Alloy 625 Grade 1 und Grade 2: ein Wärmebehandlungszustand, keine Qualitätsstufe

In vielen Werkstoffnormen steht eine höhere Grade-Nummer für mehr Festigkeit oder bessere Qualität. Bei Alloy 625 (UNS N06625, 2.4856) ist das nicht so. Wer Grade 2 in der Annahme bestellt, er sei eine Stufe über Grade 1, erhält Material mit einer um ein Drittel niedrigeren Dehngrenze.

Der Grade ist die letzte Wärmebehandlung

ASTM unterteilt Alloy 625 in zwei Grades; der einzige Unterschied ist die Temperatur der letzten Wärmebehandlung vor der Lieferung.

Die Festigkeiten gelten für nahtlose Rohre (ASTM B444). Die anderen Erzeugnisformen folgen im nächsten Abschnitt.

Eine höhere Lösungsglühtemperatur ergibt ein gröberes Korn. Grobes Korn kostet bei Raumtemperatur etwas Festigkeit, widersteht aber unter langzeitiger Last bei hoher Temperatur dem Kriechen besser. Die beiden Grades bedienen deshalb zwei Arten von Beanspruchung:

• Korrosionsbeständige Konstruktionen von Raumtemperatur bis 1100 °F, etwa in Meerwasser, in der Chemie und im Bohrloch: Grade 1 wegen seiner Festigkeit.
• Bauteile unter Langzeitlast über 1100 °F, etwa Ofenbauteile und Abgassysteme: Grade 2.

Nach dem Lösungsglühen darf Grade 2 zusätzlich bei mindestens 1800 °F (982 °C) stabilisierend geglüht werden, um die Beständigkeit gegen Sensibilisierung zu verbessern. Die Normen lassen ihn mit und ohne diesen Schritt zu; wer ihn braucht, muss ihn in der Bestellung angeben.

Die Mindestwerte hängen von der Erzeugnisform ab

Als Grade 1 gekennzeichnetes Material hat als Feinblech, als Grobblech und als dicker Stab nicht dieselbe Mindestfestigkeit. Die folgende Tabelle ist gegen jede Erzeugnisnorm geprüft. Jede Zelle nennt Zugfestigkeit in ksi, Dehngrenze in ksi und Bruchdehnung in %, jeweils Mindestwerte.

In SI-Einheiten, wie in den Normen gedruckt: 120 ksi sind 827 MPa, 110 sind 758, 100 sind 690, 60 sind 414, 55 sind 379, 50 sind 345 und 40 sind 276. Nur B705 druckt für 120, 60 und 40 ksi die Werte 825, 415 und 275.

Drei Dinge fallen auf:

• Grade 1 hat eine niedrigere Stufe. Warmgewalztes Blech, dicke Stäbe und Schmiedestücke mit großem Querschnitt haben eine Mindestzugfestigkeit von 110 ksi, nicht 120.
• Grade 2 ist in jeder Erzeugnisform gleich: 100 ksi Zugfestigkeit und 40 ksi Dehngrenze.
• Für Stäbe gibt es einen Grade 3. Lösungsgeglüht und danach kaltverfestigt, bis 2,5 in. (63 mm), mit Mindestwerten von 135 ksi (930 MPa) Zugfestigkeit, 100 ksi (690 MPa) Dehngrenze und 25 % Bruchdehnung. Ihn gibt es nur in der Stabnorm B446. Blech, Rohr und Schmiedestücke kennen keinen solchen Grade.

Die AMS-Spezifikationen der Luftfahrt stellen eigene Anforderungen. Der vollständige Vergleich nach Erzeugnisform steht auf der Werkstoffseite Alloy 625.

Kein Grade in der Bestellung heißt Grade 1

Die Bestellklauseln aller sieben Normen enthalten denselben Satz: Ist kein Grade angegeben, wird Grade 1 geliefert.

Braucht eine Hochtemperaturanwendung also Grade 2 und steht in der Bestellung nur „N06625, ASTM B444“, hat ein Lieferant, der Grade 1 liefert, die Bestellung vollständig erfüllt. Umgekehrt gilt es ebenso: Wer für einen Korrosionseinsatz bei Raumtemperatur Grade 2 schreibt, erhält Material mit der niedrigeren Mindestfestigkeit, und Auslegungswerte aus Grade 1 gelten nicht mehr.

