Armaturen & Rohrleitung technisches Edelstahlhandbuch

Transkript

1 Armaturen & Rohrleitung technisches Edelstahlhandbuch Geschäftszentren Zentrale 2201 Gerasdorf/Wien Hugo MischekStraße 3 Tel: Fax: office@kontinentale.at 2201 Gerasdorf/Wien Hugo Mischek Straße 6 Tel: Fax: verkauf.gerasdorf@kontinentale.at 8010 Graz Raiffeisenstraße 47 Tel: Fax: verkauf.graz@kontinentale.at 6175 Kematen Industriezone 4 Tel: Fax: verkauf.kematen@kontinentale.at 9023 Klagenfurt Waidmannsdorfer Straße 191 Tel: Fax: verkauf.klagenfurt@kontinentale.at 4600 Wels Machstraße 11 Tel: Fax: verkauf.wels@kontinentale.at Kontinentale Armaturen & Rohrleitung technisches Edelstahlhandbuch

2 Inhaltsverzeichnis Die rost und säurebeständigen Stähle Allgemeines, Korrosionsarten, Oberflächenbehandlung, Wärmebehandlung 47 SchweiSSen und Löten der rostfreien Stähle 79 Reinigung und Pflege von rostfreiem Stahl 10 Anmerkungen 11 WerkstoffNr. WerkstoffNr. WerkstoffNr. WerkstoffNr. WerkstoffNr. WerkstoffNr. Werkstoff Nr. WerkstoffNr. WerkstoffNr. WerkstoffNr. WerkstoffNr. WerkstoffNr WerkstoffNr Werkstoff Nr Die hitzebeständigen Stähle 12 Stahlsorten und ihre chemische Zusammensetzung nach der Schmelzanalyse 13 Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur 1314 Mindestwerte der 0,2% und 1% Dehngrenze bei erhöhten Temperaturen für Flacherzeugnisse, Stabstahl und Schmiedestücke 14 Anhaltsangaben über physikalische Eigenschaften 15 Anhaltsangaben über das Langzeitverhalten bei hohen Temperaturen 16 Anhaltsangaben über die Beständigkeit der hitzebeständigen Stähle gegen Abgase, Salzbäder und geschmolzene Metalle 16 SchweiSSbarkeit und SchweiSSzusatzwerkstoffe 17 Chemische Zusammensetzung der hitzebeständigen Schweisszusatzstoffe 17 Internationaler WerkstoffVergleich 18 Drucktabelle lt. Din Chemische Beständigkeit der rost und säurebeständigen Stähle Einleitung 23 Beständigkeitstabellen

