Acciai inossidabili Stainless steels Rostfreie Edelstähl On CD-ROM Domenico Surpi
INHALTSVERZEICHNIS GRUNDBEGRIFFE...5 FERRITISCHER STAHL...6 MARTENSITISCHER STAHL...8 AUSTENITISCHER STAHL... 13 SCHMELZE UND HERSTELLUNG DER NICHTROSTENDEN STÄHLE... 21 CHEMISCHE ELEMENTE... 24 BEARBEITUNGEN UND OBERFLÄCHENENDBEHANDLUNGEN... 27 KALTWALZEN... 31 OBERFLÄCHENBEHANDLUNGEN... 32 Oberflächenbeschaffenheit von nichtrostenden Stählen...33 KALTBEARBEITUNG... 34 SCHWEISSEN... 36 WÄRMEBEHANDLUNG... 38 OBERFLÄCHENBEHANDLUNGEN... 48 PASSIVIERUNG... 51 KORROSION... 52 INSTANDHALTUNG DER OBERFLÄCHEN... 56 LAGERUNG... 58 EMPIRISCHE FORMELN... 59 ÜBERGANGSKURVEN... 60 Normenvergleich... 61 BEFESTIGUNGSELEMENTE... 62 BEZUGSNORMEN... 64
GRUNDBEGRIFFE Beim so genannten rostfreien Stahl handelt es sich um Stahl mit erhöhtem Chromanteil, was zu einer höheren Beständigkeit gegen die verschiedenen Korrosionsformen führt. Diese Metalle und Legierungen verfügen über die besondere Eigenschaft, sowohl gegen den so genannten trockenen Korrosionsangriff (an der Luft oder bei hoher Temperatur) als auch gegen die feuchte Korrosionswirkung beständig zu sein. Man pflegt zwischen der so genannten Trockenkorrosion (auch Hochtemperaturkorrosion oder Oxidation genannt) und der Feuchtkorrosion zu unterscheiden, die in feuchten oder atmosphärischen Umgebungen auftritt. Allgemein kann man feststellen, dass die Beständigkeit gegen die Hochtemperaturkorrosion ( Warmkorrosion ) des rostfreien Stahls mit der Bildung und der Aufrechterhaltung einer feinen, kompakten und haftenden Oxidschutzschicht in Zusammenhang steht, welche die Funktion einer Barriere erfüllt und einen weiteren Korrosionsangriff auf das Grundmaterial verhindert. Dagegen handelt es sich bei der Feuchtkorrosion um einen elektrochemischen Prozess und die Korrosionsbeständigkeit des nichtrostenden Stahls verdankt sich der Bildung einer Passivschicht an der Oberfläche, für die ein Chromgehalt von mindestens 10,5 % erforderlich ist. Bei jeder Art von nichtrostendem Stahl muss ein solcher durchgehender und an der Oberfläche haftender, nicht poröser und unlöslicher Film vorhanden sein, der über die Eigenschaft verfügt, sich neu zu bilden, sobald er der Luft und dem Einfluss von Rostumgebungen ausgesetzt und dadurch beschädigt wird. Die Strukturen dieser metallischen Materialien sind daher außerordentlich wichtig, was man auch an der Tatsache erkennt, dass sie als Grundlage zur Einteilung in folgende Stahlklassen dienen: ferritisch, martensitisch, austenitisch, austeno-ferritisch und ausscheidungshärtbar. EVOLUTIONSSTUFEN DER EISENLEGIERUNGEN Eisen Fe Gusseisen grau, weiß, Temperguss, Sphäroguss, Karbonlegierungen min. 2 % Legierter Stahl Cr, Mo, Ni, V, W... Kohlenstoffstahl < 2% Nichtlegierter Stahl und mikrolegierter Strukturstahl, Dualphasenstahl, TRIP-Stahl... Duplexstahl und ausscheidungshärtbarer Stahl Nichtrostender Stahl Superlegierungen Hastelloy, Incoloy, Inconel, Monel, Udimar In Entwicklung Kompositmaterialien, Flüssigmetall, Formgedächtnislegierungen Austenitischer Stahl Fe + Cr +Ni C% 0.03-0.10 Cr% 16.0-20.0 Ni% 8.0-13.0 Ferritischer Stahl Fe + Cr C% 0.03-0.08 Cr% 16.0-19.0 Martensitischer Stahl Fe + Cr C% 0.06-1.20 Cr% 11.5-19.0 Die Werte C Cr Ni der nichtrostenden Stahlarten beziehen sich auf die im vorliegenden Katalog behandelten Typen. 5
FERRITISCHER STAHL Dieser Stahltyp verfügt über keine kritischen Punkte. Die Struktur wird durch einen hohen Chrom- und einen niedrigen Kohlenstoffanteil gewährleistet. Nach dem Prozess des Rekristallisationsglühens ist dieser Stahl somit einsatzfertig. Dieser Stahl weist eine ferritische Struktur auf, unabhängig davon, bei welcher Temperatur das Material erhitzt wird. Nach der Warmbearbeitung kann man das Material auch an der Luft abkühlen lassen, da es nicht verhärtet und keine besondere Spannungsgefahr besteht. Die Warmformung muss bei 850-900 C beendet werden, denn bei ca. 1150 C besteht das Risiko des Kornwachstums, wobei eine Erholung durch keine Art der thermischen Behandlung mehr möglich wäre. Schadensabhilfe würde in diesem Fall die Kaltumformung bieten, bei der das Korn zersplittert und das Material einer thermischen Rekristallisationsbehandlung unterzogen wird. Das abgestimmte Verhältnis Cr/C sorgt dafür, dass das Material keinen Transformationspunkt aufweist: Es ist nicht möglich, durch irgendeine Art der thermischen Behandlung die mechanischen und physischen Eigenschaften zu verändern. EIGENSCHAFTEN UND CHARAKTERISTISCHE ELEMENTE: C % 0,01-0,12 / Cr % 10,5-30,0 Korrosionsbeständigkeit von moderat bis gut bei steigendem Chromgehalt gute Beständigkeit gegen Spannungskorrosion Beständigkeit gegen Hitze bis zu 1175 C, Abblätterungsbeständigkeit bis zu 750 800 C begrenzte mechanische Eigenschaften, die durch thermische Behandlung nicht und durch Kaltverfestigung kaum verbessert werden können; im Vergleich dazu erweist sich der Verfestigungsprozess bei austenitischem Stahl als höherwertig. Rapide Abnahme der Bruchfestigkeit (Kerbschlagzähigkeit Kv) bei Temperaturen nahe 0 C bzw. unter 0 C. gute Verschleißbeständigkeit gute Kaltverformbarkeit mittelmäßige Schweißfähigkeit; das Schweißen kann eine Spannungsversprödung verursachen. Aufgrund der magnetischen Permeabilität werden diese Werkstoffe als ferromagnetisch klassifiziert. Die Werkstofftypen, die über eine bessere Bearbeitbarkeit verfügen, besitzen eine im Vergleich zum Ausgangsstahl verringerte Korrosionsbeständigkeit. Sie weisen auch bei kurzer Exposition bei Temperaturen zwischen 400 und 600 C eine beträchtliche Versprödungstendenz auf; es ist möglich, dieses Phänomen durch Zugabe von Stabilisatoren während der Gussphase abzumildern. STAHLSORTEN IM KATALOG: STAHL WNR. 1.4016 EN X6Cr17 AISI 430 Nicht für Wärmebehandlung des Temperns geeignet. Leichte Kaltverformbarkeit, zur Steigerung der Härte-, Bruch- und Dehnwerte. Bei Blechstärken über 3 mm empfiehlt es sich, vor dem Kaltziehen oder dem Kaltwalzen das Material auf 100 300 6
