Werkstofftabelle Metalle
Übersicht Metalle
1.4571 – Nichtrostender, austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit Titanzusatz
1.4571 – Nichtrostender, austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit Titanzusatz C 0,08 / Cr 16,5 –
1.4404 – Nichtrostender, austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl
1.4404 – Nichtrostender, austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl C 0,03 / Cr 16,5 – 18,5 /
1.4401 – Nichtrostender, austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl
Normbezeichnungen – Edelstahl 1.4401 C 0,07 / Cr 16,5 – 18,5 / Ni
1.4305 – Nichtrostender, martensitischer Edelstahl
Normbezeichnungen – Edelstahl 1.4305 C 0,10 / Cr 17 – 19 / Ni
1.4301 – Nichtrostender, martensitischer Edelstahl
Normbezeichnungen – Edelstahl 1.4301 C 0,07 / Cr 17 – 19,5 / Ni
1.4104 – Nichtrostender, martensitischer Edelstahl
Normbezeichnungen – Edelstahl 1.4104 C 0,10 – 0,17 / Cr 15,5 – 17,5
1.4021 – Nichtrostender, martensitischer Edelstahl
Normbezeichnungen – Edelstahl 1.4021 C 0,16 – 0,25 / Cr 12 – 14
Begriffsbestimmung
Nichtrostende Werkstoffe
Hitzebeständige Werkstoffe
Hochkorrosionsbeständige Werkstoffe
Gefügearten
Martensit
Ferrit
Austenit
Mechanische Eigenschaften
Streckgrenze bzw. Dehngrenze
Kurzzeichen Rp 0,2% bzw. Rp 1,0%
Zugfestigkeit
Kurzzeichen Rm
Bruchdehnung
Kurzzeichen A
Brucheinschnürung
Kurzzeichen Z
Kerbschlagarbeit
Kurzzeichen KV
Härte
Kurzzeichen HB, HV, HR
Wärmebehandlungsarten
Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Stähle hängen weitgehend von der Wärmebehandlung zum Abschluss der Formgebungsverfahren ab. Die geeignete Wärmebehandlung richtet sich jeweils nach der Stahlsorte und dem angestrebten Ziel.
Die spezifische Wärmebehandlung der martensitischen Stähle besteht aus einer Abkühlung von hoher Temperatur (Härten) und einem anschließenden Anlassen (Vergüten).
Ferritische Stähle werden üblicherweise geglüht, mit dem Ziel, eine Rekristallisation nach einer Kaltverfestigung günstig zu beeinflussen. Ferritische Stähle sind aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehaltes nicht härtbar.
Das Losglühen der austenitischen Stähle ist ein Abschrecken von hohen Temperaturen, um ein möglichst austenitisches Gefüge guter Zähigkeit zu erzielen, das auch bei Raumtemperatur stabil ist. Erst dieser Zustand verleiht den austenitischen Stählen ihre besondere Eigenschaften. Durch diese Wärmebehandlung wir keine Härtezunahme wie bei matensitischen Stählen erreicht.
Durch Ausscheidungen aus übersättigten Mischkristallen lassen sich beim Auslagern, im Anschluss an eine Losglühung, die Festigkeitseigenschaften der ausscheidungshärtbaren Stahlsorten einstellen.
Warmformgebung
Die Warmformgebung der martensitischen Stähle wirft generell keine besonderen Probleme auf. Lediglich beim Erwärmen und späteren Abkühlen sind die werkstoffspezifischen Festlegungen zu beachten.
Ferritische Stähle werden bei den üblichen Formgebungstemperaturen sehr weich und neigen zur „Faltenbildung“. Das Kornwachstum tritt sehr schnell eine und kann nur durch einen starken Verformungsgrad günstig beeinflusst werden.
Zu Erwärmung der austenitischen Stähle ist eine gleichmäßige Temperatursteigerung ratsam. Die Atmosphäre darf weder schwefelhaltig sein noch aufkohlende Wirkung aufweisen. Dies muss im besonderen bei hochnickelhaltigen Sorten unbedingt beachtet werden.
Kaltumformung
Grundsätzlich sind nichtrostende Werkstoffe zur Kaltumformung geeignet. Der jeweils zulässige Verformungsgrad ist jedoch werkstoffspezifisch. Kalt umgeformte Erzeugnisse weisen nachfolgende Wärmebehandlung, insbesondere bei austenitischen Werkstoffsorten, je nach Umformungsgrad, wesentlich gesteigerte Zugfestigkeitseigenschaften auf.
Die Magnetisierbarkeit austenitischer Werkstoffe kann mit steigender Kaltumformung zunehmen. Diese physikalische Veränderung kann durch eine dem Werkstoff entsprechende Wärmebehandlung rückgängig gemacht werden.
