10CrMo910 vs 12Cr1MoV – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

10CrMo910 und 12Cr1MoV sind zwei Chrom-Molybdän-Legierungsstähle, die häufig für Druckteile bei erhöhten Temperaturen wie Kesselrohre, Rohrleitungen und Turbinenkomponenten in Betracht gezogen werden. Ingenieure und Beschaffungsexperten wägen häufig die Kompromisse zwischen Hochtemperaturfestigkeit und langfristiger Kriechbeständigkeit gegenüber Oxidationsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Kosten ab. Typische Entscheidungskontexte umfassen die Auswahl von Materialien für Dampfdienste bei unterschiedlichen Temperatur-/Druckbereichen, die Auswahl von Rohren für Kraftwerke oder die Spezifikation von Schmiedeteilen und Rohren, bei denen die Fertigungserleichterung und die Leistung nach dem Schweißen von Bedeutung sind.

Der hauptsächliche praktische Unterschied zwischen diesen Güten ist ihre Legierungsstrategie: Die eine betont ein Gleichgewicht von Chrom mit Mikrolegierungselementen, um die Hochtemperaturfestigkeit und Kriechbeständigkeit zu maximieren, während die andere einen höheren Chromanteil enthält, der auf verbesserte Oxidations- und Skalierungsbeständigkeit mit einem anderen Anlassen und Einsatzbereich abzielt. Da sie sich in überlappenden, aber nicht identischen Einsatzfenstern befinden, werden sie häufig verglichen, wenn es darum geht, die Temperaturfähigkeit, Schweißbarkeit und Lebenszykluskosten zu optimieren.

1. Standards und Bezeichnungen

• 10CrMo910
• Wird häufig mit hochchromhaltigen, martensitischen/ferritischen Stählen in Verbindung gebracht, die für Rohrleitungen und Rohre in Kraftwerken verwendet werden. Es wird unter nationalen Standards in Europa und China angeboten und wird oft als alternative Bezeichnung für Stähle der P9x-Familie verwendet (konsultieren Sie den spezifischen nationalen Standard für die genaue Entsprechung).
• Typische Standardtypen: EN- und GB-Varianten; konsultieren Sie den anwendbaren Standard (z. B. EN oder GB/China) und die Herstellerdaten für die genaue Bezeichnung und die Grenzen.

• Klassifizierung: Legierter Stahl (wärmebeständiger / kriechfester Stahl).

• 12Cr1MoV

• Ein hochchromhaltiger, vanadium- und molybdenumhaltiger Legierung, die historisch in fossilen Kraft- und petrochemischen Anlagen verwendet wurde.
• Erscheint in osteuropäischen und russischen Standards (GOST) und einigen nationalen Katalogen; wird auch in internationaler Literatur für Dampfanwendungen erwähnt.
• Klassifizierung: Legierter Stahl (hochchromhaltiger, wärmebeständiger Stahl).

Hinweis: Keine der Güten ist ein rostfreier Stahl nach modernen Definitionen (d. h. >11–12% Cr und spezifische korrosionsbeständige Metallurgie), obwohl 12Cr1MoV Chromwerte erreichen kann, bei denen die Oxidationsbeständigkeit verbessert wird. Überprüfen Sie immer die genaue Standardbezeichnung und die zertifizierten chemischen Grenzen für die Beschaffung.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Typische nominale Zusammensetzungsbereiche (Gew.-%) für diese Familien sind unten dargestellt. Dies sind repräsentative Bereiche – bestätigen Sie immer mit dem Zertifikat des Lieferanten oder dem spezifischen Standard.

Element	10CrMo910 (typischer nominaler Bereich, Gew.-%)	12Cr1MoV (typischer nominaler Bereich, Gew.-%)
C	0.05 – 0.12	0.08 – 0.18
Mn	0.20 – 0.60	0.30 – 0.70
Si	0.10 – 0.60	0.10 – 0.50
P (max)	≤ 0.025	≤ 0.030
S (max)	≤ 0.010	≤ 0.020
Cr	8.5 – 10.5	11.0 – 13.0
Ni	≤ 0.40	≤ 0.40
Mo	0.80 – 1.05	0.30 – 0.70
V	0.05 – 0.30	0.08 – 0.30
Nb (oder Ta)	0.03 – 0.12 (wo angegeben)	–
Ti	≤ 0.02 (wo angegeben)	–
B	≤ 0.003 (mögliche kleine Zusätze)	–
N	≤ 0.03	≤ 0.03