C zu erhitzen. Bei Werkteilen, die keiner besonderen Beanspruchung unterworfen sind, reicht in den meisten Fällen ein fertig ausgeglühtes Material mit ferritischer Struktur aus, unabhängig davon, welcher Temperatur es ausgesetzt wird. Feinschleifen und sorgfältiges Polieren tragen dazu bei, die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Empfohlen für Verwendung bei hohen Temperaturen; nicht geeignet für Umgebungen mit Temperaturen von weniger als 0 C, da hohe Versprödungstendenz. Verwendungsgebiete: Besteck, Haushaltsgerätebereich (z. B. Spülbecken und Trommeln für Waschmaschinen bzw. Geschirrspülerkörbe), petrochemische Industrie bzw. Waschmittelindustrie, Endfertigung im Autosektor, Auspufftöpfe, Benzinbehälter, Anlagen zur Herstellung von Salpetersäure und Küchenutensilien, Magnetsensoren, Elektroinjektoren, Brennstoffbehälter, Diesel-Verbrennungskammern, Scharniere, Speiseeisbehälter, Stickstofffixierungsgeräte, Naphtabrenner, Industriegasabzugshauben, Rußbläser, Metallvorhänge und Metallgewebe, Magnetventile, Sanitär- und Abwasserleitungen, Bolzen und Schrauben. Verwendungsgebiete der Flachprodukte: Abdeckungen, Dachtraufen, Regenwasserabflüsse, Blechabdeckungen, Trägerelemente für Abdeckungen, Lift-Verkleidungen, Lüftungs- und Klimakanäle; bei den Anlagen zur Erzeugung alternativer Energie Verwendung bei der Zusammensetzung der Solarpaneele und Photovoltaik-Module; die optimale Poliereignung macht diesen Werkstoff für Dekorationen in Innenräumen ideal. STAHL WNR. 1.4105 EN X6CrMoS17 STAHL AISI 430FMo Nicht für die Wärmebehandlung des Temperns geeignet. Aufgrund des hohen Schwefelgehalts für die maschinelle Bearbeitung geeignet. Um die durch die Zugabe von Schwefel und den Einschluss von Sulfiden verursachte leichte Verringerung der Korrosionsbeständigkeit auszugleichen, wird entsprechend kalibriertes Molybdän beigefügt. Gute Beständigkeit gegen Spannungskorrosion. Verwendungsgebiete: Salpeterindustrie, Erdölindustrie, Architektur, Dekor-Bereich, Auto-Sektor, Bolzen, Muttern und Schrauben; Magnetbremsen, Bimetallthermometer (Temperatur- und Feuchtigkeitsmesser), Naphtabrenner, Küchenutensilien, Magnetventile, Sanitärteile, Injektoren, Mobiliar, Bergbau und Landwirtschaft, Komponenten für Grabungen, Magnetrotoren, Magnetventil-Spulen, Temperaturregler. Geringe Beständigkeit gegen intergranulare Korrosion. Nicht empfohlen für unter Druck stehende Gefäße oder Behälter. STAHL WNR. 1.4106 MOD X2CrMoSiS18-2-1 Stahl mit erhöhtem Bearbeitbarkeitsfaktor. Nicht für die Wärmebehandlung des Temperns geeignet. Die Korrosionsbeständigkeit wird durch den hohen Schwefelgehalt verringert. Durch einen hohen Molybdän-Gehalt kann man eine optimale Beständigkeit gegen die Korrosion durch Säuren und Chloride erreichen. Die spezielle chemische Zusammensetzung ermöglicht eine Optimierung der magnetischen Eigenschaften dieses Werkstoffs; der Silizium-Gehalt sorgt für eine hohe magnetische Permeabilität und eine konsistenten elektrischen Widerstandsfaktor. Verwendungsgebiete: Magnetventile für Korrosionsumgebungen, Kolben, Erdungskomponenten, Abschirmungen, unter Druck stehende Hochtemperaturbehälter in Korrosionsumgebungen, Magnetkerne von Transformatoren, Lichtmaschinenpole, Flussregler, Relais, Teile von Industrie- und Haushaltsöfen. 7
MARTENSITISCHER STAHL Diese Stahlarten werden so bezeichnet, weil sie als einzige unter den nichtrostenden Stahlsorten über kritische Punkte verfügen (Ac1, Ac3) und daher nach dem Tempern eine martensitische Struktur annehmen. Durch den Chromanteil wird eine starke Verlagerung der isothermischen und aninsothermischen Kurven nach rechts verursacht, weswegen diese Struktur auch durch Abkühlung an der Luft erreicht wird. Wie beim Vergütungsstahl werden die besten Eigenschaften nach Tempern und Anlassen erzielt; dabei muss besonderes Augenmerk auf diese letzte Verarbeitung gelegt werden, da sich Chromkarbide an den Korngrenzen sammeln und die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen können. Bei martensitischem Stahl ist von einer Verwendung im ausgeglühten Zustand abzuraten. EIGENSCHAFTEN UND CHARAKTERISTISCHE ELEMENTE: C % 0,08-1,2 / Cr % 11-19 moderate Korrosionsbeständigkeit: Die gewöhnliche Exposition in städtisch-industrieller Atmosphäre kann zu einer Beschädigung des Materials führen gute Verschleißbeständigkeit geringe Bruchfestigkeit, insbesondere bei Temperaturen unter 0 C mittlere Schweißeignung Sorgfältiges Polieren (auf Hochglanz) trägt zu einer besseren Korrosionsbeständigkeit bei. Aufgrund der hohen magnetischen Permeabilität werden diese Werkstoffe als ferromagnetisch klassifiziert. Die Werkstofftypen, die über eine bessere Bearbeitbarkeit verfügen, besitzen eine im Vergleich zum Ausgangsstahl verringerte Korrosionsbeständigkeit. STAHLSORTEN IM KATALOG: STAHL WNR. 1.4005 EN X12CrS13 AISI 416 Dieser Werkstoff wird normalerweise im so genannten Vergütungszustand verwendet, bei dem die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit verbessert sind. Niedrigkohlenstoffstahl mit Schwefelzusatz zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit. Vom Schweißen wird abgeraten: Falls dies jedoch unbedingt erforderlich sein sollte, führen Sie ein Vorglühen und ein Entspannungsglühen durch. Durch Tempern und Anlassen können die mechanischen Eigenschaften je nach Nutzungserfordernissen verändert werden. Verwendungsgebiete: Turbinen für die Energieerzeugung, Hydraulikventile, Motoren und Pumpen für Süßwasser, Sportgeräte, Verwendung in chemisch-aggressiven Umgebungen in der Chemieindustrie; Schrauben - Muttern - Nägel; Bolzen, Stiftschrauben, Ventilschäfte, Gerüste, Flugzeug-Zubehör, Feuerlöscher, Schmiedeformen. Nicht geeignet für Anwendungen, bei denen Verschleißgefahr oder Kolbenfresser-Risiko besteht. STAHL WNR. 1.4006 EN X12Cr13 AISI 410 Geeignet für Tempern und Entspannen oder Anlassen. Kann auch im ausgeglühten Zustand verwendet werden. Ideal für das Kaltziehen. 8
Der beste Korrosionsbeständigkeitszustand wird nach Tempern und Entspannungsglühen bei 200 C und nicht über 430 C erzielt. Ein bei Temperaturen zwischen 430 und 700 C durchgeführtes Anlassen verursacht eine Verringerung der Korrosionsbeständigkeit. Die besten Zugfestigkeitswerte werden bei Stahlwerkstoffen erzielt, die im Temperaturintervall zwischen 600 und 760 C angelassen wurden. Optimale Umformbarkeit aufgrund der rekristallisierten oder ausgeglühten warmgewalzten Struktur, schwierige Anwendung auf Materialien, die zuvor einer Kaltumformung unterzogen wurden und bei denen man eine weitere Umformung durchführen will (Beispiel: Tiefziehen etc.). Verwendungsgebiete: Verkleidungen von Ventilsitzen, Deckel, Pumpenkomponenten, Flansche und Verbindungsstücke für die Erdölindustrie bzw. petrochemische Industrie, Ventilgehäuse, Wellen, Kurbelstangen, Schrauben und Muttern, Bügel, Armaturen, Speichen und Felgen bei Fahrrädern und Motorrädern, Gasbrenner, Reißwölfe für Papierfabriken, Rutschen und Verkleidungen für Kohlebunker, Schlüssel, Feinmesser (Mikrometer), Karabinerkomponenten, Scheren, Laternen, Dampfturbinen, Metallvorhänge und Metallgewebe, Schränke, Innenraumdekor, Lautsprecherböden, Waschmaschinen, Dekorationen und Profile für Außenbereiche, Wasserabflusssysteme; als Kontroll- und Steuerstäbe sowie