3 Die rost und säurebeständigen Edelstähle 1. Was ist ein rost bzw. säurebeständiger Stahl? Alle rostbeständigen Stähle sind Eisenbasislegierungen, d.h. der Anteil Fe beträgt mind. 50 %. Ein Stahl wird dann als rostbeständig bezeichnet, wenn er in Kontakt mit Wasser oder feuchter Luft, auch nach längerer Zeit, nicht rostet bzw. korrodiert. Rost selbst besteht im Wesentlichen aus einer Mischung von EisenHydroxyden (Fe OH³) und Eisenoxyden. Die hauptsächlichen Legierungselemente und ihr Einfluss auf die Eigenschaften des Stahls Die rostbeständigen Stähle verdanken ihre Rostsicherheit in erster Linie dem Legierungsmetall Chrom (CR.). Chrom führt durch die Bildung von Chromoxyd auf der Oberfläche des Stahles zu einem passiven Zustand. Schon relativ geringe Mengen ab 10,5 % ChromAnteil spricht man von nichtrostendem Stahl führen zur Passivierung der Oberfläche durch die Bildung von Chromoxyden. Man spricht vom passiven Zustand eines Metalles, wenn sein elektrochemisches Verhalten unter bestimmten Bedingungen ähnlich dem eines Edelmetalles wird (Silber, Platin, Gold etc.). Bei der Bildung der Passivität spielt die Sauerstoffkonzentration des Mediums eine große Rolle, denn ohne Sauerstoff können sich keine Oxyde bilden. Daraus folgt, dass oxydierende Medien rostbeständige Stähle viel weniger angreifen als reduzierende. Chrom erhöht außerdem die Festigkeit des Stahles ganz spürbar, ohne die Dehnung wesentlich zu verschlechtern. Es verbessert die Warmfestigkeit und die Zunderbeständigkeit des Stahles markant. Chrom ist ein starker Karbidbildner, aus diesem Grund muss der Kohlenstoff in rostbeständigen Stählen tief gehalten werden oder durch Stabilisierungselemente (Ti, Nb) gebundenen werden. C stabilisiert das Austenitgefüge in rostbeständigen CrNiStählen. Mit steigendem C Gehalt steigt die Festigkeit des Stahles sowie die Härtbarkeit bei martensitischen Stählen. Schweißbarkeit, Dehnung, Schmiedbarkeit und Bearbeitbarkeit nehmen ab. Nickel (Ni) verbessert die allgemeine Korrosionsbeständigkeit. Bei einem Anteil von mind. 7 % tritt eine Gefügeveränderung ein: Ferrit Austenit. Ni verbessert die Kerbschlagzähigkeit, insbesondere bei extrem tiefen Temperaturen. Molybdän (Mo) verbessert die Korrosionsbeständigkeit ganz wesentlich, insbesondere gegen Lochfraß. Es erhöht die Festigkeitswerte, speziell die Warmfestigkeit. Mo ist ein Ferritbildner. Kupfer (Cu) erhöht schon in relativ geringen Konzentrationen (1,5%) die Beständigkeit gegen reduzierende Säuren (z.b. Schwefelsäure). Silizium und Aluminium (Si + Al) sind Ferritbildner, sie erhöhen insbesondere bei den ferritischen Stählen (Chromstähle mit relativ niederem CGehalt) die Zunderbeständigkeit (Schältemperaturen). Titan und Niob (Ti + Nb) werden ferritischen und austenitischen Stählen als sogenannte Stabilisierungselemente zulegiert. Sie sind starke Karbidbildner und führen insbesondere in Schweißnähten zu einer Verbesserung der Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion (siehe Kapitel 3). Schwefel (S) ist als nicht metallisches Element an und für sich eine Verunreinigung und wird normalerweise ganz tief gehalten. Für die rostbeständigen Automatenstähle wird Schwefel in Gehalt bis ca. 0,35 % bewusst zulegiert und verbessert markant die Zerspanbarkeit. Kalzium erhöht, selbst in geringen Mengen zulegiert und unter gewissen schmelztechnischen Voraussetzungen, die mechanische Bearbeitbarkeit, ohne die allgemeinen Gebrauchseigenschaften negativ zu beeinflussen (z.b. Stabstahl in Ugima Qualität, Hohlstahl in ValimaQualität). Stickstoff (N) stabilisiert das austenitische Gefüge etwa in gleichem Ausmaß wie C und erhöht die Festigkeit. N wird speziell tiefgekohlten rostbeständigen Stählen zulegiert (WerkstoffNr ). Mangan (Mn) erhöht Festigkeitswerte und Verschleißfestigkeit der Stähle. 2. Die drei Hauptgruppen rost und säurebeständiger Stähle, ihre Eigenschaften und Anwendungen Man unterscheidet folgende Hauptgruppen nach ihrer Gefügeform: martensitische Stähle ferritische Stähle austenitische Stähle 2.1. Martensitische Stähle Bei den martensitischen Stählen handelt es sich vorwiegend um Chromstähle mit Chromgehalten von 12 bis 18%; bei einem CGehalt von 0,10 bis 1,2%, je nach Qualität, finden sich Zusätze von Ni (0,5 2,5%) und Mo (bis ca. 1,2%). Die martensitischen Stähle sind magnetisch und können durch entsprechende Wärmebehandlung vergütet bzw. gehärtet und angelassen werden. Wegen der relativ hohen CGehalte sind die martensitischen Stähle nicht oder nur mit speziellen Maßnahmen schweißbar (Vorwärmen/Glühen). Qualitäten mit CGehalten bis ca. 0,40% werden normalerweise als vergütete Stähle eingesetzt, über 40% in gehärtetem Zustand. Mit zunehmendem CGehalt nimmt die Härte in gehärtetem Zustand zu (0,1% C = ca. HRC 40, 0,9% C = HRC 58). Diese Qualitätsgruppe wird verwendet für die Herstellung mechanisch hochbeanspruchter Konstruktionsteile und Wellen sowie für gehärtete Werkzeuge und Schneidwaren, bei denen eine erhöhte Beständigkeit gegen oxydierende Säuren erforderlich ist Ferritische Stähle Bei den ferritischen Stählen handelt es sich vorwiegend um reine Chromstähle mit CrGehalten von 10,5 bi 18% und CGehalten unter 0,1%. Sie sind magnetisch, nicht härtbar, können aber geschweißt werden; insbesondere werden sie in der Salpetersäureindustrie eingesetzt. Andere Einsatzgebiete sind: Haushaltwaren aller Art, Innenarchitektur sowie Automobilindustrie (Zierleisten, Raddeckel etc.) 2.3. Austenitische Stähle Es sind dies die mit Abstand am meisten verwendete Stähle. Sie enthalten folgende Legierungselemente: Cr 17 27% ferner je nach Qualität: Ni 7 33% Mo 2,0 6,5% C unter 0,12% Cu 1,5 2,5% sowie allenfalls die Stabilisierungselemente Ti oder Nb. Die austenitischen Stähle sind nicht magnetisierbar, nicht härtbar durch Wärmebehandlung, jedoch im Allgemeinen sehr gut schweißbar. Sie zeichnen sich in geglühtem Zustand durch ein niedriges Streckgrenz verhältnis und durch sehr hohe Zähigkeitswerte aus, die auch bei extrem tiefen Temperaturen beibehalten werden (Dehnung bei Raumtemperatur ca. 50%). Sie neigen zu starker Kaltverfestigung, insbesondere bei höheren CGehalten, d.h. ihre Festigkeitswerte können durch Kaltumformung sehr stark erhöht werden bei gleichzeitig stark verminderter Dehnung (Bildung von Verformungsmartensit = Zunahme der Magnetisierbarkeit, d. h., dass das Material leicht magnetisch wird. Die hauptsächlich verwendeten Qualitäten sind: Oberbegriff V2A WerkstoffNr. : C max. 0,07%, Cr 17 19%, Ni 8,5 10,5% Diese Qualität findet eine außerordentlich breite Anwendung in allen Industrien, z. B. für Haushaltgeräte und maschinen, für Besteck, in der Nahrungs und Genussmittelindustrie, für Heizungs und Klimaanlagen, in der chemischen Industrie, der Papierindustrie und für korrosionsbeanspruchte Konstruktionsteile in der Maschinenindustrie. Varianten dieser Grundqualität sind: Werkstoff Nr. mit eingeschränktem CGehalt von max. 0,03%: bessere Schweißbarkeit, keine Karbidausscheidungen (verbesserte Korrosionseigenschaften). Werkstoff Nr. : mit eingeschränktem CGehalt von max. 0,03%, der geringere Kohlenstoffgehalt führt zu einer verbesserten Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion WerkstoffNr. mit Zusatz von Ti als Stabilisierungselement zur Vermeidung von Karbidausscheidungen Oberbegriff V4A WerkstoffNr. : C max. 0,07%, Cr 16,5 18,5, Ni 10,5 13,5%, Mo 2 2,5%. Die Säurebeständigkeit des Stahls wird durch den Zusatz von Mo ganz wesentlich verbessert. Damit das Gefüge austenitisch bleibt (Mo ist Ferritbildner!), wird dem Stahl gleichzeitig mehr Ni zulegiert (min. 10,5%). Ferner bewirkt die Zulegierung von Mo eine wesentlich verbesserte Beständigkeit gegen Lochfraß sowie allgemein gegen reduzierende Säuren. Ebenso die WerkstoffNr. mit eingeschränktem CGehalt (max. 0,03%, und leicht erhöhtem NiGehalt, 1114%), welcher in zunehmendem Maße in der Industrie Anwendung findet. Werkstoff Nr. : Wie WerkstoffNr., jedoch zusätzlich mit Ti stabilisiert, schweißbar ohne thermische Nachbehandlung, kornzerfallbeständig. Die WerkstoffNr. ist die in der deutsch chemischen Industrie am häufigsten eingesetzte Qualität. Werkstoff Nr. : Mit eingeschränktem CGehalt von max. 0,03%, Cr 17 18%, Mo 2,5 3,0, Ni 12,5 15,0%, mit Ferritgehalt = 0%, schweißbar ohne thermische Nachbehandlung, kornzerfallbeständig. 3. Die Korrosion bei rost und säurebeständigen Stählen Unter Korrosion wird im Allgemeinen die von der Oberfläche eines Stahls ausgehende Veränderung des Werkstoffes durch chemische oder elektrochemische Angriffe verstanden. Die dabei entstehenden, durch Färbung erkennbaren oxydischen Korrosionsprodukte werden als Rost bezeichnet. Man stellt dabei im Normalfall eine mehr oder weniger gleichmäßige Abtragung der Stahloberfläche fest. Durch die hohen Gehalte an Legierungsmetallen wie Chrom, Nickel und Molybdän wird der Korrosionswiderstand der austenitischen Stähle derart erhöht, dass man von säurebeständigen Stählen sprechen darf. Dabei muss aber ausdrücklich festgehalten werden, dass es keinen säurebeständigen Stahl gibt, der gegen stark reduzierend wirkende Angriffsmittel wie z. B. Salz, Fluss und Schwefelsäure beständig ist (Beizsäuren). Ein Stahl wird dann als beständig gegen bestimmte Säuren, Laugen oder Salze bezeichnet, wenn er nach Prüfung in einem dieser Angriffsmittel während einer bestimmten Zeit und bei einer bestimmten Temperatur keinen oder nur einen sehr geringen Gewichtsverlust in g/m² h erleidet. In dieser Broschüre haben wir auf den Seiten eine Beständigkeitstabelle zusammengestellt, die in gewisser Weise die Einschätzung der Korrosionsbeständigkeit erleichtern kann. Dabei weisen wir ausdrücklich darauf hin, dass die Prüfergebnisse nur als Richtwerte zu verstehen sind, da in der Praxis meistens ganz andere Bedingungen vorherrschen als bei den vorliegenden Laborergebnissen mit chemisch reinen Angriffsmitteln. Leider wird bei Korrosion eher selten eine gleichmäßige Abtragung auf der Stahloberfläche festgestellt, sondern je nach Erscheinungsform kann auch ein örtlich beschränkter Angriff erfolgen. Es gibt also verschiedene Korrosionsarten Bei nichtrostenden Stählen unterscheidet man nachfolgende Korrosionsarten: Die gleichmässige Abtragung über die ganze Stahloberfläche, wie unter 3. Beschrieben. Fazit: Der eingesetzte Stahl ist gegen das vorliegende Angriffsmittel nicht beständig Die LochfraSSkorrosion (siehe Bilder a und b) Bei Lochfraß handelt es sich um einen lokalen, teilweise nur punktförmig begrenzten Korrosionsangriff mit großer Tiefenwirkung. Zwischen den angegriffenen Stellen können Flächen liegen, die in keiner Weise angegriffen bzw. zerstört sind. Bei der Lochfraßkorrosion entsteht also eine lokale Aktivierung einer ansonsten sehr passiven Stahloberfläche. Die einmal aktivierten Stellen bleiben dauernd aktiv, so dass der Stahl an dieser Stelle völlig zerstört wird. Lochfraß wird vorwiegend durch das Vorhandensein von HalogenVerbindungen (Salzbildner wie Chlor, Brom und Jod) verursacht. Mohaltige Stähle sind widerstandsfähiger gegen Lochfraßkorrosion als die ChromNickelStähle Die SpannungsrissKorrosion Sie kann besonders bei den austenitischen CrNiStählen auftreten, wenn diese unter äußeren und inneren Spannungen Korrosionsmitteln ausgesetzt sind. Ausgelöst wird die SpannungsrissKorrosion meist durch chloridhaltige Salzlösungen oder feuchte Chlorverbin 4 5