Interpretation der Legierungseffekte - Chrom (Cr): erhöht die Oxidations- und Skalierungsbeständigkeit bei hoher Temperatur, erhöht die Härtbarkeit und Anlasstemperaturbeständigkeit. Das höhere Cr von 12Cr1MoV bietet eine bessere Oberflächenoxidationsbeständigkeit und Skalierungsadhäsion bei einigen Temperaturen. - Molybdän (Mo): stärkt die Matrix bei erhöhten Temperaturen und verbessert die Kriechbeständigkeit. 10CrMo910 hat normalerweise mehr Mo, um die Hochtemperaturfestigkeit zu steigern. - Vanadium (V): bildet feine Karbide/Nitride, die Versetzungen und Korngrenzen fixieren und die Kriechfestigkeit sowie die Anlasstemperaturbeständigkeit nach langfristiger Exposition verbessern. - Niobium (Nb), Titan (Ti), Bor (B): Mikrolegierungszusätze verfeinern die Korngröße, stabilisieren Karbide/Nitride und können Kriech- und Zähigkeit verbessern. - Kohlenstoff (C): trägt zur Festigkeit und Härtbarkeit bei; höherer C erhöht die Festigkeit, reduziert jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit, wenn nicht kontrolliert.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen: - 10CrMo910: Entwickelt eine temperierte martensitische Mikrostruktur nach Normalisierung und Anlassen. Die Mikrostruktur besteht aus temperiertem Lamellenmartensit mit dispergierten Karbiden und Carbonitriden (V-, Nb-, Mo-haltige Ausfällungen), die eine hohe Kriechfestigkeit verleihen. - 12Cr1MoV: Wird ebenfalls normalerweise normalisiert und angelassen, um temperierten Martensit zu erzeugen, aber das höhere Cr kann die Bildung von anderen M23C6-Typ-Karbiden und stabileren skalenbildenden Oxiden fördern. Mikrolegierung führt zu Ausfällungsstärkung ähnlich wie bei 10CrMo910, aber die Karbidchemie verschiebt sich.

Reaktion auf Wärmebehandlung: - Normalisieren: Beide Güten profitieren von kontrollierter Normalisierung, um grobe Karbide aufzulösen und ein gleichmäßiges austenitisches Korn zu erzeugen, das beim Abkühlen in Martensit umgewandelt wird. - Härten & Anlassen: Typischer Weg ist Normalisierung gefolgt von Anlassen bei Temperaturen, die auf das gewünschte Festigkeits-Zähigkeits-Gleichgewicht abgestimmt sind. Anlassen reduziert die Härte, stabilisiert Karbide und stellt die Duktilität wieder her. - Thermo-mechanische Verarbeitung: Thermo-mechanische kontrollierte Verarbeitung (TMCP) kann die Körner verfeinern und feine Dispersoid-Ausscheidungen erzeugen – besonders wertvoll für Rohre und Platten, um die Zähigkeit und Kriechleistung zu verbessern. - Altern und langfristige Exposition: Beide Stähle zeigen temperierte martensitische Weichung und Vergröberung der Ausfällungen mit der Zeit bei Temperatur. Höheres Mo und kontrollierte Mikrolegierung verlangsamen die Degradation in 10CrMo910-ähnlichen Stählen.

4. Mechanische Eigenschaften

Die folgende Tabelle gibt einen qualitativen vergleichenden Überblick anstelle absoluter Werte (da die Eigenschaftsniveaus von der Wärmebehandlung und dem genauen Untergrad abhängen). Konsultieren Sie die Werkzertifikate und relevanten Entwurfscodes für numerische Entwurfswerte.

Eigenschaft	10CrMo910	12Cr1MoV	Kommentar
Zugfestigkeit	Höher (typischerweise)	Mäßig	10CrMo910-Stähle sind für höhere Zugfestigkeit bei erhöhten Temperaturen aufgrund von Mo und Mikrolegierung optimiert.
Streckgrenze	Höher (typischerweise)	Mäßig	Mikrolegierung und Cr–Mo-Chemie erhöhen die Streckgrenze und die Hochtemperatur-Kriechfestigkeit in 10CrMo910.
Elongation (Duktilität)	Gut (hängt vom Anlassen ab)	Gut	Beide können nach ordnungsgemäßem Anlassen eine akzeptable Duktilität erreichen; höherer C reduziert die Duktilität.
Schlagzähigkeit (Raumtemperatur)	Gut bis sehr gut mit ordnungsgemäßer Wärmebehandlung	Gut	Zähigkeit hängt von der Reinheit und der Wärmebehandlung ab; beide können zäh sein, wenn sie kontrolliert werden.
Härte (wie angelassen)	Höher (für Festigkeitsziele)	Mäßig	10CrMo910 wird tendenziell auf Härtegrade angelassen, die höhere Entwurfsbelastungen unterstützen.

