Technik

Edelstähle und Legierungsbestandteile

Edelstahl (nach DIN EN 10020) ist eine Bezeichnung für legierte oder unlegierte Stähle, deren Schwefel- und Phosphorgehalt (sog. Eisenbegleiter) 0,035 % nicht übersteigt. Häufig sind danach weitere Wärmebehandlungen (z. B. Vergüten) vorgesehen. Die alleinige Begriffsdefinition, ein Edelstahl sei ein "chemisch besonders reiner" oder "nicht rostender" Stahl ist ungenau bzw. falsch. Ein Edelstahl muss nicht zwangsläufig den Anforderungen eines nicht rostenden Stahls entsprechen. Trotzdem werden im Alltag häufig nur Niro-Stähle als Edelstähle bezeichnet. Ebenso muss ein rostfreier Stahl nicht unbedingt auch ein Edelstahl sein. Zu den Edelstählen zählen auch hochreine Stähle, bei denen durch einen besonderen Herstellungsprozess Bestandteile wie Aluminium und Silizium aus der Schmelze ausgeschieden werden, oder auch hochlegierte Werkzeugstähle, die für eine spätere Wärmebehandlung vorgesehen sind.

Die Stahlgruppennummern nach DIN EN 10027-2 kennen folgende Bezeichnungen:
  • von 10 bis 19 unlegierte Edelstähle
  • von 20 bis 89 legierte Edelstähle

Beispiel: X5 CrNi 18-10, Werkstoff-Nr. 1.4301 (Die Zahl 43 steht laut Norm für "nichtrostend, mit >2,5 % Ni, ohne Mo, Nb und Ti"). Hochlegiert ist ein Stahl, wenn die Summe aller Legierungselemente mit Ausnahme von C mehr als 5 % betragen.

Nirosta ist die Markennamenbezeichnung für hochlegierte, flachgewalzte rostfreie Stähle der ehemaligen Friedrich Krupp AG, zwischenzeitlich ThyssenKrupp Nirosta GmbH, heute Outokumpu Nirosta Stahl Service Center. Es steht für "Nichtrostenden Stahl". Der Begriff wird im täglichen Sprachgebrauch für alle Stähle verwendet, die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung (mind. 13 % Chromgehalt) nicht oxidieren, bzw. eine dichte Passivschicht bilden, die eine weitere Oxidation verhindert. Nirosta hat oft ein austenitisches Gefüge (so genannte kubisch-flächenzentrierte Struktur - kfz, auch fcc für face centered cubic). Dieses lässt sich leicht umformen (Tiefziehen, Biegen etc.). Die häufigste Legierung ist X5CrNi18-10 (Werkstoff-Nr. 1.4301). Sie wird für Spülbecken, einfache Blechteile, Geschirr und Besteck verwendet (Aufschrift "18/10"). Einen Vergleich der gebräuchlichen Stahlsorten für Abgasanlagen finden Sie  hier.

  •   1.4301 (X5CrNi 18-10)

  • 1.4301 ist der Standard der austenitischen Chrom-Nickel-Stähle. Aufgrund der hohen Korrosionsbeständigkeit und der guten Verarbeitbarkeit sowie des attraktiven Aussehens im hochglanzpolierten, geschliffenen oder gebürsteten Zustand findet er in zahlreichen Gebieten Anwendung.
    Da 1.4301 im geschweißten Zustand nicht gegen interkristalline Korrosion beständig ist, sollte wenn größere Partien geschweißt werden müssen und kein anschließendes Lösungsglühen möglich ist, 1.4307 eingesetzt werden. Durch den gemäßigten Kohlenstoffgehalt von 1.4301 neigt diese Güte zur Empfindlichkeit. Die Bildung von Chromkarbiden und die damit verbundenen chromverarmten Bereiche in der Umgebung dieser Ausscheidungen macht diesen Stahl anfällig für interkristalline Korrosion. Obwohl im Lieferzustand (lösungsgeglüht) keine Gefahr der interkristallinen Korrosion besteht, kann diese nach Schweißen oder nach Einsatz bei hohen Temperaturen einsetzen. Eine gute Korrosionsbeständigkeit zeigt sich in natürlichen Umweltmedien (Wässer, ländliche und städtische Atmosphäre) bei Abwesenheit von bedeutenden Chlor- und Salzkonzentrationen.
    1.4301 ist nicht für Einsatzgebiete geeignet, bei denen es zum Kontakt mit Meerwasser kommt, noch ist er für den Einsatz in Schwimmbädern geeignet.