Sicherheitsventile in Atomkraftwerken. STAHL WNR 1.4021 EN X20Cr13 AISI 420A Dieser Werkstoff wird für gewöhnlich in vergütetem Zustand verwendet. Er verfügt über selbsttempernde Eigenschaften (Tempern erfolgt durch Abkühlung an der Luft). Empfohlen für Anwendungen, bei denen ein hoher Kraftaufwand erforderlich ist und keine allzu intensiven Korrosionskräfte wirksam sind. Verwendungsgebiete: Mechanismen, die der Korrosion durch Meerwasser ausgesetzt sind, Messer, chirurgische und zahnmedizinische Instrumente; Lager, bei denen kein Schutz durch Antirost-Öle möglich ist; Hydraulik- und Gasturbinen, Sport- und Landwirtschaftsgeräte, Formen für Glas, Turbinenschaufeln, Pumpenwellen, leichte Waffen, Füße und Verankerungen, Ventile, Magnete, Mixstäbe für Obst und Gemüse; Geräte für das Tempern von Federn; in Atomkraftwerken als Steuerstäbe. STAHL WNR. 1.4028 EN X30Cr13 AISI 420B Erreicht nach der Vergütung einen hohen Härtegrad und eine gute Korrosionsbeständigkeit. Selbsttempernd. Geeignet für Fotoätzung. Optimale Korrosionsbeständigkeit nach Tempern und Entspannungsglühen bei 200 C. Wenn das Material poliert oder fotogeätzt werden muss, empfiehlt es sich, Stahl mit S % 0,015 max. zu verwenden. Verwendungsgebiete: Fotokameras, Formen für Glas, Innenarchitekturkomponenten, Küchenmesser, Ventilsitze, konische Ventile, Federn, Schrauben, chirurgische Instrumente, Formen für Kunststoffmaterialien, Wellen für Pumpen, Flansche und Verbindungsstücke. STAHL WNR. 1.4031 EN X39Cr13 Geeignet für Tempern und Anlassen. Gute Hitze- und Korrosionsbeständigkeit. 9
Die maximale Korrosionsbeständigkeit wird durch Tempern und Entspannungsglühen bei niedrigen Temperaturen (ca. 180 C) erreicht. Das Schweißen ist schwierig, weswegen davon abgeraten wird: Falls dies aber unbedingt erforderlich sein sollte, glühen Sie bei 250-300 C vor und nehmen Sie nach Beendigung des Schweißverfahrens sofort das Ausglühen bei 700-750 C vor. Sorgfältiges Polieren (auf Hochglanz) trägt zu einer besseren Korrosionsbeständigkeit bei. Wenn das Material fotogeätzt werden muss, empfiehlt sich die Verwendung von Stahl mit S % 0,015 max. Verwendungsgebiete: Klingen für Hobbymesser, Messinstrumente wie Kalibriergeräte-Vergleicher, Mikrometer; Formen für Kunststoffmaterialien, Federn, chirurgische Instrumente, Armaturen, Pumpen und Filter für Dieselmotoren; Komponenten, die einem durch Trink- und Gebrauchswasser verursachten Verschleiß ausgesetzt sind. STAHL 1.4034 EN X46Cr13 AISI 420C STAHL 1.4034 de mit verbesserter bearbeitbarkeit Geeignet für Tempern und Anlassen. Das Schweißen ist schwierig, weswegen im Allgemeinen davon abgeraten wird. Gute Umformbarkeit im gewalzten Zustand. Die maximale Korrosionsbeständigkeit erzielt man durch Härtung und Entspannung. Gute Hitze- und Korrosionsbeständigkeit. Abblätterungsbeständig bis zu 650 C. Verwendungsgebiete: Behälter für Obst und Gemüse, Federn, Formen für Kunststoffmaterialien, Antireibungslager, Scheren und Messer, mechanische Industrie, chirurgische Instrumente, Schaber, Pumpenkomponenten für Diesel- Motoren, Fixierungselemente, Ventilkugeln, Auto-Sektor, Haushaltsgeräte, Messinstrumente (z. B. Kalibratoren und Vergleicher). STAHL WNR. 1.4035 EN X46CrS13 (AISI 420C+S) Aufgrund der konsistenten Zugabe von Schwefel leicht maschinell bearbeitbar. Die charakteristischen mechanischen Eigenschaften werden durch die thermische Vergütungsbehandlung erzielt. Durch den Schwefel wird die Korrosionsbeständigkeit verringert. Aufgrund des hohen Schwefelgehalts sind Schweißarbeiten sehr schwierig, weswegen wir davon abraten. Verwendungsgebiete: Zapfen ( Pivot pins ), kleine Formen für Kunststoffmaterialien, Schneideinstrumente wie Klingen für Rasierer, Küchenmesser, Scheren, Schaber, chirurgische Instrumente, Schraubengewinde, Sitze für Lager, Nadelventile und Düsen. Nicht empfohlen für Behälter mit Flüssigkeiten oder Gasen, die unter Druck stehen. STAHL WNR. 1.4057 EN X17CrNi16-12 AISI 431 Für gewöhnlich wird dieser Werkstoff aufgrund der hohen Dehnwerte und der optimalen Schlagfestigkeit im vergüteten Zustand verwendet. Durch die Vergütung können die mechanischen Eigenschaften je nach Anwendungserfordernissen verändert werden. Gute Ermüdungsfestigkeit. Optimale Umformbarkeit im ausgeglüht warmgewalzten Zustand, schwierige Anwendung auf Materialien, die zuvor einer Kaltumformung unterzogen wurden und bei denen man eine weitere Umformung durchführen will (Beispiel: Tiefziehen etc.) 10
Optimales Verhalten in Meerwasser und salziger Atmosphäre. Wird normalerweise nicht für Anwendungen verwendet, bei denen ein Schweißen erforderlich ist. Verwendungsgebiete: Unterwassergeräte, Kolbenschäfte; Teile, die säurehaltigem Grubenwasser ausgesetzt sind, Schiffskonstruktionen, Schrauben und Muttern für die Stärke-Industrie und die Papierherstellung, Ventilkomponenten, kleine Schraubenwellen für Süßwasser, Schleifsteine für Glas, Zentrifugenkörper für die Bereiche Käseherstellung und Vergärung, im Allgemeinen verwendet für Fixierungsvorrichtungen; in Atomkraftwerken Verwendung als Druckbehälter des Reaktors und im Kern. STAHL WNR. 1.4104 EN X14CrMoS17 AISI 430F Besser bearbeitbare Version des Stahls X14CrMo17. Geeignet für die thermische Vergütungsbehandlung. Gute Beständigkeit gegen mittlere Korrosion (Luft, Süßwasser, Salpetersäure zu 90 % kalt und zu 10 % warm, schwache organische Säuren). Durch die Zugabe von Schwefel wird die Beständigkeit gegen die punktuelle Korrosion bzw. gegen die Zwischenraum- Korrosion leicht verringert. Geeignet für die serienmäßige maschinelle Hochgeschwindigkeitsverarbeitung. Von Anwendungen, bei denen Schweißarbeiten vorgesehen sind, ist abzuraten. Verwendungsgebiete: Erdöl- und Salpeterindustrie, Außendekorationen im Bauwesen, Dekorprofile und Dekorschablonen im Auto-Bereich; Bolzen, Muttern und Schrauben, Besteck, Sanitärleitungen, Temperaturregler, Temperaturund Druckregler, Komponenten für die Luftfahrt. Aufgrund des hohen Schwefelgehalts (der im Inneren des Werkstücks Porosität verursachen kann) wird von einer Verwendung für Druckbehälter abgeraten. STAHL WNR. 1.4112 EN X90CrMoV18 AISI 440B Dieser Werkstoff verfügt über eine hohe Verschleißbeständigkeit und eine bemerkenswerte Formbeständigkeit. Durch Tempern und Entspannen erreicht er eine solide Härte. Im getemperten und entspannten Zustand (300 C) gute Beständigkeit in einer Umgebung mit mittlerer Korrosion. Aufgrund der hohen Härtbarkeit muss der Werkstoff in der Schweißphase vorgeglüht und entspannt werden. Das Kaltwalzen und Kaltziehen ist bei dieser Legierung nicht ganz einfach. Die beste Korrosionsbeständigkeit erzielt man mit Anlassen bei einer Temperatur von weniger als 430 C. Verwendungsgebiete: Werkzeuge für die Erzeugung von Zinnfolien, chirurgische Instrumente, Lager, Komponenten für Motoren mit Innenverbrennung, Lebensmittelbehälter, Messer, Scheibenklingen für Kaltsägen, gehärtete Kugeln, Permanentmagnete, Verschleißteile. STAHL WNR. 1.4116 EN X50CrMoV15 Aufgrund seiner selbsthärtenden Eigenschaften lässt sich dieser Werkstoff nicht leicht schweißen. Schlecht geeignet für die Kaltumformung. Optimale Verschleißbeständigkeit. Eine bestmögliche Bearbeitbarkeit mit Werkzeugenerzielt man mit ausgeglühtem Material unter Zuhilfenahme von Spanteilern. 11