4 dungen, feuchtes Kochsalz, Beizbäder etc. Die Risse sind meist stark verästelt und verlaufen senkrecht zur Spannungsrichtung. Außerdem sind ChromNickelStähle mit MoZusatz etwas weniger anfällig gegen die transkristalline Spannungskorrosion Die Kontaktkorrosion Als Kontaktkorrosion bezeichnet man die Korrosion, die bei der Kombination von unterschiedlichen Werkstoffen entstehen kann. Dabei geht das unedlere Metall in Lösung. Rost und säurebeständige Stähle weisen in passivem Zustand ein hohes Elektrodenpotential auf und werden bei Kontakt mit unedleren Metallen und Legierungen wie Kupfer, Bronze, Messing oder Aluminium zur Kathode und aus diesem Grund nicht angegriffen. Verschraubte Messingarmaturen an rostfreien Rohrleitungen sind also zulässig, vorausgesetzt, dass Messing gegen das vorliegende Angriffsmittel selbst genügend beständig ist. Bei Anwesenheit von reduzierenden Angriffsmitteln kann die Passivität des säurebeständigen Stahls verloren gehen, d.h. sein Elektrodenpotential wird unedler. In diesem Fall können diese Stähle bei unterschiedlichen elektrochemischen Verhalten angegriffen werden. Es empfiehlt sich also, für Verbindungselemente stets artgleiche Werkstoffe zu verwenden. Wenn dies aus konstruktiven Gründen nicht möglich ist, sollte man den unmittelbaren Kontakt durch eine Isolierschicht verhindern Die Spaltkorrosion Als Spaltkorrosion bezeichnet man einen Korrosionsangriff, der unter Dichtungen, an gefalzten Blechteilen oder an solchen Stellen auftritt, die durch Punktschweißung miteinander verbunden sind. Bei dieser Korrosionsform ist ein Spalt zwischen zwei Teilen aus gleichen oder ungleichen Werkstoffen das Kriterium. Der zur Bildung einer Passivschicht der nichtrostenden Stähle ständig erforderliche Sauerstoff hat zu den Spalten nicht oder nur in ungenügendem Maße Zugang. Dadurch können sich die Spaltflächen leicht aktivieren und zu örtlicher Korrosion führen. Die Spaltkorrosion wird durch chlorionenhaltige Medien gefördert. Fazit: Schon bei der Konstruktion von Apparaten und Geräten sollten schädliche Fugen und Falzungen möglichst vermieden werden Die interkristalline Korrosion oder Kornzerfall Bei den ferritischen und austenitischen Qualitäten kann es bei Überhitzungen, z.b. beim Schweißen, zu Gefügeausscheidungen in Form von Chromkarbiden kommen. Diese Chromkarbide (Verbindungen von Chrom und Kohlenstoff) setzen sich an den Korngrenzen des Gefüges ab. Bei chemischen Beanspruchungen werden diese Korngrenzbereiche durch Chromverarmung aktiv, während die Kornflächen passiv bleiben. Der chemische Angriff schreitet also entlang der Korngrenzen fort. Er verläuft interkristallin und führt schließlich zum Herauslösen von dieser schädlichen Chromkarbide und damit die Chromverarmung des Stahls entsteht innerhalb einer gewissen Zeit und innerhalb eines bestimmten Temperatur Intervalls, der sogenannten kritischen Temperaturzone. Diese kritische Temperaturzone liegt bei den ferritischen Chromstählen etwas über 1000 C, während sie bei den austenitischen Güten zwischen 450 und 900 C liegt. Dies heißt also, dass ferritische Chromstähle, wenn sie längere Zeit über 1000 C erwärmt werden, Chromkarbide ausscheiden, während austenitische Güten diese Neigung bereits zwischen 450 und 900 C zeigen Da bereits beim Schweißen der rostsicheren Stähle Temperaturen über 1300 C auftreten, muss dafür gesorgt werden, dass die Stähle beim Abkühlen bzw. beim Eintritt in ihre kritische Temperaturzone keine Chromkarbide bilden können. Dies kann auf folgende 3 Arten verhindert werden: a) Die Abkühlung geht so schnell vor sich, dass sich Chrom und Kohlenstoff nicht zu Chromkarbiden vereinigen können da zur Karbidbildung eine gewisse Zeit erforderlich ist. Je mehr Kohlenstoff der Stahl enthält, desto schneller geht die Chromkarbidausscheidung vor sich. Normale austenitische Qualitäten mit CGehalten unter 0,07% kühlen bis ca. 4 mm Blechstärke nach dem Schweißen genügend schnell an der Luft ab (die Werkstoffe, ). b) Man senkt den KohlenstoffGehalt der nichtrostenden Stähle unter 0,03% ab, um eine Karbidausscheidung zu verhindern, weil zu wenig Kohlenstoff da ist, um eine Chromkarbidbildung zu ermöglichen (Werkstoffe,, und ), wobei ihre mechanische Eigenschaft durch den niedrigeren Kohlenstoffgehalt etwas reduziert werden. c) Man legiert den rostsicheren Stählen bestimmte Mengen der sogenannten Stabilisatoren Titan (Ti) oder Niob (Nb) zu. Diese beiden Legierungselemente haben eine wesentlich größere Affinität zu Kohlenstoff als das Metall Chrom, d.h. sie gehen viel lieber und schneller eine Verbindung mit Kohlenstoff ein. Dies hat zur Folge, dass sich beim Erhitzen von stabilisierten rostsicheren Stählen bei Erreichen der kritischen Temperaturzone sofort Titan oder NiobKarbide bilden, bis der Kohlenstoff gebunden ist. Zur Bildung von Chromkarbiden ist kein Kohlenstoff mehr zur Verfügung. Die Titan und NiobKarbide sind außerdem sehr zäh und sind relativ gleichmäßig im Gefüge verteilt. Die stabilisierten Güten werden vorzugsweise bei dickeren Blechen mit Langzeitschweißungen eingesetzt. Aufgrund ihrer etwas größeren Zähigkeit finden diese Stähle insbesondere dort Verwendung, wo die Schweißnahtzonen auch bei Temperaturen über 450 C höheren mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. (die Werkstoffe, , und ) Fremdrost Als letzte Korrosionsart sei der Fremdrost erwähnt, dessen Rosterscheinung von nicht völlig entzunderten Schweißnähten ausgehen kann oder auf Eisenablagerungen auf der Oberfläche der rostsicheren Stähle zurückzuführen ist. Auf diesen Fremdrost und seine Vermeidung wird im Kapitel Schweißen und Löten der rostfreien Stähle noch näher eingegangen, so dass wir uns darauf beschränken, darauf hinzuweisen, dass Fremdrost z. B. durch unsachgemäße Verpackung und Fremdrostbefall während des Transportes oder durch unsachgemäße Lagerung zusammen mit Eisen entsteht. Je nach Stärke dieses Fremdrostbefalls müssen die Materialien gereinigt werden, was meistens durch Abscheuern mit üblichen Putzmitteln geschehen kann. In hartnäckigen Fällen ist ein Nachbeizen des Materials und Neutralisieren mit Wasser unerlässlich (Beizen = 15 20% Salpetersäure 50%ig % Wasser). 3.2 Korrosionsschutz Um an einem Apparat eine optimale Säurebeständigkeit bzw. Lebensdauer gegen ein bestimmtes, genau bekanntes Angriffsmittel bei einer bestimmten Betriebstemperatur zu erhalten, müssen nachfolgende Kriterien erfüllt sein: Die Wahl der bestgeeigneten Qualität Soweit nicht schon aus der Beständigkeitstabelle in unserer Broschüre Wissenswertes für den Praktiker die Qualitätsauswahl getroffen werden kann, sind Rückfragen bei den Fachleuten der Lieferwerke unerlässlich. In Sonderfällen führen auch Versuche mit kleinen Mustern bei Kunden zum Erfolg. Dabei muss allerdings darauf geachtet werden, dass nur ein Teil des Musters in das vorliegende Angriffsmittel getaucht wird, weil der Angriff beim Übergang in Luft, also auf dem Säurespiegel, meistens am größten ist Konstruktive MaSSnahmen Auf diese wird in dem Kapitel Schweißen und Löten hingewiesen. Als Hauptregeln gelten: möglichst wenige Schweißnähte, denn diese beherbergen immer die schwächsten Stellen einer Konstruktion in Bezug auf Säurebeständigkeit. Ferner sollen allzu starke, durch Kaltverformung entstandene Spannungen nach Möglichkeit durch Glühung abgebaut werden. Im Weiteren sollen für Langzeitschweißungen z. B. bei der Verarbeitung von dicken Blechen zur Vermeidung der interkristallinen Korrosion nur niedergekohlte oder stabilisierte Güten verwendet werden (Werkstoffe,, und ) Oberflächenbehandlung Im Weiteren hat man sich, was das Aussehen eines fertigen Apparates betriff, stets den Satz vor Augen zu halten: Je glatter und glänzender die Oberfläche eines nichtrostenden Stahls ist, desto besser ist seine Beständigkeit gegen chemische Angriffsmittel. Dem Schleifen und Polieren muss bei rostbeständigen Apparaten mit höchster chemischer Beanspruchung also besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. 4. Die Wärmebehandlung Während die austenitischen und ferritischen nichtrostenden Stähle in abgeschrecktem bzw. geglühtem Zustand bei entsprechend gut passivierter oder polierter Oberfläche ihre beste Säurebeständigkeit besitzen, sollten die martensitischen Chromstähle ausschließlich in vergütetem bzw. gehärtetem Zustand zur Verwendung gelangen, da sie nur in diesem Zustand ihre spezifische beste Rostsicherheit aufweisen. Die Glüh und Vergütungstemperaturen für eine Auswahl der meistverwendeten rost und säurebeständigen Stähle können den entsprechenden Datenblättern entnommen werden. Bei den austenitischen Stählen liegt die Glühtemperatur durchwegs bei ca C, wobei wegen der Gefahr der interkristallinen Korrosion die kritische Temperaturzone zwischen 900 und 450 C bei der Abkühlung schnell durchfahren werden muss. Dies erfolgt durch Abschreckung in Wasser, so dass man statt Glühen auch Abschrecken zu sagen pflegt. Zum Schluss sei noch etwas über die Pflege von Konstruktionen und Apparaten aus rostsicherem Stahl gesagt: Die Meinung, dass nichtrostender Stahl rostfrei bleibt und keinerlei Pflege bedarf, ist leider noch ziemlich stark verbreitet, was hin und wieder zu einem bösen Erwachen führen kann. Schon durch den Umstand, dass diese Stähle sehr anfällig gegen Fremdrost sind, ist es unerlässlich, die Apparate zu überwachen und nötigenfalls diesen Fremdrost zu entfernen. Die Industrie bietet heute eine ganze Reihe von Reinigungsmitteln zur Pflege von nichtrostendem Stahl an. Nähere Angaben hierüber finden Sie in den Kapiteln Reinigung und Pflege. Was passieren kann, wenn nicht gereinigt wird, sei an nachfolgendem Beispiel gezeigt: In einem Hotelbetrieb wurde vor Jahren ein größerer runder, rostsicherer Eimer aus 2 mm Blech in Werkstoff Nr. mit Standring, Handgriffen und Deckel eingesetzt zum Sammeln der Lebensmittelabfälle von Küche und Service. Jeden Abend wurden diese Abfälle von einer Schweinezucht in Stadtnähe abgeholt. Nach knapp einem Jahr erreichte uns dann die Reklamation der Herstellerfirma des Eimers. Grund: Der Boden des Eimers war total durch korrodiert und stellenweise ausgebrochen. Die Untersuchung durch uns zeigte eine relativ dicke Kruste Kochsalz auf dem Boden, große, durch Lochfraß verursachte Löcher, nebst klassischer Spannungsrisskorrosion mit durchbrochenen Rissen an den Radien des gepressten Bodens. Im Übrigen betrug die Wandstärke des Mantels in der untersten Partie noch knapp 1 mm. Was war geschehen? Der Eimer war, wie uns vom Hotelier bestätigt wurde, überhaupt nie ausgewaschen worden; warum auch, er ist ja rostfrei, war die erstaunte Frage. Man hat den Eimer ganz einfach jeden Abend gekippt und den Inhalt in mitgebrachte Bottiche der Mästerei geleert, ein halbes Jahr lang. Die dadurch entstandene, immer stärker werdende Konzentration von feuchtem Kochsalz hat den Eimer vorzeitig zerstört. Nachzutragen wäre, dass der neue Eimer, der sicherheitshalber in Werkstoff Nr. gefertigt wurde und jeden Tag nach der Leerung mit Wasser ausgespült wird, sehr wahrscheinlich heute, nach 10 Jahren, noch existiert. 5. SchweiSSen und Löten der rostfreien Stähle SchweiSSen von CrNiStählen: Der Literatur ist zu entnehmen, dass heute mehr als 150 Schweißverfahren bzw. Verfahrensvariationen unterschieden werden. Nicht alle Verfahren sind zum Schweißen von CrNiStählen einzusetzen. GasschweiSSen (AutogenSchweiSSen) Zum Schweißen hochwertiger Verbindungen ist das Gasschweißen nicht geeignet. Gelegentlich werden dünne Bleche mittels Bördel naht verschweißt. Spezielle Flussmittel sind dazu erforderlich. Dabei ist mit eher kleinem Brenner und streng neutraler (bis leicht reduzierender) Flamme zu schweißen. Ein niobstabilisierender Zusatzdraht wirkt der Aufkohlung durch die Flamme entgegen. LichtbogenhandschweiSSen (ElektrodenSchweiSSen) Praktisch alle Lichtbogenschweißverfahren eignen sich zum Schweißen von CrNiStählen. Das ElektrodenHandschweißen verliert jedoch gegenüber den SchutzgasSchweißverfahren aus verschiedenen Gründen an Bedeutung. Zum Lichtbogenschweißen von CrNiStählen muss die Schweißstelle in jedem Fall sauber, trocken und fettfrei sein. Die Schweißelektrode ist nach Rücksprache mit dem ElektrodenLieferanten zu wählen. In der Regel werden artgleiche Zusatzwerkstoffe eingesetzt. Wie bei allen Schweißverfahren ist beim Lichtbogenschweißen die 6 7