  •   1.4404 (X2CrNiMo 17-12-2)

  • Durch die Fortschritte in der Herstellung der rostfreien Stähle, besonders die Absenkung des Kohlenstoffgehaltes zu sehr niedrigen Werten, hat 1.4404 fast alle titanstabilisierten Güten vom Typ 1.4571 ersetzt. Die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion ist im Vergleich zu den titanstabilisierten Güten gleichwertig und aufgrund der Abwesenheit von Titan ist der Werkstoff nach dem Schweißen nicht von der sogenannten Messerlinienkorrosion betroffen. Im Gegensatz zu den titanstabilisierten Güten hat 1.4404 eine bessere Oberfläche und kann sowohl mechanisch als auch elektrolytisch poliert werden. Aufgrund des Fehlens von Titan und den daraus resultierenden Ausscheidungen, ist 1.4404 wesentlich besser spanbar, was sich auch in höheren Werkzeuggeschwindigkeiten und längeren Werkzeuglebensdauern äußert.
    Die Korrosionsbeständigkeit ist durch den Zusatz von 2 - 3 % Molybdän deutlich besser gegenüber den nichtrostenden Stählen 1.4301 und 1.4307, insbesondere bei Anwesenheit von Chloriden. In natürlichen Umweltmedien (Wässer, ländliche und städtische Atmosphäre) sowie in Industriegebieten mit mäßigen Chlor- und Salzkonzentrationen, im Bereich der Lebensmittel- und Pharmaindustrie und auf dem landwirtschaftlichen Nahrungsmittelsektor weist 1.4404 eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehaltes ist diese Güte sogar nach dem Schweißen gegen interkristalline Korrosion beständig. 1.4404 ist nicht meerwasserbeständig.

  •   1.4571 (X6CrNiMoTi 17-12-2)

  • 1.4571 zeigt eine gute Korrosionsbeständigkeit in den meisten natürlichen Wässern (städtische und industrielle), vorausgesetzt, dass die Chlorid-, Salz- und Salzsäurekonzentrationen sowie die Konzentrationen von organischen Säuren gering bis mittel sind. Sowohl in der Lebensmittel-, Getränkeindustrie als auch auf dem landwirtschaftlichen Nahrungsmittelsektor weist der 1.4571 eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Diese Güte ist auch nach dem Schweißen beständig gegen interkristalline Korrosion. Neben seiner guten Korrosionsbeständigkeit zeichnet er sich durch hohe Festigkeiten bei erhöhten Temperaturen aus. Er ist mit und ohne Schweißzusatzwerkstoff mit allen üblichen Schweißverfahren zu schweißen. Ist ein Schweißzusatz notwendig, verwenden Sie Novonit 4430, ersatzweise können Sie auch Novonit 4576 wählen. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist weder notwendig noch zu empfehlen. Die maximale Zwischenlagentemperatur beträgt 200 °C. Anlauffarben, die sich bilden können, müssen zwingend mechanisch oder chemisch entfernt werden, gefolgt von einer geeigneten Passivierung um die Korrosionsbeständigkeit wiederherzustellen. Durch das Zulegieren von Titan kommt es bei der spanenden Bearbeitung zur Bildung von Titankarbonitriden, wodurch der Werkzeugverschleiß bei der Zerspanung von 1.4571 erhöht wird.