Welcher ist stärker, zäher oder duktiler und warum - Festigkeit: 10CrMo910-Stähle werden typischerweise für höhere Entwurfsbelastungen und Kriechbeständigkeit spezifiziert, aufgrund von höherem Mo plus Mikrolegierung (V, Nb), die zur Ausfällungsstärkung beitragen. - Zähigkeit: Mit ordnungsgemäßer Normalisierung und Anlassen können beide Güten zufriedenstellende Zähigkeit bieten. Sauberere Stahlherstellung und strenge Kontrolle von C und N helfen, die Schlagzähigkeit aufrechtzuerhalten. - Duktilität: Beide erreichen eine akzeptable Duktilität, aber höherer Kohlenstoff und starke Ausfällungen können die Elongation reduzieren, wenn sie nicht sorgfältig verarbeitet werden.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird durch den Kohlenstoffäquivalent, Legierungselemente und das Vorhandensein von Mikrolegierungselementen beeinflusst, die die Härtbarkeit erhöhen.

Nützliche prädiktive Formeln: - IIW-Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (WRC) zur Vorhersage von wasserstoffinduzierten Kaltverzügen: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - 10CrMo910: Höheres Mo und Mikrolegierung erhöhen die Härtbarkeit und CE/Pcm, was das Risiko von harten martensitischen HAZ, Kaltverzügen und die Notwendigkeit von Vorwärmen und Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) erhöht. PWHT ist für Druckanwendungen obligatorisch, um die HAZ zu temperieren und Restspannungen abzubauen. - 12Cr1MoV: Der höhere Cr-Gehalt erhöht ebenfalls die Härtbarkeit, aber niedrigeres Mo kann im Vergleich zu 10CrMo910 die Härtbarkeit verringern; dennoch sind Vorwärmen und PWHT oft erforderlich. Beide Güten erfordern qualifizierte Schweißverfahren, kontrollierte Zwischenpass-Temperaturen und manchmal passende Füllmetalle, um weiche Zonen oder spröde Phasen zu vermeiden. - Praktische Hinweise: Verwenden Sie schweißbare Verbrauchsmaterialien mit niedrigem Wasserstoffgehalt, angemessenes Vorwärmen, kontrollierte Wärmezufuhr und PWHT auf die angegebene Temperatur. Befolgen Sie immer die Anforderungen des Codes (ASME, EN oder national) für PWHT und Nachschweißprüfungen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Keine der Güten ist ein rostfreier Stahl im Sinne von korrosionsbeständig in feuchten Umgebungen. Schutzstrategien sind für atmosphärische, wässrige oder korrosive Umgebungen erforderlich.
• Oberflächenschutz: Verzinken wird im Allgemeinen nicht für Hochtemperatur-Dampfdienste verwendet; stattdessen werden bei Bedarf Schutzbeschichtungen (Hochtemperaturfarben), Legierungsverkleidungen oder innere Auskleidungen eingesetzt. Kathodischer Schutz und Korrosionszulagen sind im Design typisch.
• Oxidation und Skalierung: Höheres Cr in 12Cr1MoV verbessert die Bildung von haftenden, chromreichen Oxidschichten und kann den oxidativen Massverlust bei höheren Dampftemperaturen im Vergleich zu niedrigeren Cr-Stählen reduzieren. Die tatsächliche Oxidationsleistung hängt jedoch von Temperatur, Dampfcemie und der Expositionszeit im Einsatz ab.
• PREN (nicht allgemein anwendbar): Für rostfreie Legierungen wird ein PREN-Index verwendet: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Dieser Index ist nicht anwendbar auf diese nicht stabilisierten Legierungsstähle zur allgemeinen Korrosionsauswahl – verwenden Sie ihn nur für rostfreie Legierungen.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Bearbeitbarkeit: Höhere Festigkeit und härtere, wie bearbeitete Bedingungen verringern die Bearbeitbarkeit. 12Cr1MoV mit höherem Cr kann etwas abrasiver sein; 10CrMo910 mit Mikrolegierungs-Ausscheidungen kann die Werkzeuglebensdauer verringern. Die Bearbeitung sollte nach Möglichkeit in normalisierten oder geglühten Bedingungen erfolgen.
• Formbarkeit und Biegen: Beide sind in der Kaltumformung im normalisierten und angelassenen Zustand eingeschränkt; das Formen ist einfacher, wenn sie im normalisierten Zustand (oder in einer lösungsbehandelten, weicheren Bedingung, falls verfügbar) geliefert werden. Wärmebehandlung nach dem Formen ist oft erforderlich.
• Oberflächenbearbeitung: Schleifen und Oberflächenbearbeitung sind ähnlich wie bei anderen legierten Stählen; verwenden Sie geeignete Kühlmittel und Werkzeuge, um Härte und Abrasivität zu steuern.