Schweißen
Nichtrostende Stähle mit einem Chromgehalt oberhalb von 10,5% neigen im aufgeschmolzenen Zustand stark zur Oxidation
Fehlerhafte Schutzmaßnahmen beim Schweißen an Luft führen zu einem Abbrand des Elementes Chrom und zur unkontrollierten Oxidbildung, welche die Homogenität und die Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht beeinträchtigt.
Korrosiosarten
Loch- und Spaltkorrosion
Beim Lochfraß handelt es sich um einen lokalen, teilweise nur punktförmig begrenzten Korrosionsangriff mit großer Tiefenwirkung. Bei der Lochkorrosion entsteht eine nadelstichgroße Aktivierung der ansonsten passiven Stahloberfläche. Die einmal aktivierten Stellen bleiben dauernd aktiv, so dass der Werkstoff an dieser Stelle nach und nach zerstört wird. Die Lochkorrosion nimmt zu mit
- steigender Konzentration der Halogenidionen
- steigender Temperatur
- Erhöhung des elektrochemischen Potentials, hervorgerufen etwa durch Oxidationsmittel
Nichtrostende Chrom-Nickel-Stähle werden durch das Zulegieren von Molybdän widerstandsfähiger gegen die Bildung von Lochfraßkorrosion.
Als Spaltkorrosion wird ein Korrosionsangriff bezeichnet, der unter Dichtungen, gefalzten Blechen, Flanschen, Rohreinwalzungen und sogar unter Ankrustungen durch eingeschränkten Flüssigkeitsaustausch mit der Umgebung entsteht. Diese Spalten sind häufig konstruktions- oder betriebsbedingt. Da Spaltkorrosion schon bei bedeutend schwächerer Korrosionsbeanspruchung auftritt als Lochkorrosion, sollte in chloridhaltigen Medien durch konstruktive Maßnahmen das Auftreten von Spalten vermieden werden.
Die Beständigkeit gegenüber Loch- und Spaltkorrosion eines nichtrostenden Stahles kann anhand der nachfolgend aufgeführten Wirksumme in gewisser Weise abgeschätzt werden:
W = % Cr (Chrom) + 3,3 x % Mo (Molybdän) + 30 x % N (Stickstoff)
- Wirksumme für 1.4301 = 18,5
- Wirksumme für 1.4571 = 24,9
- Wirksumme für 1.4529 = 48,0
Die aufgeführten Wirksummen basieren auf den mittleren Analysewerten.
Spannungsrisskorrosion
Ursache sind nicht nur betriebsbedingte, äußere Spannungen, sondern in vielen Fällen auch Eigenspannungen, die bei der Verarbeitung, z.B. durch Schweißen, Schleifen oder Kaltumformung usw., eingebracht wurden.
Wie bei der Loch- und Spaltkorrosion nimmt die Gefahr von Spannungskorrosion bei steigender Temperatur und Konzentration zu. Die Beständigkeit ist jedoch im Wesentlichen von der chemischen Zusammensetzung abhängig. Sind die Werkstoffe 1.4301 und 1.4404 im Temperaturbereich über 50°C besonders gefährdet, wird die Beständigkeit beim Einsatz von Werkstoffen mit erhöhten Molybdän- und Nickelgehalten wesentlich gesteigert. Auch austenitisch-ferritische nichtrostende Stähle sind vergleichsweise weniger empfindlich.
Interkristalline Korrosion
Bedingt durch Überhitzungen, z.B. beim Schweißen, oder die Verwendung austenitischer Werkstoffe in kritischen Temperaturbereichen, kann es zu Gefügeausscheidungen in Form von Chromkarbiden kommen. Die Verbindung der Elemente Chrom und Kohlenstoff führt dazu, dass die Umgebung der Karbide eine niedrigere Chromkonzentration aufweist und dadurch ein geringeren Korrosionswiderstand bietet.
Dir kritische Temperatur liegt bei den austenitischen Werkstoffsorten zwischen 450 und 900°C.
Die Ablagerung der Chromkarbide entlang der Korngrenzen sorgt bei chemischer Beanspruchung für die Aktivierung der Korngrenzbereiche, während die Kornfläche passiv bleibt. Der chemische Angriff schreitet entlang der Korngrenzen, also interkristallin, fort und führt schließlich zum Herauslösen von Gefügekörnern und zum Bruch des Materials.
Die Bildung der Chromkarbide läßt sich durch folgende Maßnahmen verhindern:
- Außreichend schnelle Abkühlung nach dem Schweißen, nach thermischer Behandlung oder Warmformgebung
- Einsatz von Werkstoffen mit Kohlenstoffgehalten unter 0,03%
- Verwendung titan- bzw. niobstabilisierter Stähle