Gute Oxidations- und Hitzebeständigkeit bis zu 760 C. Verwendungsgebiete: Schneideklingen mit unterschiedlichen Formen, reinigungsmittelbeständiges Besteck, Formen und Matrizen für synthetische Harze, Ringe für Lager, Kugeln, Ventilkomponenten, Messinstrumente, Drahtzieheisen und Zugmatrizen, zahnmedizinische und chirurgische Instrumente, Permanentmagnete, Gelenkzapfen. STAHL WNR. 1.4122 EN X39crMo17-1 Durch eine thermische Vergütungsbehandlung wird diesem Stahlwerkstoff eine optimale Beständigkeit gegen Korrosion, Verschleiß bzw. gegen die eigenen Antireibungseigenschaften verliehen. Vom Schweißen wird abgeraten: Falls dies unbedingt erforderlich sein sollte, wenden Sie nach dem Vorglühen auf 300-400 C die TIG-Technik an. Verwendungsgebiete: Komponenten für Kompressoren; Muttern und Bolzen; Wasserdampfventile, chirurgische Messer und Profi-Messer, Formen für korrosive Kunststoffmaterialien und synthetische Harze, Hochqualitätsbesteck, Pumpenkomponenten, Meeranlagen, Räumwerkzeuge, Schweißfäden für harte Auflagen; in Atomkraftwerken Verwendung als Kern und Druckgefäß. STAHL WNR. 1.4125 EN X105CrMo17 AISI 440C Geeignet für Tempern und Entspannen zur Erzielung hoher Härtegrade. Hohe Verschleißbeständigkeit. Dieser Werkstoff darf bei einer Temperatur über 425 C nicht verwendet werden, da er unter den Auswirkungen des Anlassens leidet und seine Korrosionsbeständigkeit gesenkt wird; bei 750 C oxidiert er merklich. Vom Schweißen wird aufgrund der hohen Härtbarkeit dieses Werkstoffs abgeraten: Falls dies unumgänglich notwendig ist, glühen Sie bei 200-150 C vor und glühen Sie nach Beendigung des Schweißens bei 780 C aus. Verwendungsgebiete: Hochwiderstandsspezialmesser, Schneidescheiben, Rasierklingen, chirurgische Instrumente, Lager, Düsen, Ventilkomponenten und Pumpen für Erdölfelder, Rußabscheider bei Dieselmotoren. 12
AUSTENITISCHER STAHL Die austenitische Struktur, die bei Umgebungstemperatur stabil bleibt, wird durch das gleichzeitige Vorhandensein von Chrom und Nickel und durch den niedrigen Kohlenstoffgehalt gewährleistet. Austenitischer Stahl wird in zahlreichen aggressiven Umgebungen bei niedriger und hoher Betriebstemperatur verwendet. Die gängigste thermische Behandlung für alle diese Werkstofftypen ist das so genannte Lösungsglühen oder Homogenisieren (Kühlung in Wasser bei 1050 C). Durch das Ziehen wird dem Werkstoff die gewünschte Kaltumformung verliehen, wobei den Bruch- und Dehneigenschaften eine besondere Bedeutung zukommt. Um diese Kaltbearbeitung zu erleichtern und keine übermäßige Kaltumformung durchzuführen, werden Behandlungen mit Oxalaten ausgeführt, das als Schmiermittel zwischen den Metalloberflächen und den Drähten fungiert und auf diese Weise die Reibung auf ein Minimum reduziert. Die mechanische Beständigkeit kann durch die Zugabe von Schwefel und Molybdän verbessert werden. Durch eine glatte und einheitliche Oberfläche (mit sehr geringer Rauheit) kann die Korrosionsbeständigkeit merklich verbessert werden. EIGENSCHAFTEN UND CHARAKTERISTISCHE ELEMENTE: C % 0,015-0,15 / Cr % 16,0-28,0 / Ni % 6,0-32,0 Durch das Molybdän wird eine höhere Korrosionsbeständigkeit gewährleistet (Crevice und Pitting), jedoch kann Korrosion unter Spannung in einer Chlorid-Umgebung auftreten hohe Beständigkeit gegen das Phänomen des Kriechens (Retardation), also die zeit- und temperaturabhängige plastische Verformung unter Last gute Verschleißbeständigkeit hohe Beständigkeit gegen Wärmeoxidation bis zu 925 C und für feuerfeste Materialien (Cr % > 20, Ni % ~ 20, Si % > 1) bis zu 1150 C gute Ermüdungsfestigkeit aufgrund ihrer guten Dehnbarkeit eignen sich diese Stahlwerkstoffe ausgezeichnet für das Kaltumformen gute Schweißeignung die äußerst geringe magnetische Permeabilität (vergleichbar dem Vakuum) ermöglicht einen stabilen amagnetischen Zustand Die Werkstofftypen, die über eine bessere Bearbeitbarkeit verfügen, besitzen eine im Vergleich zum Ausgangsstahl verringerte Korrosionsbeständigkeit. Von Schutzanstrichen mit Bewuchsschutz-Lacken (TBT-Lacken) wird abgeraten, da diese nutzlos und sogar schädlich sind; wir empfehlen ein gründliches Polieren, um eine Beschädigung der Passivschicht zu vermeiden. Im Falle einer Beschädigung der Schutzschicht empfehlen wir die Anwendung geeigneter Beiz- und/oder Passivierungsverfahren; dabei kommt es zu einer schnellen und effizienten Neubildung der Passivschicht. Diese Stahlwerkstoffe sind im lösungsgeglühten Zustand gegen Sprödbruch resistent; sie eignen sich auch für die Verwendung bei kryogenischen Temperaturen (-160 C) 13
STAHLTYPEN IM KATALOG: STAHL WNR 1.4301 EN X5CrNi18-10 Stahl mit verbesserter Bearbeitbarkeit. Klassisch im Bereich der nichtrostenden Stahlwerkstoffe: 18-10. Nicht für Tempern geeignet; die mechanischen Eigenschaften R und Rp0.2 können durch Ziehumformung verbessert werden. Optimale Bruchfestigkeit bei niedrigen Temperaturen. Benutzen Sie, falls ein Schweißen vorgesehen ist, Elektroden E308 L. Gute Korrosionsbeständigkeit im lösungsgeglühten Zustand. Vermeiden Sie ein langsames Erhitzen und Abkühlen im Temperaturintervall zwischen 450 und 850 C, um eine Ausscheidung von Chromkarbiden zu vermeiden (Sensibilisierungsphänomen). Gute Schweiß- und Tiefzieheignung. Wenn der Ferritgehalt über 1, 5 % liegt, besteht ein Bruchrisiko in der Ziehphase. Als Lösung für dieses Problem empfehlen wir, den Nickelanteil so hoch wie durch die entsprechenden Vorschriften erlaubt zu halten, um auf diese Weise einen Ferritanteil von nicht mehr als 0,5 % zu erzielen. Verwendungsgebiete: pharmazeutische Industrie; Anlagen für die Chemie-, Textil-, Färberei-, Lebensmittel- und Goldschmiedeindustrie; Architekturdekor, Tanks und Autoindustrie, Wärmetauscher, Ventile und Düsen, Lawinenschutzdächer; Wassersektor (Gitter, Schleusen, Buchsen für Netzfilter und selbstreinigende Filter, Sedimentatoren, Rührmaschinen, Unterwasserpumpen, Insufflatoren für Belüftungswannen, Förderanlagen und Kanalleitungen für Jauche und Gülle); mittelgroße und