Fünf leicht übersehene Details

Die SI-Werte sind nicht die Normwerte. Die Normen für Blech, Rohr, Stab, Schmiedestücke sowie geschweißte Rohre legen fest, dass die Zoll-Pfund-Einheiten maßgebend sind und die SI-Werte in Klammern nur zur Information umgerechnet wurden. Dieselben 120 ksi stehen in B704 als 827 MPa und in B705 als 825 MPa. Wird über einen metrischen Prüfbericht abgenommen und liegt das Ergebnis in dieser Lücke, gilt der Zoll-Pfund-Wert.

Ein Formstück erhält seinen Grade aus seiner eigenen Wärmebehandlung. Nach ASTM B366 dürfen Formstücke Grade 1 und Grade 2 beide aus Vormaterial jedes Grades hergestellt werden. Der Unterschied liegt in der Prüfung: Formstücke Grade 1 müssen je Los im Zugversuch geprüft werden. Formstücke Grade 2 sind nur befreit, wenn das Prüfzeugnis des Vormaterials Grade 2 ausweist und die letzte Wärmebehandlung des Formstücks die Anforderung an das Lösungsglühen erfüllt. Der Grade auf dem Zeugnis des Vormaterials ist nicht der Grade des Formstücks.

Die Prüfspannung der Wasserdruckprüfung ist verschieden. Für nahtlose Rohre nach B444 wird der Prüfdruck aus einer zulässigen Spannung von 30 000 psi (207 MPa) für Grade 1 und 25 000 psi (172 MPa) für Grade 2 berechnet.

Manches Material hat keine mechanische Gewährleistung. Rohre in „Hot forming quality“ und Stäbe in „Forging quality“ werden nur nach chemischer Zusammensetzung und Oberflächenprüfung geliefert, ohne Zugversuch. Auch sehr dünnes Blech und Band ist ausgenommen: Die Dehngrenze gilt nicht unter 0,020 in. (0,508 mm), die Bruchdehnung nicht unter 0,010 in. (0,254 mm).

Erneutes Erwärmen ändert den Zustand. Die Normen enthalten den Hinweis, dass Warmumformung oder erneutes Glühen die Eigenschaften je nach Umformgeschichte und Temperaturen erheblich verändern kann. Wer Grade 2 kauft und selbst warm umformt, muss den Zustand nach dem Umformen wiederherstellen.

Bei Titan ist ein Grade eine andere Legierung

Auch die ASTM-Normen für Titan verwenden das Wort, dort ist aber jeder Grade eine eigene Legierung mit eigener UNS-Nummer und Analyse. Die gebräuchlichsten in der Blechnorm ASTM B265 sind folgende. Festigkeiten in ksi, MPa in Klammern.

• Bei den unlegierten Grades 1 bis 4 ist eine höhere Nummer fester, weil mehr Sauerstoff und Eisen zulässig sind. Der Preis ist eine Bruchdehnung, die von 24 % auf 15 % sinkt, und schwierigeres Umformen. Eine höhere Nummer ist trotzdem keine höhere Qualitätsstufe.
• Grade 23 ist weniger fest als Grade 5. Er ist die Variante von Ti-6Al-4V mit besonders niedrigen Zwischengitterelementen, Sauerstoff von 0,20 % auf 0,13 % gesenkt, für Anwendungen mit höherem Zähigkeitsbedarf.
• Die H-Grades (2H, 7H und weitere) behalten die Analyse bei und heben nur die Mindestzugfestigkeit auf 58 ksi (400 MPa) an, vor allem für Druckbehälter.

Eine dritte Bedeutung: Festigkeitsstufe

Beim martensitaushärtenden 18Ni-Stahl bedeutet das Wort wieder etwas anderes. Nach MIL-S-46850D sind die Grades 200, 250, 300 und 350 die Nennzugfestigkeit in ksi. Das ist die Zahl in den Bezeichnungen 18Ni250, 18Ni300 und 18Ni350. Dieselbe Spezifikation kennt außerdem die Types I bis IV, die das Erschmelzungsverfahren angeben. Eine Bestellung muss beides nennen.

Ein Wort, drei Bedeutungen. Wer „Grade“ liest, sollte zuerst prüfen, aus welcher Norm es stammt.