5 richtige Schweißnahtvorbereitung von Bedeutung. Bis höchstens 4mm Blechdicke kann ein Stumpfstoß als INaht ausgebildet sein. Der Stegabstand = halbe Blechdicke +1 mm ist in jedem Fall einzuhalten. Nur dieser scheinbar große Stegabstand erlaubt ein sicheres Durchschweißen. Beim Durchschweißen dünner Querschnitte ohne Luftspalt kann die Elektrodenschlacke die Nahtwurzel nicht abdecken. Chromoxydbildung und Korrosionserscheinungen sind dann zu erwarten. Farbige, zerklüftete, verzunderte Nahtwurzeln oder im schlimmsten Fall ein unverschweißter Spalt sind höheren Korrosionsansprüchen nicht immer gewachsen. Für Wurzelschweißungen an Rohren ist das Lichtbogenhandschweißen heute ohnehin nicht mehr Stand der Technik. Das WolframSchutzgasSchweißverfahren eignet sich dazu weit besser. Bereits das richtige Heften z.b. einer Kehlnaht ist schwierig. Oft wird die Stromstärke zu hoch eingestellt. Dadurch entstehen bereits an der Heftstelle Risse. Die Heftstellen sind einwandfrei, lang genug und im Pilgerschritt auszuführen. VNähte bei Werkstückdicken bis ca. 6 mm werden mit einem Öffnungswinkel von ca. 90 ausgeführt. Bauteile größerer Dicken erfordern zum Teil andere Nahtformen mit, relativ gesehen, großen Öffnungswinkeln von mindestens 70. Immer muss ein einwandfreies Durchschweißen gewährleistet sein, ohne dass die Nahtwurzel oxydiert. SchutzgasschweiSSverfahren WolframInertgasSchweiSSen (WIG, TIG) Das TIGSchweißverfahren eignet sich gut für das wirtschaftliche Verschweißen dünner Bleche und Rohre aus nichtrostenden Stählen. Öfter werden saubere, krater und porenfreie Wurzellagen an dickeren Bauteilen bei VNähten ebenfalls durch TIGSchweißen ausgeführt. Zum Schweißen wird Gleichstrom verwendet, wobei das Werkstück am Pluspol und die Elektrode am Minuspol angeschlossen wird. Thoriumlegierte Elektroden halten länger und ergeben weniger Einschlüsse. Die Elektroden werden spitz geschliffen, damit bleibt die Wärme besser konzentriert. In der Regel wird als Schutzgas normales SchweißArgon mit einer Reinheit von 99,99% eingesetzt. Die häufigsten Schweißfehler beim TIGSchweißen entstehen in der Schweißpraxis durch: fehlerhafte, verkantete Brennerhaltung ungenügende Gaszufuhr Turbulenzen an der Brennerdüse Luftzug durch Absaugung oder Durchzug. Öfter als zu erwarten ist, wird beim TIGSchweißen die Rückseite der Schweißnaht vergessen. Diese ist immer durch zweckmäßige Maßnahmen zu schützen. Üblich sind: bei nicht zu hohen Ansprüchen: gut anliegende Kupferstreifen. Ansonsten: Vorrichtungen für den Wurzelschutz mit ReinArgon oder Formiergas. Klebestreifen verschiedener Art; diese können jedoch infolge von Verbrennungsrückständen problematisch sein. Das Formiergas ein Gas aus 80 bis 90% Stickstoff, Rest Wasserstoff wird häufig als Innenschutzgas beim Schweißen von Rohren eingesetzt. Es muss durchströmen und am Rohrende abgefackelt werden. Wesentlich ist, dass bereits beim Heften von Rohren das Formiergas angeschlossen sein muss, da sonst bleibende oxydierte Heftstellen zurückbleiben. Diese sind später die Ursache von Korrosionen. MetallIntergasSchweiSSen (MIG) Größere Bauteile über ca. 5 mm Dicke eignen sich zum Verbinden durch MIGSchweißen. Gearbeitet wird dabei mit Sprühlichtbogen. Moderne Schweißgeräte und Impulstechnik erleichtern dem Schweißer das Einstellen der erforderlichen Schweißparameter. Zur Erzielung einer besseren Nahtzeichnung ohne Spritzer wird ein Argon/SauerstoffMischgas mit 13% Sauerstoffanteil eingesetzt. PlasmaSchweiSSen Das PlasmaSchweißen ist eine Weiterentwicklung des WolframIntergasSchweißens. Wesentlich erhöht sind beim Plasmaschweißen die Energiedichte und Lichtbogenstabilität. Infolge des hohen gerätetechnischen Aufwandes wird die Stichlochtechnik wenig eingesetzt. Das MikroplasmaSchweißen von Blechdicken im Zehntelmillimeterbereich und ebensolchen Drähten ist dagegen allgemein üblich. Große Handfertigkeit und umfangreiche Fixiereinrichtungen etc. sind jedoch auch hier erforderlich. WiderstandsschweiSSen Die schlechte Wärmeleitfähigkeit und die niedrige elektrische Leitfähigkeit der austenitischen Stähle ergeben eine gute Verschweißbarkeit durch z.b. Punktschweißen. Dabei ist der mögliche große Verzug oder gar das Ausbeulen der Bleche zwischen den Schweißpunkten zu beachten. Zudem können bei Überlappverbindungen leicht Spaltoder Kontaktkorrosionen auftreten. Wahl der SchweiSSverfahren Welches Schweißverfahren einzusetzen ist, hängt schließlich von verschiedenen Faktoren ab. Im Wesentlichen sind dies: Blechdicke Nahtlänge Schweißposition Werkstückzahl und Anforderungen an das Werkstück. Konstruktive und arbeitstechnische Regeln Bei sämtlichen Schweißarbeiten sind die CrNiStählen gegenüber Baustählen wesentlich anderen physikalischen Eigenschaften zu beachten, wie: geringe Wärmeleitfähigkeit hoher Ausdehnungskoeffizient hoher elektrischer Widerstand. Die Wärmefähigkeit von CrNiStählen beträgt nur etwa ein Drittel höher. Dies bedeutet beim Schweißen Wärmestau, Spannungen und Verzug, aber auch Heißrissgefahr und ChromkarbidBildung mit Korrosionsgefahr bei unstabilisierten Stählen. Als allgemeine Regeln gelten deshalb für jeden Schweißer: kleines Schweißnahtvolumen vorsehen das Pendeln beim Schweißen ist zu unterlassen, d.h. Kalt schweißen mit geringer Wärmeeinbringung Schweißen von Strichraupen. Sind mehrere lagen zu schweißen, so kann zur Vermeidung von Heißrissen die Gegenseite direkt hinter der Schweißstelle mit Wasser oder Pressluft gekühlt werden. Heißrisse entstehen in Folge des hohen Ausdehnungskoeffizienten austenitischer Stähle. Zudem bilden Verunreinigungen, wie z.b. S mit Fe, niedrigschmelzende Phasen, die sich an den Korngrenzen ablagern. Beim erstarren entstehen hohe Schrumpfspannungen. Die Risse bilden sich alsdann ausgehend von niedrigschmelzenden Filmen in der Erstarrungszone. Bei hohen Schweißtemperaturen, wie sie auch bei Mehrlagenschweißungen auftreten, bilden sich Oxyde. Zudem kann sich Chrom mit Kohlenstoff zu Chromkarbid verbinden. Dies führt in korngrenznahen Zonen zu Chromverarmung, d.h. zu interkristalliner Korrosion. Bei Mehrlagenschweißungen ist deshalb die letzte Lage immer auf die korrosionsbeanspruchte Seite eines Bauteils zu legen. Bei korrosionsbeanspruchten Teilen ist im Weiteren jede Spannungskonzentration zu vermeiden. Ansammlungen von Schweißnähten führen zu hohen Schrumpfspannungen und damit zu Spannungsriss Korrosionsgefahr. Vorsicht ist ebenfalls beim Kaltverformen geboten. Nachträgliches Hämmern oder Richten der Schweißnaht kann zu hohen örtlichen Spannungskonzentration und unzulässigen Härten führen. Bei kaltverfestigten CrNiStählen sinkt die Dehnungsfähigkeit des Werkstoffes rasch auf minimale Werte. Am Beispiel einer Punktschweißverbindung sei auf die Gefährlichkeit von Anlauffarben und Spalten hingewiesen. Anlauffarben sind dünne Oxydschichten, die nicht mehr die passivierenden Eigenschaften des Grundwerkstoffes aufweisen. Nicht entfernte Anlauffarben können rasch zu lokalen Korrosionsangriffen führen. 8 9 Fremdrost Was viele nicht wissen Eisen ist der Feind des nichtrostenden Stahles. Unebenheiten, Fremdpartikel und ganz besonders kleine Eisenteilchen stören die submikroskopische Passivschicht des CrNiStahles. Bei höchsten Ansprüchen gelten deshalb auch für jeden Metallbauschlosser folgende Regeln: Keine Schleifscheiben verwenden, mit denen vorher unlegierter Stahl geschliffen worden ist. Schleifstaub von unlegiertem Stahl darf nicht auf die Oberfläche von CrNiStahl gelangen, d.h., die Arbeitsplätze für die Verarbeitung von ChromNickelStählen sind von Arbeitsplätzen für unlegierte Stähle zu trennen. Außerdem: Nur Bürsten aus nichtrostendem Stahl verwenden, die nicht gleichzeitig für unlegierte Stähle eingesetzt werden dürfen. Eine stählerne Reißnadel zum Anreißen auf ChromNickelStahl darf nicht verwendet werden. Im Extremfall kann bereits ein über CrNiStahl gleitender Schraubenschlüssel oder Eisenhammer unter ungünstigen Umständen die Korrosion einleiten. Löten von CrNiStählen Hartlöten Hartlotverbindungen lassen sich mit niedrig schmelzenden Silberloten und zugehörigen Flussmitteln sehr gut durchführen. Es wird mit weicher Flamme gearbeitet; punktförmige Erhitzung bzw. Überhitzung ist zu vermeiden. Die zu verbindenden Flächen sind chemisch oder mechanisch auf zu rauen. Der Lötspalt soll 0,1 mm, die Überlappung mindestens 2 mm betragen. Zum Hartlöten werden Silberlote mit 3556% Silber, vorzugsweise AG 56 nach DIN 8513 mit Flussmittel FSH 1 nach DIN 8511 eingesetzt. Bei Teilen für die Lebensmittelindustrie dürfen nur cadmiumfreie Silberlote eingesetzt werden. Die beim Hartlöten entstehenden Anlauffarben müssen durch Beizen oder Bürsten entfernt werden. Weichlöten Nichtrostende Stähle lassen sich mit Lötzinn (LSnAG5 oder LSn60PB nach DIN 1707) weich löten, wenn man aggressive Flussmittel (FSW 11, SSW 21 nach DIN 8511) benutzt. Die zu verbindenden Oberflächen müssen gereinigt und metallisch blank gemacht werden. Da die nichtrostenden Stähle Wärme schlechter leiten als Kupfer oder Eisen, sind örtliche Überhitzungen zu vermeiden. Für den Lötspalt gilt das gleiche wie beim Hartlöten. Die Überlappung soll 6 mm betragen. Für beide Verfahren gilt: Bei geschliffenem Material soll die Schleifrichtung in Flussrichtung liegen. Der Lötspalt darf sich in Flussrichtung nicht vergrößern. Er muss konstant sein oder sich leicht verengen.