8. Typische Anwendungen

10CrMo910	12Cr1MoV
Hochtemperatur-Dampfrohre, Nachheiz-/Überhitzungsrohre, Komponenten, die erhöhte Kriechfestigkeit bis zu mittelhohen Dampftemperaturen erfordern	Dampfsammelbehälter, Hochtemperaturrohre, bei denen verbesserte Oxidationsbeständigkeit und Skalenkontrolle wichtig sind
Kraftwerkskomponenten, bei denen das Design höhere zulässige Spannungen oder eine verlängerte Kriechlebensdauer anstrebt	Komponenten, bei denen die Oberflächenoxidationsbeständigkeit neben mäßiger Kriechbeständigkeit priorisiert wird
Druckteile, die strenge PWHT-Routinen und hochfeste schweißbare Lösungen erfordern	Druckkomponenten in thermischen Kraft- und petrochemischen Anlagen mit Einsatz in oxidierenden Atmosphären

Auswahlbegründung: - Wählen Sie 10CrMo910-ähnliche Legierungen, wenn hohe Temperaturfestigkeit, Kriechbeständigkeit und langfristige mechanische Stabilität unter Belastung die Hauptantriebskräfte des Designs sind. - Wählen Sie 12Cr1MoV, wenn Oxidations-/Skalenbeständigkeit und Oberflächenstabilität bei erhöhten Temperaturen relativ wichtiger sind und wenn leicht unterschiedliche Fertigungskompromisse akzeptabel sind.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: Die Materialkosten hängen vom Legierungsgehalt und dem Produktionsweg ab. Legierungen mit höherem Mo und Mikrolegierungszusätzen (10CrMo910-Familie) sind typischerweise teurer pro Kilogramm als einfachere Cr–Mo-Stähle aufgrund von Legierung und strengeren Verarbeitungsanforderungen.
• Verfügbarkeit: Beide Güten sind in Rohr-, Rohrleitungs-, Platten- und Schmiedeteilen von Spezialmühlen erhältlich. Die Verfügbarkeit kann je nach Region variieren; P91-Stähle (10CrMo910-Familie) sind in Märkten mit großen thermischen Kraftwerksindustrien weit verbreitet, während regionsspezifische Güten wie 12Cr1MoV in osteuropäischen und einigen asiatischen Lieferketten häufiger sein können.
• Lieferzeit: Für hochspezifizierte Güten und qualifizierte Materialien verlängern sich die Lieferzeiten – planen Sie die Beschaffung frühzeitig und verlangen Sie Werkprüfzertifikate und Wärmebehandlungsunterlagen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ)

Attribut	10CrMo910	12Cr1MoV
Schweißbarkeit	Befriedigend (erfordert Vorwärmen/PWHT; höhere Härtbarkeit)	Befriedigend (erfordert Vorwärmen/PWHT)
Festigkeit–Zähigkeit (erhöhte T)	Hohe Festigkeit und Kriechbeständigkeit	Mäßig–hoch, gute Zähigkeit
Kosten	Höher (aufgrund von Mo und Mikrolegierung)	Mäßig

Abschließende Empfehlungen - Wählen Sie 10CrMo910, wenn: - Das Design höhere zulässige Spannungen bei erhöhten Temperaturen oder überlegene Kriechbeständigkeit erfordert. - Langfristige mechanische Stabilität unter anhaltend hohen Temperaturen und Belastungen eine Priorität ist. - Sie strengere Schweißkontrollen (Vorwärmen, PWHT) und leicht höhere Materialkosten akzeptieren können.

• Wählen Sie 12Cr1MoV, wenn:
• Oberflächenoxidations-/Skalenbeständigkeit und ein höherer Chromgehalt für Ihre Betriebsumgebung wichtig sind.
• Sie ein Gleichgewicht zwischen guter Hochtemperaturleistung und moderaten Kosten sowie Verfügbarkeiten in bestimmten Regionen suchen.
• Fertigungs- und Beschaffungsbeschränkungen eine einfachere Cr–Mo-Legierungschemie begünstigen.

Letzter Hinweis: Diese Güten sind durch spezifische Standards definiert, deren genaue Grenzen und mechanische Entwurfswerte variieren. Verwenden Sie immer den genauen Materialstandard und das Werkprüfzertifikat, um die chemische Zusammensetzung, den Wärmebehandlungszustand und die zertifizierten mechanischen Eigenschaften vor der Entwurfsannahme oder Beschaffung zu überprüfen.