere Aufkohlungsbeständigkeit auf.
In der nachstehenden Abbildung wurde die durchschnittliche Aufkohlungstiefe anhand des Gesamtmaterialverlusts während der Prüfung berechnet.
Wärmebehandlung
Voroxidation
Bei einer Voroxidationsbehandlung wird ein schützender ca. 1 µm starker Aluminiumoxidzunder gebildet, der sich ideal für eine weitere Aussetzung in korrosiven Umgebungen eignet. Vor dem Erhitzen müssen die Oberflächen von Schmutz, Ablagerungen, Ölen usw. befreit werden, die anderenfalls das Schutzoxid beeinträchtigen können. Empfohlene Voroxidationsparameter sind 8 Stunden bei 1050 °C. Kühlungsrate: 50 °C/Std. auf 500 °C, gefolgt von Abkühlung an der Luft. Von Zwangskühlung mit Lüftern oder Druckluft wird abgeraten.
Spannungsentlastung
Eine Spannungsentlastung kann nach weiteren Umformprozessen vorgenommen werden und ist nach dem Schweißen erforderlich. Empfohlen werden 1 Stunde bei 850 °C an der Luft, zusätzlich zu der Zeit, die die Wärme benötigt, um das gesamte Material zu durchdringen. Kühlungsrate: 100 °C/Std. auf 500 °C, gefolgt von Abkühlung an der Luft. Von Zwangskühlung mit Lüftern oder Druckluft wird abgeraten.
Fertigung
Kanthal® APMT lässt sich bei Raumtemperatur formen. Da die Schlagfestigkeit bei Raumtemperatur jedoch vergleichsweise gering ist, wird empfohlen, plastische Verformung nur nach Vorheizen auf T ≥ 250 °C durchzuführen.
Beim Biegen über die Kante mit Radius entstehen im Vergleich zu V-Biegen geringere bereichsbegrenzte Spannungen. Daher wird ersteres Verfahren bevorzugt. Für Platten und Bänder wird der Kantenbiegeradius Rmin ≥ 3t empfohlen. Jedoch ist für Platten mit t ≤ 5 mm auch Rmin ≥ 2t grundsätzlich möglich.
Für Rohre wird induktives Biegen mit Erwärmen auf 875 °C empfohlen. In der Regel ist nach dem Biegeprozess keine Wärmebehandlung zur Spannungsentlastung erforderlich. Minimaler Biegeradius mit zulässiger Änderung der Wandstärke ± 10 %, kann berechnet werden aus
Rmin = 3 AD
AD steht für den Außendurchmesser des Rohrs. Der Biegeradius wird von der Achse des Rohrs definiert.
Schneiden und Fräsen
Wasserstrahlschneiden ist das empfohlene Verfahren für Kanthal APMT. Sägen mit geringer Geschwindigkeit und umfassender Kühlung ist ebenfalls möglich.
Die mechanische Bearbeitbarkeit von Kanthal® APMT ist mit den Eigenschaften von geschmiedetem oder gewalztem ferritischem Edelstahl vergleichbar. Die Zerspanungsgeschwindigkeit muss jedoch im Vergleich zu Standardhärten reduziert werden. Ein Ausgangspunkt zur Optimierung auf die ungefähre Hälfte wird empfohlen, damit die Werkzeugtemperatur kontrolliert werden kann. Bei den meisten mechanischen Bearbeitungsvorgängen können emulsionsbasierte Standardkühlmittel verwendet werden. Eine Ausnahme besteht bei Tiefbohrarbeiten, bei dem Klauenöl für einen geringeren Werkzeugverschleiß sorgt.
Fügen
Unsere Empfehlungen dienen lediglich als Richtlinien, und die Eignung eines Materials für eine bestimmte Anwendung kann nur bestätigt werden, wenn die tatsächlichen Servicebedingungen bekannt sind. Unsere kontinuierliche Entwicklung erfordert möglicherweise Änderungen in den technischen Daten für das Schweißen, die wir ohne Ankündigung vornehmen.
Das am häufigsten verwendete Fügeverfahren für APMT ist das herkömmliche TIG/GTAW-Schweißen. Alternative Fügeverfahren wie Nieten und Verschrauben wurden getestet, können in bestimmten Anwendungen hilfreich sein und bieten den Vorteil, dass die verstärkende Partikeldispersion intakt bleibt.
