Einführung in Edelstahl

Edelstahl ist die Kurzform für rostfreien und säurebeständigen Stahl. Stahl, der gegenüber schwach korrosiven Medien wie Luft, Dampf und Wasser beständig ist oder Rostbeständigkeit aufweist, wird als Edelstahl bezeichnet. Stahl, der gegenüber chemisch korrosiven Medien (wie Säuren, Laugen und Salzen) beständig ist, wird als säurebeständiger Stahl bezeichnet.

Edelstahl bezeichnet Stahl, der gegenüber schwach korrosiven Medien wie Luft, Dampf und Wasser sowie gegenüber chemisch korrosiven Medien wie Säuren, Laugen und Salzen beständig ist. Er wird auch als rostfreier und säurebeständiger Stahl bezeichnet. In der Praxis spricht man bei Stahl, der gegenüber schwach korrosiven Medien beständig ist, häufig von Edelstahl, während Stahl, der gegenüber chemischen Medien beständig ist, oft als säurebeständiger Stahl bezeichnet wird. Aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung ist ersterer nicht unbedingt chemisch beständig, letzterer hingegen ist im Allgemeinen rostbeständig. Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl hängt von den im Stahl enthaltenen Legierungselementen ab.

Gängige Klassifizierungen:

Üblicherweise klassifiziert nach metallographischer Struktur:

Gängige Edelstähle werden im Allgemeinen anhand ihrer metallografischen Struktur in drei Kategorien unterteilt: austenitische, ferritische und martensitische Edelstähle. Auf Basis dieser drei Grundstrukturen wurden Duplexstähle, ausscheidungshärtende Edelstähle und hochlegierte Stähle mit einem Eisengehalt von unter 50 % entwickelt, um spezifischen Anforderungen und Anwendungsbereichen gerecht zu werden.

1. Austenitischer Edelstahl.

Dieser Edelstahl besitzt eine überwiegend kubisch-flächenzentrierte Austenitmatrix (CY-Phase) und ist nicht magnetisch. Er wird primär durch Kaltverformung gehärtet (und kann dabei einen gewissen Magnetismus entwickeln). Das American Iron and Steel Institute (AISI) kennzeichnet Stahlsorten der 200er- und 300er-Serie, beispielsweise 304.

2. Ferritischer Edelstahl. Dieser Edelstahl besitzt eine Matrix, die hauptsächlich aus Ferrit (α-Phase) mit einer kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur besteht. Er ist magnetisch und lässt sich im Allgemeinen nicht durch Wärmebehandlung härten, jedoch durch Kaltverformung geringfügig festigen. Das American Iron and Steel Institute bezeichnet diese Stahlsorten als 430 und 446.

3. Martensitischer Edelstahl.

Dieser Edelstahl besitzt eine Matrix, die hauptsächlich aus Martensit (kubisch-raumzentriert oder kubisch) besteht, ist magnetisch und seine mechanischen Eigenschaften lassen sich durch Wärmebehandlung anpassen. Das American Iron and Steel Institute bezeichnet diese Stahlsorten als 410, 420 und 440. Martensit weist bei hohen Temperaturen ein austenitisches Gefüge auf. Beim Abkühlen auf Raumtemperatur mit einer geeigneten Geschwindigkeit wandelt sich dieses austenitische Gefüge in Martensit um (d. h. es härtet aus).

4. Austenitisch-ferritischer (Duplex-)Edelstahl.

Dieser Edelstahl besitzt eine Matrix aus Austenit und Ferrit, wobei der Anteil der Nebenphase typischerweise über 15 % liegt. Er ist magnetisch und kann durch Kaltverformung gehärtet werden. Typ 329 ist ein typischer Duplex-Edelstahl. Im Vergleich zu austenitischem Edelstahl bietet Duplex-Edelstahl eine höhere Festigkeit und Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion, Chloridspannungsrisskorrosion und Lochfraß. Die Korrosionsbeständigkeit ist deutlich verbessert.

5. Ausscheidungshärtender Edelstahl.

Dieser Edelstahl besitzt ein austenitisches oder martensitisches Gefüge, das durch Ausscheidungshärtung gehärtet werden kann. Das American Iron and Steel Institute (AISI) kennzeichnet diese Edelstähle mit Nummern der 600er-Serie, beispielsweise 630, was 17-4PH entspricht.

Generell bieten austenitische Edelstähle, mit Ausnahme von Legierungen, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Ferritische Edelstähle eignen sich für weniger korrosive Umgebungen. In schwach korrosiven Umgebungen können martensitische und ausscheidungshärtende Edelstähle eingesetzt werden, wenn hohe Festigkeit oder Härte erforderlich ist.

Welche Art von Edelstahl ist rostbeständig?

