Schweißtechnische Verarbeitung und Qualifizierung mittelmanganhaltiger austenitischer Stähle für kryogene Anwendungen

Die Bedeutung technischer Gase nimmt weltweit immer weiter zu. Insbesondere in Folge politischer Vorgaben zur Emissionsreduktion und Einhaltung der Klimaziele werden verflüssigtes Erdgas (LNG) für Schifffahrt und landgestütztes Transportgewerbe aber auch Wasserstoff immer wichtiger. Auch die derzeitige weltpolitische Lage verdeutlicht noch einmal vehement die Relevanz von LNG für die sichere Energieversorgung von Haushalten und Industrie in Deutschland und Europa. Aufgrund der signifikant erhöhten Speichereffizienz bedingt durch niedrigere Volumina erfolgt der Transport und die Lagerung vornehmlich im kryogenen Zustand. Dies impliziert allerdings besondere Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe, da die Temperaturen im Bereich von -196°C und tiefer maßgeblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften ausüben. In den letzten Jahren wurde der kaltzähe martensitische Stahl vom Typ X8Ni9 für kryogene Anwendungen vermehrt verbaut. Dies ist auf die wesentlich höheren Festigkeitseigenschaften, welche z.T. auch bei der Bemessung verlangt werden und der resultierenden Masseersparnis im Vergleich zu kaltzähen hochnickellegierten Austeniten zurückzuführen. Neben der vergleichsweise geringen Festigkeit hochnickellegierter Austenite, machen die höheren Preise und die Anfälligkeit rohstoffmarktbasierter Preisschwankungen die Werkstoffe für den Einsatz mit hohem Materialbedarf wirtschaftlich unattraktiv. Durch die gesteigerten Anforderungen der Lagerung von flüssigem Wasserstoff an die Tieftemperaturzähigkeit geraten die herkömmlichen eingesetzten Tieftemperaturwerkstoffe an ihre Grenzen. Während sich Austenite durch gute Verarbeitungseigenschaften ausweisen, ergeben sich bei der schweißtechnischen Verarbeitung nickelhaltiger Martensite massive Probleme, die Qualität, Mechanisierungsgrad und Durchsatz negativ beeinflussen. Einen Lösungsansatz für den aufgezeigten Problemkreis aus Automatisierbarkeit, Materialkosten und notwendigen Eigenschaften, insbesondere hoher Festigkeit und Kaltzähigkeit, bietet die Nutzung neuartiger mittel- und hochmanganhaltiger austenitischer Stähle. Im Rahmen dieser Arbeit sollen konkret als erster Schritt mittelmanganhaltige Stähle als günstiges Substitut zu konventionellen nickellegierten Austeniten untersucht werden. Im Fokus steht die umfassende Nutzbarmachung für kryogene Anwendungen, sodass zuverlässige und genormte schweißtechnische Verarbeitungsanweisungen sowie Zulassungen für die schweißtechnische Verarbeitung austenitischer Manganstähle für die beschriebenen kryogenen Anwendungen in den notwendigen Dimensionen erreicht werden können. Für die Erzielung der geforderten mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung wird im Rahmen dieser Ausarbeitung der Einfluss einer Dotierung des Schutzgases mit Stickstoff betrachtet.