6 Reinigung und Pflege von rostfreiem Stahl Anmerkungen Die Korrosionsbeständigkeit dieser Werkstoffe ist durch die Zugabe der Legierungselemente Chrom, ChromNickel etc. primär gewährleistet. Eine Schutzbehandlung in Form von Anstrichen oder spezieller Oberflächenbehandlung entfällt. Metallisch blanke Teile aus rostfreiem Material bilden in freier Atmosphäre an der Oberfläche eine hauchdünne Oxydschicht (Passivierung), die zusätzlich vor Korrosion schützt. Schutzschichten können Stoffe enthalten, die bei längerem Art der Verschmutzung Reinigung Hinweise Staub, Ruß* 1. Abwischen mit weichem, trockenem Lappen, Spülen mit Wasser (evtl. nachtrocknen) (1) Fingerabdrücke Leichte Fette und Ölflecken Trockene Flugasche Streusalzkruste** Rückstände von Beschichtungsfolien Fettstiftmarkierungen Bleistiftmarkierungen Firmenaufdrücke Farbspritzer Lötflussmittel (ohne Verfärbung) Festhaftende Verschmutzung Betonspritzer, Verputz SchweißVerfärbungen (teilweise) Schweißverfärbungen Lötflussmittel (bereits mit Verfärbung) Flugrost Fremdrost Kratzer 2. Abwaschen mit Haushaltreiniger (ohne Scheuermittelzusatz). Nachspülen mit Wasser (trocknen) (1) 3. Abwaschen mit organischen Lösungsmitteln wie Toluol, Xylol, Tetratichlorkohlenstoff oder Mineralöldestillaten wie Benzin(bleifrei), Nitroverdünner, Aceton, MethylEthylZeton, PerchlorÄthylen, Alkohol etc. 4. Reinigung wie 1. 3., Auftragen von leicht öl oder wachshaltigen Konservierungsmitteln 5. Waschen mit Reinigungsmittel mit Scheuerzusatz, mit Wasser nachwaschen (1), nachtrockenen 6. Reinigung mit Nylongewebe evtl. mit Al OxydBeschichtung, unter Zusatz von: Lösungsmitten 7. Reinigung mit Schleiftuch und Bürsten. Gründliches Reinigen mit Wasser (1) (evtl. unter Druck) nötig (zur Vermeidung von Fremdrost) 8. Elektrolytische Reinigung: behandeln mit Beizmittel Okite Nr. 33 Evtl. Kombinationen mit Verfahren Können Erfolg bringen. Verbesserung der Oberfläche visuell: Beizen mit 20 % Salpetersäure oder Phosphorsäure, spülen (1) Können mit spannabhebenden Verfahren entfernt werden. Auf kaltgewalzten Oberflächen können selbst mit Nachbeizen resp. Nachpolieren keine einwandfreien Resultate erreicht werden Einwirken farbliche Veränderungen derselben oder gar korrosive Angriffe auf das Material verursachen, die unter Umständen zur Zerstörung desselben führen können. Um diesen Mechanismen auszuweichen, ist eine periodische Pflege von Teilen aus rostfreiem Material zu empfehlen. Die nachfolgende Tabelle bietet einen Überblick über die häufigsten Verschmutzungsursachen und vermittelt Hinweise zur Reinigung. Zur Vermeidung von Wasserflecken Hartes Wasser kann Kalkspuren hinterlassen, geringfügiger Essigzusatz im Spülwasser schafft Abhilfe Diese Stoffe verursachen brennbare Dämpfe. Nur in guten belüfteten Räumen anwenden! Oberfläche wird unempfindlicher gegen erneute Verschmutzung. Muss periodisch erneuert werden Diese Verfahren sind für 2D, 2B oder BA Oberflächen ungeeignet, da Scheuerspuren zurückbleiben Geschliffene oder gebürstete Oberflächen unbedingt in Bearbeitungsrichtung nachbehandeln ACHTUNG: nur Bürsten mit rostfreien Borsten verwenden (Fremdrost) Neutralisieren mit Wasser unerlässlich Bleche mit Arbeitsschutzfolie verarbeiten, Verwendung von DekorBlechen Starker Rostbefall Reinigung gemäß Pos. 7. Und nachbeizen Beständigkeit des Materials hinsichtlich der korrosiv wirkenden Stoffe prüfen *In der Regel schwefel und phosphorhaltig, daher stark korrosiv wirkend. Führt zu Lochfraß (Typ 304) ** Enthält Chlor, in feuchtem Zustand strak korrosiv (Typ 304 Lochfraß) (1) Spülen mit heißem Wasser evtl. unter Druck bringen in der Regel bessern Reinigungseffekt WerkstoffNr., WerkstoffNr. Die vergütbaren martensitischen Werkstoffe Nr. und sollten ausschließlich in vergütetem Zustand eingesetzt werden. Bei geschliffener oder polierter Oberfläche ist der Werkstoff Nr. genügend beständig gegen Wasser, Wasserdampf und ähnliche schwach oxydierende Medien. Der Werkstoff Nr. weist eine im Vergleich zu W. Nr. verbesserte Korrosionsbeständigkeit auf und wird für mechanisch hoch beanspruchte Teile, z.b. in der Luftfahrt, in Molkereimaschinen, in der Papierindustrie sowie in der SalpetersäureIndustrie, eingesetzt. Ein Schweißen dieser beiden Qualitäten ist nur bedingt möglich. (Vorwärmen der Stähle auf C und Neuvergütung nach dem Schweißen.) WerkstoffNr. Der Werkstoff Nr. mit erhöhtem SchwefelGehalt ist ein rostsicherer Automatenstahl mit guter Zerspanbarkeit. Dank seiner guten Beständigkeit gegen Wasser, Wasserdampf und andere schwach oxydierende Medien besitzt dieser Stahl ein großes Anwendungsgebiet für Schrauben und DécolletageTeile aller Art in der ApparatebauIndustrie. Der Werkstoff Nr. ist nicht schweißbar, seine Verwendbarkeit beschränkt sich auf den Temperaturbereich unter 350 C. WerkstoffNr., WerkstoffNr., WerkstoffNr., WerkstoffNr. Die austenitischen CrNilegierten Werkstoffe Nr.,, und, mit wesentlich verbesserter Korrosionsbeständigkeit gegenüber den ChromStählen, finden in fast allen Industriezweigen ausgedehnte Verwendung; so z.b. für Haushaltsmaschinen und geräte, für Küchen und Gaststätteneinrichtungen, in der Nahrungsmittel und Getränkeindustrie, für Heizungs und Klimaanlagen, in der chemischen Industrie, Papierindustrie Kunstdüngerindustrie usw. Die Standardqualität W. Nr. ist zufolge ihres üblicherweise unter 0,07 % abgesenkten KohlenstoffGehaltes wenig anfällig gegen die schädlichen ChromkarbidAusscheidung und daher bis zur Blechstärken von ca. 6 mm einwandfrei ohne thermische Nachbehandlung schweißbar. Der Werkstoff Nr. und mit einem garantierten KohlenstoffGehalt von max. 0,03% sowie der mit dem Karbidbildner Titan stabilisierte Werkstoff Nr. sind vollkommen kornzerfallbeständig, d.h. sie können lange Zein in der für normale 18/8 Stähle kritischen Temperaturzone zwischen 450 und 800 C gehalten werden, ohne der Kargidausscheidung und dem Kornzerfall (=interkristalline Korrosion) ausgesetzt zu sein. Die Werkstoffe Nr., und sind also für dicke Bleche über 6 mm Stärke vorzuziehen, wo große Schweißnähte mit entsprechend langen Schweißzeiten vorkommen und wo höchste Korrosionsbeständigkeit auch in den SchweißnahtRandzonen unerlässlich ist. Außerdem sitzt der stabilisierte Werkstoff Nr. bessere Warmfestigkeitseigenschaften als der niedergekohlte W. Nr. und. Er ist also für Verwendungszwecke zu bevorzugen, wo Material und Schweißnähte bei Temperaturen über C mechanisch stark beansprucht werden. Beide Qualitäten sind außerdem zunderfrei bis 870 C. Die Werkstoffe Nr. und können auch als kaltzähe Stähle für Tieftemperaturen bis minus 200 C eingesetzt werden, z. B. in der Luftfahrindustrie, im Kältemaschinenbau sowie im Kesselbau. Diese Stähle besitzen auch bei tiefen Temperaturen noch eine hohe Zähigkeit. WerkstoffNr. Der austenitische Werkstoff Nr. mit erhöhtem SchwefelGehalt ist der gebräuchlichste rostsichere Automatenstahl. Dank seiner trotz SchwefelZusatz immer noch guten Rostbeständigkeit wird dieser Stahl für Schrauben und Drehteile aller Art im gesamten rostsicheren Apparatebau eingesetzt. Der Werkstoff Nr. ist nicht schweißbar, ohne thermische Nachbehandlung, da zufolge zu hohen CGehalts nicht kornzerfallbeständig. Seine Verwendbarkeit ist beschränkt auf den Temperaturbereich unter 350 C. WerkstoffNr., WerkstoffNr., WerkstoffNr. Die Säurebeständigkeit der rostsicheren ChromNickelStähle kann durch den Zusatz von Molybdän wesentlich verbessert werden. Der Tendenz zur Bildung von Ferritanteilen im austenitischen Gefüge durch den Ferritbildner Molybdän wird durch gleichzeitige Erhöhung des Nickelgehaltes entgegengesteuert (SchäfflerDiagramm). Die CrNiMolegierten Werkstoffe Nr.,,, und sind beständiger gegen reduzierend wirkende organische und anorganische Säuren sowie auch gegen halogenhaltige Medien (siehe Beständigkeitstabellen). Ferner sind diese Stähle auch weniger anfällig gegen Lochfraß. Die Werkstoffe Nr. und sind für Betriebstemperaturen bis max. 350 C geeignet. Bis ca. Blechstärke 6 mm sind diese Qualitäten ohne thermische Nachbehandlung schweißbar. Die niedergekohlten Werkstoffe Nr. und sowie der mit Titan stabilisierte Werkstoff Nr. sind vollkommen kornzerfallbeständig, d.h. sie können nicht nur in allen Blechstärken ohne thermische Nachbehandlung einwandfrei geschweißt, sondern auch bei höheren Temperaturen bis 800 C im Dauerbetrieb eingesetzt werden. Alle 3 Werkstoffe sind außerdem zunderfei bis max. 870 C. Die Werkstoffe Nr. und sind die in der chemischen Industrie am häufigsten zur Verwendung gelangenden säurebeständigen Stähle. Der stabilisierte Werkstoff Nr. weist etwas bessere Warmfestigkeitseigenschaften auf, auf Kosten einer leicht verminderten Säurebeständigkeit gegenüber dem Werkstoff Nr.. WerkstoffNr Der Werkstoff Nr ist ein hochsäurebeständiger SonderStahl mit besonders guter Beständigkeit gegen Schwefel und Phosphorsäure, bei Konzentrationen bis zu 70 % und Betriebstemperaturen bis 80 C. Im Weiteren hat dieser Werkstoff eine gute Beständigkeit gegen konzentrierte organische Säuren, auch bei höheren Temperaturen, sowie gegen Salz und Sodalösungen. Der Stahl ist besonders unempfindlich gegen Lochfraß und Spannungsrisskorrosion. Zufolge seines auf max. 0,03% abgesenkten Kohlenstoffgehaltes ist er vollkommen kornzerfallbeständig und in allen Blechstercken einwandfrei ohne thermische Nachbehandlung schweißbar. WerkstoffNr , WerkstoffNr Die Werkstoffe Nr und besitzen gegenüber den reinen austenitischen Cr.NiStählen eine doppelt so hohe Streckgrenze. Neben einer ausgezeichneten Säurebeständigkeit im Bereich nichtoxydierender Säuren und chloridhaltiger Lösungen besitzen diese Stähle eine hohe Verschleißfestigkeit. Sie sind somit für mechanisch hoch beanspruchte Maschinenteile, Wellen, Rührarme usw. zu empfehlen. Der Werkstoff Nr ist nur mit thermischer Nachbehandlung schweißbar (Glühen bei 1050 C/Abschrecken in Wasser). Außerdem ist die Verwendung dieses Stahls auf den Temperaturbereich unter 350 C beschränkt. Im Gegensatz dazu ist der Werkstoff Nr kornzerfallbeständig und ohne thermische Nachbehandlung schweißbar. Er soll jedoch im Dauerbetrieb nicht über 500 C eingesetzt werden wegen Versprödungsgefahr (SigmaPhase)