tiefe Formen; Anlagen für die Behandlung von Milch, Käse, Butter, Fruchtsaft und Brennereiprodukten; Behälter und Geräte für die Verarbeitung von Kakao; schalldämpfende Barrieren für Eisenbahnen und Autobahnen. Verwendungsgebiete der Flachprodukte: Abdeckungen, Dachtraufen, Regendächer, Blechabdeckungen, Verriegelungen, Trägerelemente für Abdeckungen, Liftverkleidungen, Straßenplatten, Gitter, Einfassungen, begehbare Platten und Gitter, Platten für Bügeleisen; in Atomkraftwerken Verwendung als Flansche, Federn, Bolzen und Muttern, Ventile, Leitungen, Heizkessel; bei Anlagen zur Erzeugung alternativer Energie Verwendung bei der Zusammensetzung der Solarpaneele und Parabolspiegel. Im sensibilisierten Zustand keine Gewährleistung gegen die so genannte interkristalline Korrosion (durch Lösungsglühen verbesserbar); geringe Korrosionsbeständigkeit bei Vorhandensein von Chloriden. STAHL WNR. 1.4305 EN X8CrNiS18-9 AISI 303 Automatenstahl, der für gewöhnlich im lösungsgeglühten und ziehumgeformten Zustand verwendet wird. Optimale Bruchfestigkeit bei niedrigen Temperaturen und gute Korrosionsbeständigkeit, wenn keine Chloride oder reduzierende Säuren vorhanden sind. Der Säureangriff führt zu einer punktuellen Korrosion bzw. zu Zwischenraum-Korrosion. Beim Drehen können die Schmiermittel verwendet werden, die für gewöhnlich in der allgemeinen Mechanik Anwendung finden. Dieser Stahlwerkstoff lässt sich, falls keine adäquaten Maßnahmen und Vorkehrungen getroffen, nur mühsam schweißen. Je nach Grad der Kaltverformung, der dieser unterzogen wird, weist er leichte ferromagnetische Eigenschaften auf. Verwendungsgebiete: Schrauben und Stiftschrauben, Muttern, in großem Umfang maschinell produzierte Bolzen, Verbindungsstücke, Zapfen, Zugstangen, Buchsen, Angelspulen; Inneneinrichtung, Haushaltsgeräte, Transportbereich, elektronische Geräte. 14
STAHL WNR. 1.4306 EN X2CrNi19-11 Chrom-Nickel-Stahl, aushärtbar mittels Kaltumformung (Beispiel: Ziehen und Tiefziehen). Beständig gegen intergranulare (interkristalline) Korrosion. Der hohe Nickelgehalt ermöglicht die Erzielung einer hohen Bruchfestigkeit bei kryogenischen Temperaturen (niedrige Temperaturen). Die Ermüdungsfestigkeitsgrenze an der Luft für geschliffene Produkte liegt bei ca. 250 N/mm2, ein Wert, der in korrosiven Umgebungen entsprechend sinkt. Keine Beständigkeit gegen Chloridkorrosion. Vermeiden Sie eine Anwendung bei Temperaturen über 550 C. Verwendungsgebiete: Färberei-, Papier, Chemie-, Pharmazeutik-, Lebensmittel-, Nuklear-, Düngemittel- und Salpeterindustrie; geschweißte Geräte, Tanks, kryogenische Geräte, Zisternen. STAHL WNR. 1.4307 EN X2CrNi18-9 Nicht für Tempern geeignet, die mechanischen Eigenschaften können durch Kaltumformung verbessert werden. Im lösungsgeglühten Zustand ist der Werkstoff gegen die interkristalline Korrosion beständig. Für gewöhnlich zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit mit Kalziumbehandlung hergestellt. Dieser Werkstoff magnetisiert in der Kaltumformungsphase (Kaltziehen oder Kaltwalzen) leicht. Optimale Tiefzieheignung. Auch ohne Vorglühen und Enddehnung leicht schweißbar. Es wird empfohlen, die Schweißstelle mechanisch oder chemisch zu beizen und sie im Anschluss daran mit Salpetersäure (25 %) zu passivieren. Verwendungsgebiete: Behälter und Geräte für Nahrungsmittel, Textil- und Erdölsektor, kryogenische Verwendung (niedrige Temperaturen); Kohletrichter, Düngemittel-Tanks, Geräte zur Herstellung von Salpetersäure, Behälter für Tomatenkonzentrat, Abschirmungen und Metallvorhänge bzw. Metallgewebe, architektonisches Dekor, Leitungen und Kanäle für Heizkessel; in Atomkraftwerken Verwendung als Plattierungen für Schweißen und Primärkreisläufe. Stahl WNR. 1.4310 EN X10CrNi18-8 AISI 302 Einer der am häufigsten eingesetzten austenitischen Chrom-Nickel-Stähle, äußerst beständig und duktil, wird kaltgewalzt und kaltgezogen eingesetzt. Dieser Stahl weist einen etwas höheren Kohlenstoffgehalt auf als der Typ 1.4301 und zeichnet sich durch optimale Ermüdungsfestigkeit aus. Die Korrosionsbeständigkeit ist ein wenig höher als beim Stahltyp AISI 301. Durch die einfache Kaltverformung steigt die Härte dieses Materials deutlich an, beim Ziehen ist jedoch ein möglicher stärkerer Magnetismus zu berücksichtigen. Bei der Bearbeitung mit Werkzeugmaschinen empfiehlt sich aufgrund der hohen Plastizität die Verwendung von Spanbrechern. Verwendungsgebiete: Federn, Uhrenkomponenten, Verbindungsteile, Tierkäfige, Kochgeschirr, Behälter zum Abfüllen von Getränken und Bier, architektonische Elemente für den Außenbereich, Kessel, Waschmaschinentrommeln, Küchengeräte, Schmuck, Pharma-, Molkerei- und Lebensmittelindustrie, Benzintanks. 15
STAHL WNR. 1.4401 EN X5CrNiMo17-12-2 AISI 316 Verwendung bei hohen Temperaturen mit guter Beständigkeit gegen Korrosion durch verschiedene Säuren, Salze, Salzwasser und chemische Substanzen. Aufgrund des hohen Molybdän-Gehalts kann dieser Werkstoff in reduzierenden Umgebungen bzw. überall dort eingesetzt werden, wo eine Kriechbeständigkeit erforderlich ist. Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion ( Crevice und Pitting ); in sensibilisiertem Zustand wenig empfänglich für interkristalline Korrosion. Bei in oxidierender Umgebung erhitztem Material ist die Anwendung eines chemischen Beizverfahrens erforderlich, um eine maximale Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Verwendungsgebiete: Chemische Industrie, Nahrungsmittel, Textil- (Kunstseide-), Papier- und Zelluloseindustrie, Fotografie, chirurgischer Bereich, Tanks für Schiffe; Besteck, Arzneimittel-, Auto-, Sanitärindustrie; Behälter für Lebensmittel und Getränke, Wasserrinnen, Wärmetauscher und Herdkomponenten; Laufräder, Pumpenwellen und Membrane für Entsalzungsanlagen; Treppen, Brücken und Stege; Schornsteine, Behälter für Wasserenthärtung, Wasserkocher, Geräte für die Maisveredelung, Brandweinbottiche; bei Anlagen zur Erzeugung alternativer Energie Verwendung als Solarpaneele und Parabolpaneele. STAHL WNR. 1.4404 EN X2CrNiMo17-12-2 AISI 316L Nicht für Tempern geeignet, die mechanischen Eigenschaften können nur durch Kaltumformung verbessert werden. Geeignet für starke Kaltumformungen. Gute Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion, gegen Salzwasser sowie gegen Lebensmittelerzeugnisse. Bei in oxidierender Umgebung erhitztem Material ist die Anwendung eines chemischen Beizverfahrens erforderlich, um eine maximale Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Verwendungsgebiete: Schweißkomponenten, chemische Industrie; Lebensmittel-, Textil- (Kunstseide-), Rauchabzugs-, Kamin-, Papier- und