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Einfluss wichtiger Legierungs- und Spurenelemente auf die Eigenschaften in nichtrostenden Stählen

Chrom - Molybdän - Nickel - Stickstoff - Kupfer - Mangan - Silizium - Kohlenstoff - Schwefel - Aluminium - Vanadium - Titan - Niob

Nichtrostende Stähle

Im Jahr 1912 wurde die Korrosionsbeständigkeit von nichtrostenden Stählen durch die Entwicklung des V2A Stahls entdeckt. Hierbei wurde festgestellt, daß die Kombination der Elemente Chrom und Nickel in Verbindung mit einer abgestimmten Wärmebehandlung ein Optimum an Korrosionsbeständigkeit und zugleich gute mechanische Eigenschaften bewirkt. Die damals aus V für Versuch und A für Austenit gebildete Bezeichnung V2A stand für Chrom-Nickel-Stahl. Sie wird nach wie vor als Synonym für Edelstahl Rostfrei verwendet.

Chromgehalte von mehr als 10,5 % bewirken die Bildung einer dünnen, dichten, festhaftenden Passivschicht aus Chromoxid. Mit höherem Chromgehalt und Zugabe von Nickel und Molybdän wird die Passivschicht kompakter und die Korrosionsbeständigkeit in wässrigen Medien als auch  die Beständigkeit in Säuren deutlich erhöht.

Man unterscheidet folgende Gruppen von nichtrostenden Stählen:
 

Ferritische nichtrostende Stähle

(Hauptelement Chrom)
Chromgehalt: 10,5 - 18 %

Atomgitter: kubisch-raumzentriert

Austenitische nichtrostende Stähle

(Hauptelemente Chrom und Nickel)
Chromgehalt: 16,0 - 20,0 %
Nickelgehalt:  6,0 - 13,0 %

Atomgitter: kubisch-flächenzentriert

Nichtrostende Duplex-Stähle

(Hauptelemente Chrom, Nickel, Molybdän und Stickstoff)
Chromgehalt 21,0 – 27,0 %
Nickelgehalt 1,5 – 6,5 %
Molybdängehalt 2,5 – 3,5 %
Stickstoffgehalt 0,1 – 0,22 %

2-phasig
kubisch-raumzentriert
kubisch-flächenzentriert

Martensitische nichtrostende Stähle

(Hauptelemente Kohlenstoff und Chrom)
Kohlenstoffgehalt 0,16 – 0,7 %
Chromgehalt 12,0 – 18,0 %

Atomgitter: kubisch-raumzentriert

Wirkungsweise von Legierungs- und Spurenelementen auf die Eigenschaften von nichtrostenden Stählen

Die nichtrostenden Stähle erhalten durch ihre Legierungs- und Spurenelemente die grundlegenden Eigenschaften, die für den Einsatz erforderlich sind. Im Zusammenwirken mit dem Umwandlungsverhalten werden die Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften durch die Legierungselemente eingestellt.

Die mechanischen Eigenschaften wie die Härte, Dehngrenze, Zugfestigkeit, Dehnung und Kerbschlagzähigkeit können infolge der unterschiedlichen Einflüsse der Legierungselemente gezielt auf den Bedarf angepasst werden.

Thermische Eigenschaften des nichtrostenden Stahls sowie hohe Beständigkeit gegen Materialabtrag durch Verschleiß und chemische oder thermische Korrosion können ebenfalls durch gezielte Legierungsmaßnahmen eingestellt werden. Die wesentlichen Legierungselemente und deren Wirkungsweise sind im folgendem alphabetisch aufgeführt:
 

Aluminium Al
Chrom Cr
Kohlenstoff C
Kupfer Cu
Mangan Mn
Molybdän Mo
Nickel Ni
Niob Nb
Schwefel S
Silizium Si
Stickstoff N
Titan Ti
Vanadium V

Wirksumme W

Eine Möglichkeit zur Abschätzung der Lochkorrosionsbeständigkeit nichtrostender Stähle ist die Wirksumme W, im angelsächsischen Sprachraum PRE(N) (pitting resistance equivalent (number)) genannt.

Diese Kennzahl berechnet sich:

Formel hier

Legierungselemente - Spurenelemente

Wo ist der Unterschied?

Bei nichtrostenden Stählen unterscheidet man zwischen Legierungs- und Spurenelementen. Die Eigenschaften des Werkstoffs lassen sich mithilfe von  Legierungselementen so anpassen, dass...

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Merkblatt 803: Was ist nichtrostender Stahl?

Die wich­tigs­ten Unter­grup­pen; Gän­gige Ober­flä­chen und Lie­fer­zu­stände; Wel­che Optio­nen bie­ten fer­ri­ti­sche nicht­ros­tende Stähle? Wie ver­hal­ten sich die Duplex-Stähle zuein­an­der? Wel­che sind die wich­tigs­ten aus­te­ni­ti­schen Sor­ten?

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