7 Die hitzebeständigen Stähle Die hitzebeständigen Stähle zeichnen sich, je nach ihrer chemischen Zusammensetzung, durch eine gute Zunderbeständigkeit in Luft im Temperaturbereich zwischen 500 und 1150 C aus. Die Zunderbeständigkeit ist auf den Chromgehalt im Stahl zurückzuführe. Sie steigt mit wachsendem Chromgehalt und kann durch weitere Zusätze von Aluminium und Silizium noch erhöht werden. Bei gleichzeitiger Anwesenheit von Nickel wird ebenfalls die Warmfestigkeit der Stähle verbessert. Während beim Zundern von reinem Eisen und niedrig legiertem Stahl in der Hitze eine Zunderschicht aus porösen Eisenoxyden entsteht, die mit zunehmender Glühdauer stetig anwächst und abblättert, bilden sich auf den hitzebeständigen Stählen sehr gleichmäßige und dichte Chrom, Aluminium und SiliziumOxyde, die auch bei Temperaturwechseln mit der Stahloberfläche noch stark behaftet bleiben. Die Dicke dieser Schutzschicht wächst nach der ersten Bildung immer langsamer, wobei Diffusionsvorgänge, z. B. von Chrom aus dem Stahl an die Oberfläche, eine wichtige Rolle spielen. Je höher der Chromgehalt, desto zunderbeständiger ist auch der Stahl. Da sich in reduzierenden wirkenden Gasen diese günstig wirkenden Oxydschichten nicht in dem Masse bilden können wie in Sauerstoff oder Luft, ist auch die Beständigkeit der einzelnen Stähle in reduzierenden Gasen geringer als oxydierender Atmosphäre. Hitzebeständige Stahlbleche werden normalerwiese nicht gebeizt, sondern bereits mit der ersten Zunderschicht (Walzhaut + Glühzunder) versehen, also im Verfahren Ic, warmgewalzt und geglüht, angeliefert. Bei Verarbeitung der Bleche soll diese erste Zunderschicht auch nicht entfernt werden. Je nach chemischer Zusammensetzung und Gefüge unterscheidet man 3 Gruppen von hitzebeständigen Stählen: a) Die ferritischen CrSiAlStähle Mit Chromgehalten von ca. 2 bis 25% und Zusätzen von 1 bis 2% Silizium und bis 6% Aluminium. Der Ausdehnungskoeffizient dieser Stähle ist niedriger als derjenige von unlegiertem Stahl. Versprödungsbereiche: Bei den Qualitäten mit CrGehalten von über 15% tritt zwischen 450 und 525 C die sog. 475 Versprödung ein, die allerdings durch kurzzeitiges Erhitzen des Stahls auf C wieder aufgehoben werden kann. Der zweite Versprödungsbereich liegt zwischen 650 und 850 C (Bildung der SigmaPhase), tritt aber nur bei Stählen mit Chromgehalten von 25%, also nur bei Werkstoff Nr , auf. Darum soll dieser Stahl im Dauerbetrieb nicht unter 900 C eingesetzt werden. b) Die ferritischaustenitischen CrNiStähle mit geringem Nickelgehalt. Beim Werkstoff Nr liegen die Verhältnisse hinsichtlich Versprödungsgefahr ungefähr gleich wie bei der SigmaPhase im Temperaturbereich von 650 bis 850 C soll auch dieser Stahl im Dauerbetrieb nicht unter 900 C zum Einsatz kommen. c) Die austenitischen CrNiStähle mit Chromgehalten von ca. 16 bis 26% und NickelGehalten von ca. 10 bis 21%. Der Ausdehnungskoeffizient dieser Stähle ist höher als derjenige von unlegiertem Stahl. d) Bei diesen Qualitäten besteht nur im Temperaturbereich zwischen ca. 600 und 850 C Versprödungsgefahr durch die sich bildende SigmaPhase sowie durch Chromkarbidausscheidungen. Durch ein Lösungsglühen bei 1050 C mit nachfolgender schneller Abkühlung kann das ursprüngliche Gefüge wieder hergestellt werden. Da der Werkstoff nicht bzw. nur unbedeutend im kritischen Temperaturbereich versprödet, könnte er auch für solche Geräte eingesetzt werden, bei denen eine LangzeitBetriebstemperatur zwischen 600 und 850 C nicht zu umgehen ist. Der Werkstoff Nr ist anfälliger gegen SigmaPhaseVersprödung und soll nur für Betriebstemperaturen oberhalb 850 C eingesetzt werden. Stahlsorten und ihre chemische Zusammensetzung nach der Schmelzanalyse (Massenanteil in %) Güte Nichtrostende Güten Hitzebeständige Güten Hochkorrosionsbeständige Güten Werkstoff Stahlsorte Mn P S C Si Nummer Kurzname max. max. max. Cr Mo Ni Al Sonstiges Martensitische Stähle X 20 Cr 13 0,170,25 1,0 1,0 0,045 0,030 12,014,0 X20 CrNi 172 0,140,23 1,0 1,0 0,045 0,030 15,517,5 1,52,5 X12 CrMoS 17 0,100,17 1,0 1,5 0,060 15,517,5 0,20,6 S 0,150, X35 CrMo 17 0,330,45 1,0 1,0 0,040 0,015 15,517,5 0,81,3 1,0 Austenitische Stähle X5 CrNi ,07 1,0 2,0 0,045 0,030 17,019,0 8,510,5 X10 CrNiS 189 0,12 1,0 2,0 0,045 17,019,0 8,010,0 S 0,150,35 X2 CrNi ,03 1,0 2,0 0,045 0,030 18,020,0 10,012,5 X2 CrNi 189 0,03 1,0 2,0 0,045 0,015 17,519,5 0,7 8,010,0 0,10 X5 CrNiMo ,07 1,0 2,0 0,045 0,030 16,518,5 2,02,5 10,513,5 X2CrNiMo ,03 1,0 2,0 0,045 0,030 16,518,5 20,2,5 11,014,0 X2CrNiMo ,03 1,0 2,0 0,045 0,025 17,018,5 2,53,0 12,515,0 X6 CrNiTi ,08 1,0 2,0 0,045 0,030 17,019,0 9,012,0 Ti5x%C bis 0,8 X6 CrNiMoTi ,08 1,0 2,0 0,045 0,030 16,518,5 2,02,5 10,513,5 Ti5x%C bis 0,8 Ferritische Stähle X10 CrAl 7 0,12 0,51,0 1,0 0,040 0,030 6,08,0 0,51, X10 CrAl 18 0,12 0,71,4 1,0 0,040 0,030 17,019,0 0,71, X10 CrAl 24 0,12 0,71,4 1,0 0,040 0,030 23,026,0 1,21,7 Ferritischaustenitischer Stahl X20 CrNiSi 254 0,100,20 0,81,5 2,0 0,040 0,030 24,027,0 3,55,5 Austenitische Stähle X15 CrNiSi ,20 1,52,5 2,0 0,045 0,030 19,021,0 11,013, X15 CrNiSi ,20 1,52,5 2,0 0,045 0,030 24,026,0 19,022,0 Ferritischaustenitische Stähle X4 CrNiMoN ,05 1,0 2,0 0,045 0,030 25,028,0 1,32,0 4,56,0 N 0,050, X2 CrNiMoN ,03 1,0 2,0 0,030 0,020 21,023,0 2,53,5 4,56,5 N 0,080,20 Austenitischer Stahl X1 NiCrMoCuN ,02 0,7 2,0 0,030 0,015 19,021,0 4,04,5 24,026,0 Cu 1,02,0/ N 0,040,15 Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur Werkstoffnummer Wärmebehandlungszustand Streckgrenze 1% Dehngrenze N/ Zugfestigkeit oder 0,2% N/mm 2 Mittelwert der Kerbschlagarbeit in J. Bruchdehnung in % min. Dehngrenze mm N/mm 2 min. 2 min. Flacherzeugnisse (Bewertung nach DIN 17010) 100 mm 1) Stabstahl und Schmiedestücke Draht Flacherzeugnisse Stabstahl und Schmiedestücke 2 20 mm Flacherzeugnisse <3mm 3 100mm Durchmesser 1) 100 mm Dicke 1) Stabstahl Dicke DVM Dicke maßgebliches maßgebliches o. Dicke (A80mm) längs quer und Schmiedestücke Maß mm 2) tang. 3) längs quer Maß mm 2) tang. 3) Proben Stabstahl u. längs/ längs quer längs Schmiedestücke quer Martensitische Stähle > > > > vergütet vergütet lösungsgeglüht und abgeschreckt > > > > Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion bei Prüfung nach DIN ISOV Proben im Lieferzustand Zustand im geschw. Flacherz. 75mm D. quer geglüht vergütet vergütet ) > Austenitische Stähle ) ) > ja 7) ja 7) nein nein > ja ja > > ja ja ) ) > (50) ja 7) ja 7) > (50) ja ja > (50) ja ja 200 9) 235 9) ) > (45) 55 (26) 55 ja ja 210 9) 245 9) ) > ) 30 (26) ) 55 (45) ja ja 12 13