Zelluloseindustrie; Fotografie, chirurgischer Bereich, Tanks für Schiffe, Besteck, Zugstangen; Arzneimittel-, Auto- und Sanitärindustrie; Behälter für Lebensmittel und Getränke; Gefäße und Küvetten für den petrochemischen Bereich; Teile, die mit Schwefeltrioxid in Kontakt geraten; im Bereich von Kläranlagen Verwendung als Flockungsmitteldosierer sowie in Verbrennungsanlagen, Ventilatoren, Ventile und Düsen, Metallmaschen, Wärmeaustauscher; bei Atomkraftwerken Verwendung als Wärmegeneratoren und Pumpen; Verwendung findet dieser Werkstoff auch auf dem Juwelier- und Brillenmarkt, auch wenn aufgrund der jüngsten Vorschriften über Nickelfreisetzung durch Schweiß eine Tendenz zu weniger allergischen Titaniumlegierungen festzustellen ist; im Bereich der alternativen thermischen Solarenergie Verwendung bei der Ausführung von Speichertanks. Falls Schweißteile vorhanden sind, darf dieser Werkstoff nicht bei Temperaturen von mehr als 400 C verwendet werden. Stahl WNR. 1.4435 EN X2CrNiMo18-14-3 (AISI 316LMo) Sein Gefüge ist vollständig austenitisch, und der Ferritgehalt liegt nach dem Lösungsglühen bei weniger als 0,5 %. Er ähnelt dem Stahl 1.4404, weist jedoch einen niedrigeren Silliciumgehalt und einen höheren Molybdänanteil auf. Aufgrund des vollständig austenitischen Mikrogefüges kann dieser Stahl problemlos kaltverformt werden, mit Hilfe des höheren Molybdängehalts können beständigere Geräte hergestellt werden als mit dem Stahl 1.4404. Das vollständig austenitische Gefüge kann aber das Phänomen der Warmrissbildung hervorrufen. Dieser Stahltyp kann mit den meisten Schweißverfahren geschweißt werden: WIG, Plasma, MIG, SMAW, SAW usw. unter Anwendung von Parametern zur Vermeidung von Karbid- und Nitridausscheidungen sowie von Rissbildung. 16
Glanzpolierte Oberflächen eignen sich am besten, um Korrosion zu verhindern. Verwendungsgebiete: wie beim Stahl 1.4404, wo eine höhere mechanische Festigkeit erforderlich ist. STAHL WNR. 1.4541 X6CrNiTi18-10 AISI 321 Häufig wird dieser Werkstoff auch als nichtrostender feuerfester Stahl bezeichnet. Durch Titaniumzugabe stabilisierter Stahl. Gute Beständigkeit gegen intergranulare Korrosion. Falls dieser Werkstoff in einer oxidierenden Umgebung lösungsgeglüht wird, ist eine chemische Beizung erforderlich, um eine maximale Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Nicht sensibilisierbar. Relative magnetische Permeabilität bei -196 C ~ 2 r. Sehr leitungsfähiger Stahl. Verwendungsgebiete: Bei thermischer Behandlung für Körbe, Wannen, Schmelztiegel, Erhitzungsplatten, Gitter, Ketten, Haken, Rollen und Walzen, Kolben, Ventilatoren, Düsen für Brenner, Schrauben und Muttern; Ringkollektoren für Flugzeuge, Komponenten von Reaktionsmotoren, Boilermantel; Verkleidungen für Pfeiler, Druckgefäße, Brandplatten und Brandtüren, Heizkessel für den Hausgebrauch, Kollektoren. Die gute Bruchfestigkeit bei niedrigen Temperaturen macht diesen Werkstoff ideal für die Herstellung von stickstoffhaltigem Industriedünger. STAHL WNR. 1.4567 EN X3CrNiCu18-9-4 (~ AISI 304Cu) Nichtrostend durch Zusatz von Kupfer, der das Austenit stabilisiert und dieses für schwere Kaltumformungstätigkeiten (Pressen, Falzen, Ziehen und Verarbeitungen mit Werkzeug). Durch das Kupfer wird darüber hinaus die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Für kryogenische Anwendungen geeignet. Gute Gewinde- und Bohreignung durch Verhindern der entsprechenden Kaltverformung. Verwendungsgebiete: Auto-Bereich, chemische Industrie, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, Dekorationen, elektronische Komponenten, Schiffssektor, Weinbau, Wandhaken, Kabel, Nägel, Metallvorhänge und Metallgewebe. STAHL WNR. 1.4570 EN X6CrNiCuS18-9-2 AISI 303K Nichtrostender Automatenstahl, dessen mechanische Eigenschaften sich durch Tempern nicht verändern. Aufgrund des hohen Schwefelanteils können während der Kaltumformung (Ziehen, Pressen etc.) Mikrorisse entstehen. Stahl mit Schwefel- und Kupferzugabe zur Steigerung der Bearbeitungsfähigkeit mit Werkzeugmaschinen. Durch die Kupferzugabe wird die Beständigkeit gegen die durch Kunststoff verursachte Korrosion verbessert. Das Profil der Werkstücke sollte einfach sein und darauf abzielen, eine Neuverzinnung der korrosiven Produkte zu vermeiden. Durch die bei einem Temperaturintervall von 450 bis 800 C ausgeführte Sensibilisierung wird dieser Werkstoff der interkristallinen Korrosion ausgesetzt. Verwendungsgebiete: In allen Sektoren bei denen eine im Vergleich zum Grundstahl ASTM 303 höhere Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist; Komponenten, die serienmäßig auf Hochgeschwindigkeitsmaschinen hergestellt werden wie Zapfen, Schrauben, Muttern, Zugstangen und Buchsen. 17
STAHL WNR. 1.4571 EN X6CrNiMoTi17-12-2 AISI 316Ti Mit Titanium stabilisierter Stahl mit guter Beständigkeit gegen interkristalline, einheitliche und Lochfraß-Korrosion ( Pitting/Crevice ). Dieser Werkstoff besitzt eine beträchtliche Beschichtungsbeständigkeit (beschränkte Bildung von Chromkarbiden) aufgrund der Betriebstemperaturen. Gute mechanische Eigenschaften bei Umgebungstemperatur und bei hohen Temperaturen mit beträchtlicher Kriechbeständigkeit. Bei hohen Temperaturen und einer Atmosphäre stagnierender Luft hohe Oxidationstendenz. Optimale Kaltpress- und Zieheignung. Problemlos schweißbar. Verwendungsgebiete: geschweißte Strukturen, See- und Schiffsindustrie; petrochemische Industrie; Lebensmittel-, Pharmazeutik-, Papier- und Textilindustrie; Wärmetauscher, Haushalts- und Industrieöfen, Windungen für Durchlauferhitzer. AUSTENITISCHER-FERRITISCHER STAHL (gemeinhin als Duplex-Stahl bezeichnet) Er enthält Chrom, Nickel, Molybdän und Stickstoff in entsprechenden Anteilen und besitzt ein Zweiphasen-Gefüge, das aus Austenit-Inseln gebildet wird, welche etwa zu gleichen Teilen in die ferritische Matrix integriert werden. Dieser Stahlwerkstoff zeichnet sich in erster Linie durch optimale Spannungskorrosions-Beständigkeit und eine hohe Dehngrenze aus. Die ferritische Struktur hält vor allem Spannungskorrosion stand, die austenitische Struktur der allgemeinen Korrosion, insofern ist das Interesse der Industrie an solchen Zweiphasen-Stählen leicht nachvollziehbar. Die charakteristischen chemischen Elemente dieser Verbindung sind Cr, Mo (ferritbildend) und Ni, C, N (austenitbildend). Der Stickstoff mit einem prozentuellen Gehalt von 0,10 0,20 erhöht zudem die Stabilität der austenitischen Struktur im Rahmen von Wärmebehandlungen und verbessert die mechanische Festigkeit sowie die Beständigkeit hinsichtlich lokal auftretender Korrosion. Bei nichtrostenden Zweiphasen-Stählen gibt es zwei kritische