Im Vergleich zu Gusseisen (wie Grauguss oder Sphäroguss) werden Pumpenkomponenten aus Stahlguss vorwiegend in industriellen Anwendungen eingesetzt, die hohen Drücken, hohen Temperaturen, hohen Festigkeitsanforderungen oder stark korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind. Aufgrund ihrer überlegenen mechanischen Eigenschaften sind Stahlgussteile die bevorzugte Wahl für Chemiepumpen, Kesselspeisepumpen in Kraftwerken sowie Öl- und petrochemische Prozesspumpen.
Nachfolgend die wichtigsten technischen Details und Anwendungsbeispiele für Pumpenkomponenten aus Stahlguss:
1. Gängige Klassifizierung von Pumpenkomponenten aus Stahlguss
Druckführende Teile: Gehäuse, Pumpendeckel, Saugteil, Druckteil. Diese Komponenten müssen hohem Systemdruck standhalten; Stahlguss bietet eine höhere Dichte als Gusseisen und verhindert so wirksam Leckagen unter hohem Druck.
Hochschnell rotierende Teile: Laufrad. Bei hohen Drehzahlen bietet Gussstahl ausreichend Festigkeit, um den Zentrifugalkräften zu widerstehen und einen Ausfall des Laufrads zu verhindern.
Lasttragende Bauteile: Lagerrahmen, Lagergehäuse. Diese erfordern eine hohe strukturelle Steifigkeit, um die Wellenausrichtungsgenauigkeit zu gewährleisten.
2. Häufig verwendete Stahlgusswerkstoffe (Auswahl basierend auf den Betriebsbedingungen)
Die Auswahl der Gussstahlwerkstoffe erfolgt in der Regel nach relevanten internationalen Normen (wie ASTM, DIN, GB):
Gussstücke aus Kohlenstoffstahl (z. B. WCB): Das am häufigsten verwendete Material in der Industrie, geeignet für allgemeine Umgebungsbedingungen (Temperatur und Druck). Bietet gute Schweiß- und Bearbeitbarkeit.
Guss aus legiertem Stahl (z. B. WC6, WC9): Enthalten Elemente wie Chrom und Molybdän und bieten dadurch eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit; werden häufig in Hochtemperatur-Hochdruck-Kesselspeisepumpen in Kraftwerken eingesetzt.
Edelstahlguss (martensitischer Edelstahl, z. B. CA15 / ZG0Cr13): Besitzen eine gute Kavitationsbeständigkeit und eine mäßige Korrosionsbeständigkeit, wodurch sie zum Hauptwerkstoff für Pumpenkomponenten mit mittlerer bis niedriger Korrosionsbelastung werden.
Duplex-Edelstahl (z. B. CD4MCu, CE3MN): Kombiniert austenitische und ferritische Mikrostrukturen und bietet dadurch eine hervorragende Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion; wird hauptsächlich in chloridhaltigen Medien, Chemiepumpen und Meerwasserpumpen eingesetzt.
Austenitischer Edelstahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt (z. B. CF8M, CF3M): Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, hauptsächlich eingesetzt in stark korrosiven Umgebungen wie Säuren und Laugen.
3. Merkmale der Gussstahl-Produktionsprozesse
Der Schmelzpunkt von Gussstahl ist deutlich höher als der von Gusseisen (über ca. 1500 °C), was beim Gießprozess erhebliche Herausforderungen mit sich bringt:
Hohe Schwindung: Stahlschmelzen weisen eine hohe volumetrische Schwindungsrate (ca. 10–12 %) auf, wodurch Stahlgussteile sehr anfällig für Lunker und Porosität sind. Die Auslegung des Speisers ist daher entscheidend und erfordert ausreichend große, präzise berechnete Speisekanäle.
Schlechte Fließfähigkeit: Stahlschmelzen weisen beim Gießen eine geringere Fließfähigkeit als Gusseisen auf. Um ein ordnungsgemäßes Füllen dünnwandiger Abschnitte oder komplexer Formen zu gewährleisten, sind höhere Gießtemperaturen erforderlich, was wiederum zu Sinterung im Formsand führen kann.
Neigung zu Heißrissen: Beim Erstarren von Stahlgussteilen treten erhebliche Schwindspannungen auf. Ist die Sandform nicht ausreichend elastisch, entstehen mit hoher Wahrscheinlichkeit Heißrisse. Spezielle, zerfallende Harzsande sind daher üblicherweise erforderlich.