8 Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur ferritische Stähle (hitzebeständig) ferritischaustenitischer Stahl (hitzebeständig) Austenitische Stähle (hitzebeständig) ferritischaustenitische Stähle (hochkorrosionsbeständig) Austenitischer Stahl (hochkorrosionsbeständig) anhaltsangaben über die physikalischen eigenschaften Güte Nichtrostende Güten Hochkorrosionsbeständ.Güten Werkstoff Nummer Dichte kg/dm³ Elastizitätsmodul Wärmeausdehnung zwischen 20 C und Wärmeleitbei fähigkeit 20 C 100 C 200 C 300 C 400 C 500 C 100 C 200 C 300 C 400 C 500 C bei 20 C kn/mm² 10 6 W/(m * K) * K 1 Spezifische Wärmekapazität bei 20 C J/(kg * K) Elektrischer Widerstand bei 20 C Ω * mm²/m Magnetisierbarkeit ferritische und martensitische Stähle 10,5 11,0 11,5 12,0 12,0 30 0, ,0 10,5 11,0 11,0 11, ,70 7,7 vorhanden 10,0 10,5 10,5 10,5 11,0 25 0, ,4 10,8 11,2 11,6 11, ,60 Austenitische Stähle nicht 17,0 7,9 16,0 17,0 18,0 18,0 0,73 vorhanden* 16,5 vorhanden ,98 16,5 17,5 17,5 18,5 18,5 0,75 nicht vorhanden* 7,9 16,0 17,0 17,0 18,0 18,0 0,73 7,98 16,5 17,5 18,5 18,5 19,0 0,75 ferritischaustenitische Stähle , ,0 12,5 13, ,8 vorhanden Austenitische Stähle nicht 8, ,8 16,1 16,5 16,9 17, ,0 vorhanden* *Austenitische Stähle können im abgeschreckten Zustand unter Umständen schwach magnetisierbar sein. Ihre Magentisierbarkeit kann mit steigender Kaltumformung zunehmen anhaltsangaben über die physikalischen eigenschaften Mindestwerte der 0,2% und 1%Dehngrenze bei erhöhten temperaturen für flacherzeugnisse, stabstahl und schmiedestücke Stahlsorte Kurzname Werkstoff Nummer Wärmebehandlungszustand 0,2 %Dehngrenze 1,0 % Dehngrenze Grenztemperatur bei einer Temperatur in C von 1) N/mm² min N/mm² min C Martensitische Stähle X 20 Cr vergütet X20 CrNi X12 CrMoS 17 X35 CrMo Austenitische Stähle X5 CrNi X10 CrNiS 189 X2 CrNi X2CrNi X5 CrNiMo abgeschreckt X2CrNiMo X2CrNiMo X6 CrNiTi X6 CrNiMoTi ) ferritischaustenitische Stähle X4 CrNiMoN abgeschreckt X2 CrNiMoN Austenitische Stähle X1 NiCrMoCuN abgeschreckt Güte Werkstoff Nummer Hitzebeständige Güten Dichte g/cm³ Mittlerer linearer Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen 20 C und Wärmeleitfähigkeit bei 200 C 400 C 600 C 800 C 1000 C 20 C 500 C 10 3 m / (m * C) W/(m * C) Spezifische Wärmekapazität bei 20 C J/(g * C) Spezifischer elektrischer Widerstand bei 20 C Ω * mm²/m ferritische Stähle ,7 11,5 12,0 12,5 13, ,45 0, ,7 10,5 11,5 12,0 12,5 13, ,45 0, ,7 10,5 11,5 12,0 12,5 13, ,45 1,10 ferritischaustenitische Stähle ,7 13,0 13,5 14,0 14,5 15, ,50 0,90 Austenitische Stähle ,9 16,5 17,5 18,0 18,5 19, ,50 0, ,9 15,5 17,0 17,5 18,0 19, ,50 0,