Temperaturintervalle, einerseits bei 800 C (zwischen 600 und 950 ~), wo es zur Karbid- und Nitridausscheidung kommen kann, und andererseits bei 475 C, wo sich das Ferrit mit Chrom anreichern kann, dadurch härter wird und zu Sprödigkeit neigt. Die Zähigkeit wird auch durch den Sauerstoffgehalt und das Vorhandensein intermetallischer Phasen herabgesetzt. Duplex-Stahl zeichnet sich durch ein besseres Ermüdungsverhalten im Vergleich zu Austenit-Stahl aus. Dies wurde anhand des Verhältnisses Lf/R zwischen 0,5-0,6 für Duplex-Stahl und 0,45-0,50 für Austenitstahl getestet und festgestellt (Lf = theoretische Ermüdungsgrenze im Umlaufbiegeversuch und R = Zugfestigkeit des Materials). Dieser Stahl eignet sich nicht für die Vergütungs-Wärmebehandlung, die Prozentanteile der Struktur können jedoch durch Lösungsglühen verändert werden, d. h. durch höhere Temperaturen kann nach dem Härten etwa ein höherer Ferritanteil erzielt werden. Stahl WNR 1.4362 EN X2CrNiN23-4 UNS 32304 Dieser Stahl wird in Umgebungen mit Spannungskorrosion, Pitting und Spaltkorrosion eingesetzt. Er bietet durch den Zusatz von Stickstoff (N) optimale mechanische Festigkeit. Gute Zähigkeit und Duktilität (zwischen austenitischem und ferritischem Stahl). Für die Warmverformung gilt T ~ 0,6 T Schmelzvorgang,feinkörnig und niedrige Reduktionsgeschwindigkeit. Der Stahl darf nicht über einen längeren Zeitraum Temperaturen von über 300 C ausgesetzt werden, da die Gefahr des Verlusts der mechanischen Festigkeit und der Versprödung besteht. Er ist leicht schweißbar, wobei darauf zu achten ist, die Aufnahme von Wasserstoff zu verhindern. Durch perfekte Oberflächenbehandlung (Läppen mit Ra 0,10-0,20 µm) kann die Pitting-Beständigkeit deutlich erhöht werden. Verwendungsgebiete: Druckbehälter, Heißwassertanks, Schrauben, Ventilatoren, Wärmetauscher, Abwasserbehan- 18
dlung, Schnecken, Mischer, Papier- und Zelluloseindustrie, Bleichanlagen, Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Brandschutzwände, Offshore-Ölförderinseln. Stahl WNR 1.4462 EN X2CrNiMoN22-5-3 UNS 31803 Dieser Stahlwerkstoff ähnelt dem Stahl 1.4362, ist aber höher legiert und enthält Molybdän (Mo). Die Pitting- und Spaltkorrosionsbeständigkeit ist gleich oder höher als beim Stahl AISI 317L. Die mechanische Festigkeit liegt höher als beim austenitischen Stahl. Er ist nicht völlig unempfindlich gegenüber Spannungskorrosion, wird aber im Baubereich im Kontakt mit Natriumchlorid und Brackwasser am häufigsten eingesetzt. Dieser Stahl darf nicht bei Temperaturen über 340 C eingesetzt werden. Das Vorhandensein von Molybdän und Stickstoff kann zu Schwierigkeiten bei der Behandlung mit Werkzeugmaschinen führen. Die mechanischen Eigenschaften hängen vom Ferrit-/Austenitverhältnis ab, und die Zähigkeit steht im Zusammenhang mit dem Ferritgehalt. Ein höherer Ferritgehalt bedeutet geringere Zähigkeit, ein höherer Austenitgehalt bedeutet geringere mechanische Festigkeit. Nach Kaltverformungen mit Reduktionen von mehr als 10 % empfiehlt sich ein Lösungsglühen. Wie alle Duplex-Stähle hält auch dieser kryogenen Temperaturen (unter -180 C) stand. Verwendungsgebiete: Wärmetauscher, Essigsäure-Destillatoren, Abgasfilter, chemische Druckbehälter, industrielle Gas- und Ölgeräte. Als Richtwert für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen von nichtrostendem Stahl kann bei der chemischen Analyse der Nickelanteil herangezogen werden. Bei Ni ~ 9% Einsatz bei -196 C, Ni ~ 3,5% Einsatz bei -101 C, Ni ~ 2,25% Einsatz bei -59 C. Als Richtwert für die Beständigkeit gegen Zunderbildung bei hohen Temperaturen kann der Cr-Ni-Gehalt herangezogen werden. Bei Cr ~ 13% Einsatz bis 760 C, Cr ~ 18% und Ni ~ 9% Einsatz bis 850 C, Cr ~ 25% und Ni ~ 20% Einsatz bis 1150 C, Cr ~ 28% Einsatz bis 1175 C. AUSSCHEIDUNGSHÄRTBARE STAHLWERKSTOFFE Diese Stahltypen sind besser unter der Bezeichnung PH-Stahl (PH = Precipitation Hardening = Ausscheidungshärtung) bekannt. Dieser Werkstoff wird durch aufeinander folgende Temperverfahren bei nicht zu hohen Temperaturen (480-600 C) gehärtet. Seine wichtigste Eigenschaft ist eine ziemlich gute Korrosionsbeständigkeit, begleitet von optimalen mechanischen Eigenschaften. Bei den zumeist zur Härtung dieser Stahltypen verwendeten Elementen handelt es sich um folgende: Titanium (Ti), Niobium (Nb), Stickstoff (N), Aluminium (Al), Kupfer (Cu). Auch bei den ausscheidungshärtbaren Stahlwerkstoffen unterscheidet man zwischen martensitischen, austenitischen und semiaustenitischen Typen. Angesichts der Rohstoffkosten eignet sich dieser Werkstoff vor allem für jene Sektoren (Luft- und Raumfahrt sowie Energieproduktion), bei denen eine hohe Beständigkeit und eine optimale Dehnbarkeit erforderlich sind. Beispiel: Martensitischer Typ 17-4 PH nach Lösungsglühen und einstündiger thermischer Alterung bei 480 C: R = 1250 N/mm2; A % = 13 WEITERE ANMERKUNGEN ZU NICHTROSTENDEN STAHLTYPEN Es kann vorkommen, dass eine gewisse Entkohlungsstufe für ferritische und austenitische Stahlwerkstoffe nicht schädlich ist, für martensitische Typen aber schon; eine Kohlenstoffanreicherung ist jedenfalls für alle Werkstoffarten schädlich. Wenn bei Behandlungen Gas vorhanden ist, müssen alle notwendigen Vorkehrungen getroffen werden, um eine Wasserstoffabsorption zu vermeiden (aufgrund des bekannten Versprödungseffekts). Die ferritischen und austenitischen Typen sind aufgrund des Fehlens der kritischen Punkte nicht härtbar und können mittels Kaltumformung die Ermüdungs- und Bruchlast verändern. Die martensitischen Typen bieten die besten mechanischen Eigenschaften. 19
In der Tabelle werden die ungefähren Eigenschaften für gewalzte Produkte gegenübergestellt. Kategorie des Stahls R N/mm 2 Rp 0,2 N/mm 2 A % Kv +20 C J Kv -150 C J Magnetisch Beständigkeit (Temperaturen) Duplex 1070-1270 800 13 25 ja gut Austenit. Stahl 500-700 220 50 140 100 nein gut Ferrit. Stahl 450-650 280 22 25 ja gut Martensitisch 650-850 500 14 30 ja Durchschnittlich Cr % < 16 gut Cr% > 20 Ungefähre Tabelle der Korrosionsbeständigkeit der Familie der nichtrostenden Stahltypen maximal minimal Duplex Austenit. Stahl Ferrit. Stahl Martensitisch Darstellung des Verhältnisses Bearbeitbarkeit an der Werkzeugbank - Korrosionsbeständigkeit Korrosionsbeständigkeit 304 316 316L 410 303 430 430F 416 Bearbeitbarkeit Klassifizierung der nichtrostenden Stahltypen Klassifizierung UNS AISI EN serie 500 S5xxxx Xxx Nichtrostende martensitische Stahltypen serie 400 S4xxxx 4xx Xxx Nichtrostende martensitische und ferritische Stahltypen serie 300 S4xxxx 3xx Xxx Austenitische nichtrostende Stahltypen serie 200 S2xxxx Austenitische nichtrostende Stahltypen Die Serie 200 (Cr-Mn) wird hauptsächlich in den asiatischen Ländern verwendet, wo die Tendenz besteht, Ni durch einen hohen Anteil von Mn zu ersetzen. Diese besonderen chemischen Analysen können den Stahl in der Phase des Ziehens oder des Kaltpressens für Rissbildungen empfänglich machen. Anwendungsfelder einiger Materialien Einsatztemperatur Einsatztemperatur Stahl Ferritisch - Ni Gewöhnl. Baustahl C-Mn Nichtrostend Cr Legierungen Leichtlegierungen Kupferlegierungen Feinkornbaustahl Legierungen Cr-Mo Nickellegierungen Nichtrostend Cr-Ni Benutzungsintervalle bei hohen und tiefen Temperaturen 20