Drei Hauptfaktoren beeinflussen die Rostbildung bei Edelstahl:

1. Der Gehalt an Legierungselementen.

Generell gilt: Stahl mit einem Chromgehalt von 10,5 % ist rostbeständig. Je höher der Chrom- und Nickelgehalt, desto besser die Korrosionsbeständigkeit. Beispielsweise benötigt Edelstahl 304 einen Nickelgehalt von 8–10 % und einen Chromgehalt von 18–20 %. Solcher Edelstahl rostet in der Regel nicht.

2. Auch der Schmelzprozess des Herstellers beeinflusst die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl.

Große Edelstahlwerke mit fortschrittlicher Schmelztechnologie, Anlagen und Prozessen gewährleisten eine gleichbleibende Kontrolle der Legierungselemente, der Entfernung von Verunreinigungen und der Abkühltemperatur der Knüppel. Dadurch sind ihre Produkte stabil, zuverlässig und von hoher Qualität, was sie rostbeständig macht. Im Gegensatz dazu gelingt es kleineren Stahlwerken mit veralteten Anlagen und Prozessen nicht, Verunreinigungen während des Schmelzprozesses zu entfernen, wodurch Rostbildung unvermeidbar wird.

3. Äußere Umgebung: In trockenen, gut belüfteten Umgebungen ist Rost weniger häufig.

Regionen mit hoher Luftfeuchtigkeit, anhaltendem Regen oder hohem pH-Wert sind anfälliger für Rost. Selbst Edelstahl 304 kann rosten, wenn die Umgebungsbedingungen zu rau sind.

Wie sollten Rostflecken auf Edelstahl behandelt werden?

1. Chemische Methoden

Verwenden Sie eine Säurebeizpaste oder ein Beizspray, um die verrosteten Stellen zu repassivieren und eine Chromoxidschicht zu bilden, die die Korrosionsbeständigkeit wiederherstellt. Nach dem Beizen ist es wichtig, gründlich mit klarem Wasser abzuspülen, um alle Verunreinigungen und Säurereste zu entfernen. Nach jeder Behandlung polieren Sie die Oberfläche mit einer Poliermaschine und versiegeln sie mit Polierwachs. Leichter, lokaler Rost lässt sich mit einem 1:1-Gemisch aus Benzin und Motoröl entfernen und anschließend mit einem sauberen Tuch abwischen.

2. Mechanische Methoden

Sandstrahlen, Kugelstrahlen mit Glas- oder Keramikpartikeln, Annihilation, Bürsten und Polieren. Mechanische Verfahren entfernen Verunreinigungen von zuvor abgetragenen Materialien, Poliermitteln oder Annihilationsmitteln. Alle Arten von Verunreinigungen, insbesondere Fremdeisenpartikel, können Korrosion verursachen, vor allem in feuchter Umgebung. Daher sollten mechanisch gereinigte Oberflächen idealerweise unter trockenen Bedingungen gründlich gereinigt werden. Mechanische Verfahren reinigen lediglich die Oberfläche und verändern nicht die inhärente Korrosionsbeständigkeit des Materials. Daher wird empfohlen, nach der mechanischen Reinigung mit einer Poliermaschine nachzupolieren und mit Polierwachs zu versiegeln. Gängige Edelstahlsorten und Eigenschaften für Instrumente

1. Edelstahl 304. Dies ist einer der am weitesten verbreiteten austenitischen Edelstähle. Er eignet sich für Tiefziehteile, Säureleitungen, Behälter, Konstruktionsteile, Gehäuse für diverse Instrumente und vieles mehr. Er kann auch zur Herstellung von nichtmagnetischen und Tieftemperaturgeräten und -komponenten verwendet werden.

2. Edelstahl 304L. Dieser austenitische Edelstahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt wurde entwickelt, um die starke interkristalline Korrosionsneigung von Edelstahl 304 unter bestimmten Bedingungen aufgrund von Cr₂₃C₆-Ausscheidungen zu beheben. Seine Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion im sensibilisierten Zustand ist der von Edelstahl 304 deutlich überlegen. Abgesehen von einer etwas geringeren Festigkeit sind seine übrigen Eigenschaften denen von Edelstahl 321 ähnlich. Er wird hauptsächlich für korrosionsbeständige Geräte und Bauteile verwendet, die geschweißt werden müssen und nicht lösungsgeglüht werden können, und eignet sich für die Herstellung verschiedener Instrumentengehäuse.

3. Edelstahl 304H. Dies ist eine Unterart des Edelstahls 304 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,04 % bis 0,10 %. Seine Hochtemperatureigenschaften sind denen des Edelstahls 304 überlegen.

