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Werkstoffgrundlagen Gefügearten
Austenitische Rostfreie Stähle
Diese Gattung der Edelstahl-Rostfrei Güten beherrscht derzeit noch den Markt und umfasst die gebräuchlichsten Qualitäten wie Werkstoff Nr. 1.4301 oder 1.4404 ebenso wie die höher legierten Werkstoffe Nr. 1.4539 und 1.4529. Charakteristisch für diese Stähle ist der hohe Gehalt an austenitbildenden Substanzen, insbesondere Nickel. Weitere Legierungselemente sind Chrom, Molybdän sowie manchmal Kupfer, Titan, Niob und Stickstoff. Das Zusetzen von Stickstoff erhöht die Streckfestigkeit des Stahls. Die Anwendungsbereiche für austenitische Stähle sind äußerst vielfältig. Sie kommen z.B. in der chemischen Industrie und der Lebensmittelindustrie zum Einsatz.
Molybdänfreie Stähle verfügen darüberhinaus über sehr gute Eigenschaften im Hochtemperaturbereich, weshalb sie im Ofenbau und für den Bau von Wärmetauschern verwendet werden. Die gute Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen macht man sich z.B. bei Behältern für tiefgekühlte Flüssigkeiten zunutze.
- Gefügestruktur
austenitischer Stahl
Austenitische Stähle sind im niedriger legierten Bereich (z.B. 1.4301 oder 1.4404) relativ anfällig für Spannungsrisskorrosion, insbesondere chlorid- und wasserstoffinduzierte Varianten. Ein Härten durch Wärmebehandlung ist nicht möglich. Sie werden üblicherweise im vergüteten Zustand (abgeschreckt und geglüht) geliefert, sind weich und in höchstem Maße formbar. Die Festigkeit läßt sich durch Kaltverformung verbessern. Daher werden einige Güten kaltgezogen (kaltgestreckt) oder hartgewalzt geliefert.
Das E-Modul ist bei den austenitischen Stahlsorten aufgrund der starken Neigung zur Kaltverfestigung hohen Schwankungen unterworfen, daher wurde der Wert im Bereich der Befestigungstechnik im Bauwesen vom DIBT (Deutschen Institut für Bautechnik, Berlin) von 200 auf 170 kN/mm² herabgesetzt. Prüfungen haben ergeben, dass eine starke Kaltverfestigung den E-Modul-Wert reduziert! Hohe, durch Kaltverfestigung erzielte Festigkeitswerte, dürfen bei geschweißten Konstruktionen statisch nicht angesetzt werden. Bei dem Wert der Streckgrenze Rp0,2 ist in einem solchen Fall von der Festigkeit im geglühten Zustand (Grundfestigkeit) auszugehen. Siehe Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-30.3-6, „Erzeugnisse, Verbindungsmittel und Bauteile aus nichtrostenden Stählen“ in der aktuellen Fassung.
Austenitische Stahlsorten sind im geglühten Zustand i.d.R. nicht magnetisch. Dies kann sich allerdings durch die Kaltverformung und die damit verbundene Martensitbildung ändern. In solch einem Fall bleibt auch ein Magnet im Bereich der Kaltverfestigung am Blech oder Profil haften. Zum Beispiel sind häufig gestanzte U-Scheiben dadurch häufig leicht magnetisch. Derzeit sind die austenitischen Stahlsorten aufgrund ihrer relativ teuren Legierungsbestandteile Ni=Nickel und Mo=Molybdän in ihren Anwendungsbereichen weltweit stark rückläufig. Andere Gefügarten, wie z.B. die ferritischen Stähle und Duplex Rostfrei Stähle haben technisch stark aufgeholt und sind teilweise deutlich preiswerter. Lassen Sie sich durch uns beraten.
Ferritische Rostfreie Stähle
Diese Stähle sind grundsätzlich bei allen Temperaturen ferritisch. Erreicht wird dies durch einen niedrigen Gehalt an austenitbildenden Elementen (in erster Linie Nickel), sowie einen hohen Gehalt an Ferritbildnern (hauptsächlich Chrom).
- Gefügestruktur
ferritischer Stahl
Die älteren Qualitäten wie Werkstoff Nr. 1.4016 wurden hauptsächlich für Haushaltsartikel eingesetzt, sowie für Anwendungsbereiche, bei denen die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit nicht allzu hoch waren. Die heutigen ferritischen Edelstahl-Rostfrei Güten, wie Werkstoff Nr. 1.4521 mit extrem niedrigem Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt, setzt man gerne dort ein, wo ein Risiko für Spannungsrisskorrosion vorhanden ist. Ferritische Stähle sind allerdings bei der Oberflächenbeschaffenheit in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit besonders empfindlich! Ein Aufrauhen der Oberfläche, zum Beispiel mit Strahlen oder Schleifen, führt zu einer starken Reduzierung der Korrosionsbeständigkeit.
Ferritische Stähle verfügen über eine etwas höhere Streckgrenze Rp 0,2 als austenitische Stähle, aber auch über eine geringere Bruchdehnung, was eine Kaltverformbarkeit einschränkt. Z.B. sind Tiefziehen und Hydroforming in den meisten Fällen nicht möglich. Eine weitere Eigenschaft die ferritische von austenitischen Stählen unterscheidet, ist die geringe Neigung zur Kaltverfestigung. Die ferritischen Stähle sind daher besonders aufgrund ihrer hohen E-Modul-Werte (220 kN/ mm²) interessant, siehe Vergleich Tabelle Seite 16. Ferritische Stähle haben eine bessere Dauerschwingfestigkeit und eine deutlich geringere Wärmeausdehnung als die austenitischen Sorten.
Martensitische Rostfreie Stähle
- Gefügestruktur
martensitischer Stahl
Martensitische Stähle haben die höchste Festigkeit, aber auch die niedrigste Rostbeständigkeit aller rostfreien Stahlsorten. Martensitische Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt werden als Werkzeugstähle eingesetzt und sind gut härtbar. Mit ihrer hohen Festigkeit und der relativ begrenzten Korrosionsbeständigkeit sind sie immer dort geeignet, wo das Material Korrosionsangriffen und Verschleiß gleichzeitig ausgesetzt ist. Ein Beispiel hierfür sind Messerklingen.
Austenitisch-Ferritische Rostfreie Stähle (Duplex Rostfrei Gefüge)
- Gefügestruktur
rostfreier Duplexstahl
Diese Gruppe von Stählen ist hinsichtlich Struktur und Gehalt an Legierungselementen eine Mischung zwischen ferritischen und austenitischen Stählen. Das Hauptunterscheidungsmerkmal ist die deutlich höhere Grundfestigkeit (siehe Streckgrenze Rp0,2 Seite 16). Aus diesem Grunde werden diese Stahlgüten häufig für die Herstellung von dynamisch beanspruchten Maschinenteilen eingesetzt, wie beispielsweise Absaugwalzen für Papiermaschinen.
Neue Anwendungsbereiche liegen im Öl-, Gas- und Petrochemie-Sektor, sie sind für seewasserresistente Anlagen und die Offshore Industrie geeignet. Diese Stähle nennt man aufgrund ihrer beiden in der Gefügestruktur vorhandenen Phasen üblicherweise Duplexstähle, wobei die Begriffskombination Duplex Rostfrei Stahl besser geeignet ist, da es auch beschichtete Bleche und Sandwichbleche mit gleicher Bezeichnung gibt. Bei den gängigen Werkstoffsorten im Bereich der Duplex Rostfrei Stähle, wie z.B. 1.4362 oder 1.4462, vereint man Vorteile beider Grundgefügearten (austenitisch – ferritisch).