Schweißen
Beispiele für Schweißvorbereitungen und TIG/GTAW-Einstellungen, die sich für V-Stumpfnähte und Kehlnähte eignen, sind nachstehend aufgeführt. Für dünne Kanthal APMT-Platten sind geringere Schweißströme besser geeignet. Das Schweißen erfolgt nach Vorwärmen auf 250 ± 50 °C. Die Verbindung wird anschließend 1 Stunde lang bei 850 °C spannungsarm geglüht. Als Schutzgas wird reines Argon empfohlen. Dem Gas darf auf keinen Fall CO2 oder NO zugesetzt sein.
|
Pass |
Stromstärke [A] |
Spannung [V] |
Polarität |
Geschwindigkeit [mm/min] |
Schutzgas |
|
Wurzel |
75–95 |
12–14 |
DCEN |
15–30 |
Ar 99,99 % |
|
2–3 |
150–175 |
13–16 |
DCEN |
40–70 |
Ar 99,99 % |
|
ab 4 |
150–175 |
13–16 |
DCEN |
75–110 |
Ar 99,99 % |
|
Pass |
Stromstärke [A] |
Spannung [V] |
Polarität |
Geschwindigkeit [mm/min] |
Schutzgas |
|
1 |
160–180 |
13–16 |
DCEN |
70–100 |
Ar 99,99 % |
|
ab 2 |
160–180 |
13–16 |
DCEN |
70–100 |
Ar 99,99 % |
Schweißzusatzwerkstoffe
Für TIG/GTAW-Schweißen kann Draht mit einem Durchmesser von 1,6 oder 2,4 mm verwendet werden. Ein Durchmesser von 1,6 mm wird für die Wurzellage empfohlen, und für nachfolgende Lagen können 1,6 oder 2,4 mm verwendet werden.
Beim Aufschweißen von APMT auf andere Werkstoffe ist APMT in der Regel der empfindlichere der beiden Werkstoffe, und das Schweißen kann wie beim APMT-auf-APMT-Schweißen durchgeführt werden.
Empfohlene Schweißzusatzwerkstoffe für APMT auf einige gängige Legierungen
| Aufschweißen auf | Füllmaterial |
| Kanthal APMT | Kanthal APMT |
| Ni-basierte Legierungen, 600, 601 | Kanthal APMT oder Exaton Ni72HP |
| Hochlegierter austenitischer Edelstahl, 310, 353MA, 253MA, 800, HK40, HP | Exaton 25.20L |
| Austenitischer Edelstahl, 304, 316, 347 |
Exaton 25.20L |
| Ferritischer Edelstahl, 409, 430, 446 | Kanthal APMT |
| Kohlenstoff- und niedriglegierter Stahl | OK Autrod 12.64 |
Vorwärmen
Ein Vorwärmen auf 250 ± 50 °C wird empfohlen. Falls möglich, muss ein Vorerwärmen mit offener Flamme/Brenner vermieden werden, oder, falls dies die einzige Option ist, muss es von Personen durchgeführt werden, die mit dem Schweißen von APMT Erfahrung haben, da beim Erreichen einer gleichmäßigen Temperaturverteilung im Schweißbereich Schwierigkeiten bestehen.
Falls erforderlich, muss der Schweißbereich erneut erwärmt werden, damit während des Schweißverfahrens eine Schweißtemperatur von mindestens 200 °C aufrecht erhalten werden kann.
Wärmebehandlung nach dem Schweißen (Post Weld Heat Treatment) – PWHT
Eine Spannungsentlastung nach dem Schweißen muss direkt nach dem Schweißen durchgeführt werden. Die Schweißnaht darf nicht unter 200 °C abkühlen, bevor die Wärmebehandlung nach dem Schweißen durchgeführt wurde. Parameter siehe Wärmebehandlung. Bei APMT-auf-APMT-Schweißen empfehlen wir eine Kombination aus Spannungsentlastung und Voroxidieren des Schweißbereichs in Verbindung mit der Wärmebehandlung nach dem Schweißen.
Vorbereitendes Reinigen und Reinigen nach dem Schweißen
Das Entfetten der Fügeflächen muss vor dem Schweißen durchgeführt werden. Die Reinigung nach dem Schweißen kann mechanisch mit einer Edelstahlbürste erfolgen.
Beibehaltene Stärke in der Verschweißung
Kanthal® APMT ist eine fortschrittliche pulvermetallurgisch dispersionsverfestigte Legierung, und das Schweißen hat negative Auswirkungen auf die mechanischen und Hochtemperatur-Kriecheigenschaften des Materials. Der Grund ist die Störung der Kornstruktur und die Dispersionsverteilung. Repräsentative Daten der Kriechfestigkeit von TIG-Verschweißungen mit dem Kanthal® APMT-Füllmaterial können diesem Diagramm entnommen werden. Beispielsweise kann die Schweißbruchfestigkeit bei 1000 °C mit dem von unbetroffenem Werkstoff bei 1100 °C verglichen werden.
Zusätzliche Informationen
Diese Richtlinien/Empfehlungen berücksichtigen Oxidations- und Korrosionseigenschaften während einer längeren Aussetzung in hohen Temperaturen. Daher können sich unsere Empfehlungen von herkömmlichen Schweißempfehlungen beim Konstruktionsschweißen unterscheiden. Wenden Sie sich für weitere Hilfe an Ihren örtlichen Vertriebsmitarbeiter von Sandvik Heating Technology.