9 anhalstangaben über das langzeitverhalten bei hohen temperaturen (Mittelwerte des bisher erfassten Streubereichs) schweissbarkeit und schweisszusatzwerkstoffe der hitzebeständigen stähle ferritische Stähle hitzebeständige Güten ferritischaustenitischer Stahl Austenitische Stähle anhalstangaben über die Beständigkeit der hitzebeständigen stähle gegen abgase, salzbäder und geschmolzene metalle chemische zusammensetzung der hitzebeständigen schweisszusatzwerkstoffe 16 17

10 Internationaler WerkstoffVergleich notizen Werkstoffe NormenGegenüberstellung Legierungstyp W.Nr. DIN AISI BS SIS AFNOR UNI C % Cr % Mo % Ni % Ti % Nb % Sonstiges V2A/V4A X 5 CrNiMo S Z 6 CND 1712 X 5 CrNiMo ,05 17,0 2,7 13,0 V4A X 5 CrNiMo S Z 6 CND 1711 X 5 CrNiMo ,05 17,0 2,2 12,0 V4A X 2 CrNiMo L 316 S Z 2 CND 1712 X 2 CrNiMo ,03 17,0 2,2 12,5 V4A X 2 CrNiMo L 316 S Z 2 CND 1713 X 2 CrNiMo ,03 17,5 2,7 13,5 V4A X 10 CrNiMoTi Ti 320 S Z 6 CNDT 1712 X 6 CrNiMoTi ,07 17,5 2,2 12,5 ³ 5x%C V4A X 3 CrNiMoN ,04 17,0 4,3 13,5 N V4A X 2 CrNiNoN ,02 25,0 2,1 22,0 N V4A X 5 CrNi S S Z 6 CN 1809 X 2 CrNi ,05 18,5 10,0 V2A X 2 CrNi L 304 S Z 2 CN 1809 X 2 CrNi ,03 18,5 10,5 V2A X 2 CrNi L 304 S Z 3 CN ,03 17,5 10,0 V2A X 10 CrNiTi S Z6 CNT 1810 X 6 CrNiTi ,07 17,5 10,0 ³ 5x%C V2A X 12 CrNiTi S Z 6 CNT 1810 X 8 CrNiTi ,07 17,5 10,0 ³ 5x%C V2A X 10 CrNiNb S Z 6 CNNb 1810 X 6 CrNiNb ,08 17,5 10,0 ³ 10X%C V2A X 5 NiCrMoCuNb ,05 17,5 3,2 22,3 ³ 8X%C Cu 1, X 2 NiCrMoCo ,02 20,0 4,5 25,0 Cu 1, CrMo 19 5 T 5 ~ Z 15 CD ,12 5,3 0, CrMo 4 4 T CD ,14 1,0 0, Mo 3 15 D 3 0,16 0, X 10 NrCrAl/Ti ASTM B 407 NA 15 Z 8 NC ,06 20,8 32,0 0,3 Al 0, X 12 NiCrSi Z 12 NCS ,12 15,8 35,0 0,6 Si 1, X 12 CrNi Z 12 CN 2520 X 22 CrNi ,15 24,8 19, X 15 CrNiSi ~ 310 S Z 12 CNS 2520 X 16 CrNiSi ,09 24,8 19,8 Si 1, X 15 CrNiSi ~ 309 ~ Z 15 CN ,09 19,5 11,5 Si 1, NiCr 15 Fe NiCr 21 Mo ASTM B 167 ASTM B 423 0,04 15,5 74,0 Fe 8,0 0,04 21,5 3,0 40,0 0,9 Cu 2, X 8 CrNiMoVNb ,06 16,5 1,3 13,5 ³ 10X%C V 0,7; N X 8 CrNiNb 0,06 16,0 12,5 ³ 10X%C X 20 CrMoV ,20 12,0 1,0 0,7 V 0,

11 Drucktabelle nach Din 2413 Drucktabelle nach Din

12 notizen Chemische Beständigkeit der Rost und säurebeständigen Stähle Einleitung Die nachstehende Beständigkeitstabelle wurde an Hand von Laboratoriums versuchen mit chemisch reinen Angriffsmitteln zusammengestellt und soll dem Verbraucher nur als Anhalts wert dienen. In der Praxis sind meistens noch Verunreinigungen, insbesondere Metallsalze, vorhanden, was zu verstärkten Korrosionsangriffen führen kann. Die in der Tabelle aufgeführten Bewertungszahlen können wegen der in jedem Betrieb vorherrschenden unterschiedlichen Arbeitsbedingungen und Verhältnisse nur als grober Hinweis betrachtet werden. Es wäre daher falsch, allein auf Grund der Beständigkeitstabelle einen Stahl für eine bestimmte Betriebsbedingung auszuwählen. Die Stärke der Korrosion wird festgelegt durch die Dickenannahme in mm pro Jahr. Diese wird errechnet aus dem Gewichtsverlust in Gramm pro m² und Stunde. Die in der Tabelle angegebene StufenZiffer ist ein Maß für die Stärke des chemischen Angriffs. Zu beachten ist speziell, dass bei Anführung eines * die Gefahr von Lochfraß besteht, auch wenn die Stähle sonst gegen das entsprechende Angriffsmittel vollkommen beständig sind Stufe Gewichtsverlust m². h Dickenabnahme pro Jahr Beständigkeit 0 max. 0,1 max. 0,11 mm 1 0,2 1,0 0,12 1,1 mm vollkommen beständig completement resistant praktisch beständig pratiquement resistant 2 1,1 10,0 1,2 11,0 mm wenig beständig 3 über 10,0 über 11,0 unbeständig 22 23

13 Beständigkeitstabelle Beständigkeitstabelle WerkstoffNummer WerkstoffNummer 24 25

14 Beständigkeitstabelle Beständigkeitstabelle WerkstoffNummer WerkstoffNummer 26 27

15 Beständigkeitstabelle Beständigkeitstabelle WerkstoffNummer WerkstoffNummer 28 29

16 Beständigkeitstabelle Beständigkeitstabelle WerkstoffNummer WerkstoffNummer 30 31

17 Beständigkeitstabelle Beständigkeitstabelle WerkstoffNummer WerkstoffNummer 32 33

18 Beständigkeitstabelle Beständigkeitstabelle WerkstoffNummer WerkstoffNummer 34 35

19 Beständigkeitstabelle Beständigkeitstabelle WerkstoffNummer WerkstoffNummer 36 37

20 Beständigkeitstabelle Beständigkeitstabelle WerkstoffNummer WerkstoffNummer 38 39