4. Edelstahl 316. Dieser Stahl basiert auf 10Cr18Ni12-Stahl und enthält Molybdän, wodurch er eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber reduzierenden Medien und Lochfraßkorrosion aufweist. Seine Korrosionsbeständigkeit ist in Meerwasser und anderen Medien der von Edelstahl 304 überlegen, und er wird hauptsächlich für lochfraßbeständige Werkstoffe verwendet.

5. Edelstahl 316L. Dieser kohlenstoffarme Stahl bietet eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen sensibilisierte interkristalline Korrosion und eignet sich zur Herstellung dickwandiger Schweißbauteile und -anlagen, wie z. B. korrosionsbeständiger Werkstoffe in petrochemischen Anlagen.

6. Edelstahl 316H. Eine interne Variante des Edelstahls 316 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,04 % bis 0,10 % bietet im Vergleich zu Edelstahl 316 eine überlegene Hochtemperaturleistung.

7. Edelstahl 317. Er bietet eine überlegene Beständigkeit gegen Lochfraß und Kriechen im Vergleich zu Edelstahl 316L und wird bei der Herstellung von petrochemischen Anlagen und Anlagen, die gegen Korrosion durch organische Säuren beständig sind, verwendet.

8. Edelstahl 321. Dieser titanstabilisierte austenitische Edelstahl enthält Titan zur Verbesserung der Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion und bietet hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Er kann als Ersatz für austenitischen Edelstahl mit ultraniedrigem Kohlenstoffgehalt dienen. Seine Verwendung wird im Allgemeinen nicht empfohlen, außer für spezielle Anwendungen wie hohe Temperaturen oder Wasserstoffkorrosionsbeständigkeit.

9. Edelstahl 347. Niobstabilisierter austenitischer Edelstahl, dem Niob zur Verbesserung der Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion zugesetzt wird, bietet eine vergleichbare Korrosionsbeständigkeit wie Edelstahl 321 in korrosiven Medien wie Säuren, Laugen und Salzen. Er zeichnet sich zudem durch hervorragende Schweißbarkeit aus und kann sowohl als korrosionsbeständiger als auch als hitzebeständiger Stahl eingesetzt werden. Hauptsächlich findet er Anwendung in der Wärmekraft- und Petrochemieindustrie, beispielsweise zur Herstellung von Behältern, Rohren, Wärmetauschern, Wellen, Ofenrohren und Ofenrohrthermometern.

10. Edelstahl 904L. Dieser von Outokumpu (Finnland) entwickelte, hochgradig austenitische Edelstahl weist einen Nickelgehalt von 24 bis 26 Masseprozent und einen Kohlenstoffgehalt von unter 0,02 Masseprozent auf. Er zeichnet sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus, insbesondere gegenüber nicht oxidierenden Säuren wie Schwefelsäure, Essigsäure, Ameisensäure und Phosphorsäure. Auch gegenüber Spalt- und Spannungsrisskorrosion ist er sehr beständig. Er eignet sich für den Einsatz in Schwefelsäure unterschiedlicher Konzentrationen unter 70 °C. Darüber hinaus bietet er hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegenüber Essigsäure aller Konzentrationen und Temperaturen bei Atmosphärendruck sowie gegenüber Gemischen aus Ameisen- und Essigsäure. Die ursprüngliche Norm ASME SB-625 klassifizierte ihn als Nickelbasislegierung, während die neue Norm ihn als Edelstahl einstuft. In China ist lediglich eine vergleichbare Sorte erhältlich: 015Cr19Ni26Mo5Cu2. Einige europäische Instrumentenhersteller verwenden Edelstahl 904L als Schlüsselwerkstoff. Beispielsweise besteht das Messrohr der Massendurchflussmesser von E+H aus Edelstahl 904L, und auch die Gehäuse von Rolex-Uhren werden aus Edelstahl 904L gefertigt.

11. Edelstahl 440C. Dieser martensitische Edelstahl weist die höchste Härte unter den härtbaren Edelstählen auf und erreicht HRC 57. Er wird hauptsächlich für Düsen, Lager, Ventileinsätze, Ventilsitze, Hülsen und Ventilspindeln verwendet.

12. Edelstahl 17-4PH. Dieser martensitische, ausscheidungshärtende Edelstahl weist eine Härte von HRC 44 auf und bietet hohe Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit. Er ist jedoch nicht für Temperaturen über 300 °C geeignet. Er ist gegenüber der Atmosphäre sowie verdünnten Säuren und Salzen beständig. Seine Korrosionsbeständigkeit entspricht der von Edelstahl 304 und 430. Er wird zur Herstellung von Offshore-Plattformen, Turbinenschaufeln, Ventileinsätzen, Ventilsitzen, Hülsen, Ventilschäften usw. verwendet.