  •   1.4539 (X1NiCrMoCu 25-20-5)

  • 1.4539 ist ein hochkorrosionsbeständiger austenitischer Stahl mit hoher Resistenz gegenüber zahlreichen organischen und anorganischen Säuren. Weiterhin zeichnet er sich durch hohe Lochfraß- und weitgehendem Spannungsrisskorrosionswiderstand aus. Diese Güte kann besonders für Medien, die Lochfraß oder Spannungsrisskorrosion verursachen, sowie für chloridhaltige Medien, Meerwasser bis ca. 70 °C, Schwefel- und Phosphorsäurelösungen verwendet werden. Er weist eine ausgezeichnete Beständigkeit in Schwefelsäure auf
      - bis 20 °C alle Konzentrationen
      - bis 50 °C Konzentrationen unter 60% oder über 90%
    1.4539 neigt zu Heißrissbildung, ist jedoch ohne weiteres mit allen Verfahren hervorragend schweißbar. Ein Schweißen ohne Zusatzmetall ist nicht ratsam, da dadurch die Heißrissneigung begünstigt wird. Das Schweißen mit artgleichem Zusatzwerkstoff bedingt eine Begrenzung der Schweißenergie auf niedrige Werte, woraus geringe oder gar keine Aufschmelzung resultieren kann. Die beste Lösung stellt die Verwendung eines DUPLEX-Werkstoffes, wie z.B. Novonit 4462, dar, der sich durch erhöhte Dehnungseigenschaften bei hohen Temperaturen auszeichnet. Zusätzlich muss bei dem Einsatz eines DUPLEX-Schweißzusatzes darauf hingewiesen werden, dass das eine ferromagnetische Schweißnaht mit anderen Korrosionseigenschaften im Vergleich zum Grundwerkstoff zur Folge hat. Andere geeignete Schweißzusätze sind Nickellegierungen wie z.B. Novonit 625. In allen Fällen sollte die Zwischenlagentemperatur 150°C nicht überschreiten. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist nicht notwendig, und sogar dicke Bereiche sind aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehaltes nach dem Schweißen gegen interkristalline Korrosion beständig. Aufgrund seines hohen Legierungsgehaltes ist 1.4539 nur schwierig zu zerspanen.

  •   1.4828 (X15CrNiSi 20 12)

  • 1.4828 ist eine Standardgüte für den Ofenbau und Hochtemperaturbauteilen. Im Vergleich zum 4878 und 4713 ist 4828 in seiner Zunderbeständigkeit wesentlich verbessert. Aufgrund der hohen Zugfestigkeit bei höheren Temperaturen ist 4828 im Vergleich zu anderen Güten ideal für Anwendungen geeignet, bei denen besonderer Wert auf die mechanischen Eigenschaften gelegt wird.
    Er ist sowohl gegen oxidierende als auch reduzierende schwefelhaltige Gase nur gering korrosionsbeständig. In diesen Medien ist der Einsatz des 4828 auf Temperaturen unterhalb von 650 °C begrenzt. Die Korrosionsbeständigkeit gegen aufkohlende (bis 900 °C) sowie gegen stickstoffhaltige, sauerstoffarme Gase ist als mittel einzustufen.
    Die Bedingungen, die bei diesem Stahl zu optimalen Eigenschaften bezüglich Verarbeitung und Verwendung führen, bestehen in einem Lösungsglühen bei 1050 - 1150 °C mit anschließender Abkühlung an Luft oder in Wasser.
    Während der Fertigung und Verarbeitung ist der Temperaturbereich von 650 - 850 °C aufgrund der Gefahr der Sigmaversprödung, die die Zähigkeitseigenschaften stark herabsetzt, unbedingt zu vermeiden. Der Versprödungseffekt kann durch ein Lösungsglühen bei Temperaturen von 1050 - 1100 °C wieder aufgehoben werden. Die Bildung von Karbiden bei 4828 erhöht bei der spanenden Bearbeitung den Verschleiß von Schneidwerkzeugen.