SCHMELZE UND HERSTELLUNG DER NICHTROSTENDEN STÄHLE Die ersten Materialien, die imstande waren, dem aggressiven Säureangriff zu widerstehen, wurden im Jahre 1821 entdeckt, als man Eisenoxide und Chrom mischte und schmolz. In jenen Zeiten enthielt diese Legierung einen Chromanteil von ca. 1,5 % und sehr hohe Kohlenstoffwerte. Mit der Entwicklung des Bessemer-Ofens (1855), des Martin-Ofens (18659 und des Martin-Siemens-Ofens (1892) begann die Produktion von Chrom-Kohlenstoff-Stahl, aber erst ab dem Jahr 1895 begannen einige schwedische und deutsche Stahlwerke damit, Eisen-Chrom-Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu produzieren, Werkstoffe, die in Folge von einer immer ausgeklügelteren Elektrometallurgie- Industrie perfektioniert wurde. Von 1904 bis 1909 wurde nichtrostender martensitischer Stahl mit einem Chromgehalt von 13 % und ferritischer Stahl mit einem Chromgehalt von 17 % definiert (mit Kohlenstoffwerten von 0,12 % bis 1 %. Ebenfalls im Jahr 1909 wurde der erste austenitische Stahl mit Eisen-Chrom-Nickel-Legierung entwickelt. Im Jahre 1925, zu einem Zeitpunkt, als man bereits über entsprechende Erfahrung mit diesen Technologien verfügte, begann Italien mit der Produktion von nichtrostendem Stahl. STAHLERZEUGUNG AUS MINERALSTEINVERARBEITUNG Im Hochofen erhält man Roheisen mit einem Kohlenstoffgehalt von 4-6 %; dieses noch flüssige Roheisen wird in einen Konverter genannten Behälter gefüllt, um den Anteil von unerwünschten und oxidierbaren Begleitelementen wie Phosphor, Schwefel, Kohlenstoff, Silizium etc. zu reduzieren. Nach diesem Entkohlungsprozess wird Eisen-Chrom zugefügt und eine Transformation in metallisches Chrom durchgeführt, um zu einer chemischen Analyse zu gelangen, die bereits sehr nahe am nichtrostenden Stahl liegt. Die Flüssigkeit wird dann in den AOD-Anlagen (schnelles und günstiges Verfahren, das meist für Inox-Stahl verwendet wird) bzw. durch VOD (Verfahren für jene Stahlwerke, die neben Inox-Stahl Legierungen, Werkzeuge, etc. herstellen) affiniert, und durch Oxidation (meist unter Vakuum) wird eine Verringerung des Kohlenstoffgehalts bis zum gewünschten Anteil erzielt. In diesen letztgenannten Öfen wird auch die chemische Analyse durchgeführt und nach Zugabe von Ausgleichs- und Verbesserungsmitteln (Cr, Ni, Mo, Ti, Cu, etc.) erreicht man die endgültigen Anteile. Durch die Kombination der Verfahren AOD + VOD kann man Stahl herstellen, dessen Kohlenstoffgehalt sogar nur 0,005 % beträgt. Mineral VORBEREITUNG DES MINERALS Zertrümmerung - Anreicherung Trocknung - Kalzination (Brennen) - Sintern Roheisen mit Kohlenstoff > 4 % Kohle Koksproduktion durch Destillation der Kohle Herstellungsverfahren aus Mineralstein HOCHOFEN flüssiges Gusseisen Gicht Schacht Kohlensack Rast Gestell Konverter Herstellungsverfahren Aus Schrott ausgewählter Schrott AOD ofen VOD ofen Nichtrostender Stahl 21
HERSTELLUNGSVERFAHREN AUS SCHROTT Bei der Herstellung der ersten nichtrostenden Stahlwerkstoffe wurden dieselben elektrischen Öfen verwendet, die auch für herkömmlichen Stahl benutzt wurden. Nach dem Schmelzen von gewöhnlichem Schrott wurden Eisenlegierungen (Eisen-Chrom) in die Flüssigkeit gefüllt, womit man den Chromgehalt auf einen Anteil von ca. 12 % brachte. Die Kohlenstoffmenge war ziemlich hoch (teilweise aufgrund der drei Graphitelektroden, die dieses Element freisetzten). In der Folge wurde Schrott von nichtrostendem Stahl, geschmolzen bei hoher Temperatur mit Reduktion durch Eisenlegierungen (Eisen-Silizium und Eisen-Chrom-Silizium) verwendet, wobei eine Technik angewendet wurde, die als sekundärmetallurgische Behandlung außerhalb des Ofens bezeichnet wird. Für diese Systeme waren bis zum Jahre 1960, als man damit anfing, die Verfahren AOD und VOD bei der Produktion zu verwenden, lange Bearbeitungszeiten und ein hoher Energieverbrauch erforderlich. AOD = Argon - Oxygen - Decarburization (Entkohlung durch Argon und Sauerstoff). VOD = Vacuum - Oxygen - Decarburization (Entkohlung unter Vakuum durch Sauerstoff). AOD-HERSTELLUNGSVERFAHREN Die Schmelze wird in einem herkömmlichen Ofen durchgeführt; die Flüssigkeit wird dann in den Konverter gefüllt, in dessen Innerem das Stahlbad durch Oxid-Reduktions-Reaktionen einer chemischen Feinanalyse und Affination (Veredelung) unterzogen wird. Durch das Einblasen von Argon und Sauerstoff über Rohre wird das Bad ständig neu durchmischt und durch die Oxid- Reduktions-Reaktionen wird die Temperatur selbstständig auf ca. 1650 C gesteigert. Die wichtigste Reaktion ist die Entkohlung, bei der sich der übermäßig vorhandene Kohlenstoff mit Sauerstoff und anderen eingeblasenen trägen Gasen verbindet, um Kohlenstoffoxid zu bilden, das nach Ausscheidung aus dem Bad zur Erzielung von Kohlenstoffanteilen im Bereich von 0,015 % beiträgt. Der Oxidations-Verlust des Elements Chrom wird durch das spezielle Verhältnis von Sauerstoff und Argon beschränkt. Nach Zentrierung der chemischen Analyse wird der Stahl stranggegossen oder in Kokillen gegossen. VOD-HERSTELLUNGSVERFAHREN Die Schrottschmelze läuft genauso ab wie beim VOD-Verfahren, mit dem Unterschied, dass der flüssige Stahl in eine Gießtrommel umgefüllt wird, die ihrerseits in eine Anlage (Tank) integriert ist, die imstande ist, ein Anfangsvakuum von 3 mbar zu erzeugen, um sich dann bei 0,6 mbar (Millibar) zu stabilisieren. Durch das Vakuumverfahren wird die Entkohlungsreaktion verstärkt und Chrom aus Überoxidation gewonnen. Vom Boden der Gießtrommel aus wird über Glasfilterfritten Argon zugeführt, um das Stahlbad bewegt zu halten. Von oben wird über eine spezielle Lanze Sauerstoff eingeführt, der sich auf der Oberfläche der Schmelze verbreitet, die Bildung von Kohlenstoffoxid beschleunigt und den Vorgang der Entkohlung ermöglicht, wobei der Kohlenstoffwert in den Grenzbereich von 0,015 % gebracht wird. Nachdem die vorgesehenen spezifischen Kohlenstoffwerte erreicht wurden, erfolgt die Anpassung der anderen chemischen Elemente wie z. B. Chrom, die durch Eisen-Chrom-Zusätze korrigiert werden kann. 22