WikiDer > Rostfreier Stahl

Die Spitze des Chrysler-Gebäude im New York ist aus Edelstahl

Das Torbogen im St. Louis, Missouri, ist teilweise aus Edelstahl

rostfrei oder rostfrei Stahl, ebenfalls rostfreier Stahl oder rostfreier Stahl^[1] genannt, ist ein Sammelname für eine Reihe von Legierungen von hauptsächlich Eisen, Chrom, Nickel und Kohlenstoff. Um von Edelstahl sprechen zu können, sind mindestens 11 bis 12 % Chrom und maximal 1,2 % Kohlenstoff erforderlich. Darüber hinaus sind die Elemente in vielen Edelstahlsorten auch Molybdän, Titan, Mangan, Stickstoff- und Silizium vorhanden.

Der Name rostfrei ist allgemein etabliert, wird aber übernommen von Metallurgen eher nicht verwendet, da gewöhnlicher Stahl noch nicht verwendet wird verrostet ist auch „rostfrei“. Sie sprechen von a rostfrei Stahl. Dieser Stahl kann übrigens unter Umständen rosten.^[2]

Die Oxidhaut eines rostfreien Materials dichtet das darunterliegende Material gut ab,^[3] so dass in bestimmten Fällen keine weitere Rostbildung stattfindet oder diese Rostbildung verzögert wird. In der Praxis gibt es zwei Fälle, in denen Edelstahl rosten: in Anwesenheit von Chloride oder wenn das Material durch „normalen“ Stahl verunreinigt ist, der rostet. Dieses Rosten kann durch die Wahl des richtigen Edelstahltyps (Nr. 304 in Gegenwart von) vermieden werden Halogene) und behandeln Sie das Material, um alle möglichen Verunreinigungen zu entfernen. Dies ist die sogenannte Beizen, wobei alle Verunreinigungen auf chemischem Wege gelöst und entfernt werden.

Geschichte

Der erste Edelstahl wurde am 13. August 1913 getestet Harry Brearley im Labor der Werft Brown-Firth zu Sheffield, in dem Vereinigtes Königreich, besetzt, nachdem sie 1912 gebeten wurde, für die Rüstungsindustrie machen.

Im 1912 unabhängig von Brearley entdeckten zwei deutsche Forscher, die beide an der KruppGruppe, ein Verfahren zur Herstellung von Edelstahl. Von diesen beiden Männern Edward Maurer^[4] und Benno Strauß^[5], beide haben a Patent im Jahr erworben 1918Dieser wurde 1935 wegen seiner jüdischen Abstammung aus Krupp entlassen und wurde 1944 krank und starb in einem NS-Arbeitslager.

Auch ein österreichisch, Max Mauermann^[6], gilt als Erfinder des Edelstahls. Auch er machte seine Entdeckung 1912 in der Fabrik Bleckmann zu Mürzzuschlag.

In dem Vereinigte Staaten wird Elwood Haynes^[7] gilt als Erfinder des Edelstahls, der Legierung Stellit ab dem Wagen. Haynes, Gründer des Unternehmens Haynes Internationalhat sein Patent jedoch erst in 1913 Auf.

Arten von Edelstahl

Edelstahl wird abhängig von seiner metallurgische Struktur in mehrere Familien unterteilt, nämlich in die folgenden:

Austenitische Stahlgüten (Reihe 200 und 300)

sind Stähle mit a Austenitkristallin Struktur, von der es Kristallgitterkubisch flächenzentriert ist. Austenitische Edelstähle machen etwa 70 % der gesamten Edelstahlproduktion aus. Dieser Stahltyp hat einen maximalen Anteil von 0,15 % Kohlenstoff, einen minimalen Anteil von 16 % Chrom und genügend Nickel oder Mangan, um das austenitische Gefüge bei allen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Aufgrund ihres Kristallgitters sind die austenitischen Spezies niemals magnetisch und da es beim Erhitzen oder Abkühlen keinen Phasenübergang gibt, sind sie durch eine Wärmebehandlung nicht härtbar. Sie können jedoch durch Kaltumformung gehärtet werden.

Der gebräuchlichste austenitische rostfreie Stahl ist Typ 304, auch bekannt als Typ 18/8 oder 18/10 wegen des Vorhandenseins von 18% Chrom und einem Nickelgehalt von 8 bis 10%. Eine zweite gängige Edelstahlsorte aus der 300er-Serie ist der Typ 316, der 17% Chrom und 12% Nickel und 2% Molybdän enthält. Typ 316 hat eine bessere Korrosionsbeständigkeit als Typ 304.

Austenitische Chrom-Nickel-Mangan-Legierungen (Serie 200)

Typ 201 ist durch Kaltumformung härtbar. Typ 202 ist ein häufig verwendeter Typ.

Ferritisch Stahlsorten (400er Serie)

Dieses Material ist für Anwendungen in einer weniger aggressiven Umgebung geeignet. Sie sind leicht zu verarbeiten, haben aber aufgrund der geringeren Chrom- und Nickelanteile eine geringere Korrosionsbeständigkeit als die 300er Serie, die Korrosionsbeständigkeit ist besser als die der martensitischen Stähle. Ferritische Stähle sind magnetisch und können nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden.

Martensitisch Stahlsorten (400er Serie)

Dieses Material ist leicht zu bearbeiten mit hoher Härte und Streckgrenze, jedoch mit reduzierter Korrosionsbeständigkeit. Martensitische Edelstähle sind immer magnetisch und lassen sich durch eine Wärmebehandlung gut härten. Diese Art von Edelstahl wird häufig dort verwendet, wo eine hohe Härte und Festigkeit in Kombination mit einer angemessenen Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.

Eine Sonderform der martensitischen Edelstähle ist die ausscheidungshärtende Form. Diese Stahlsorte zeichnet sich durch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit, vergleichbar mit den austenitischen Güten, und eine Härte und Streckgrenze, die über denen der austenitischen Güten liegt, aus. Ein gängiges Beispiel für diese Art von Edelstahl ist 17-4PH, so genannt wegen eines Anteils von 17% Chrom und 4% Nickel. das 'PH' steht für ausscheidungshärtbar.

Amerikanische Normung (Edelstahl 304 und 316)

Industriell wird häufig die amerikanische Standardisierung verwendet:

• AISI 304 (1.4301) besteht aus 18% Chrom und 8% Nickel. Diese Legierung ist im weichgeglühten Zustand unmagnetisch und nicht härtbar und im kaltumgeformten Zustand schwach magnetisch. Weniger empfindlich gegen die Ausscheidung von Chromkarbiden beim Schweißen.
• Eine korrosionsbeständigere, aber teurere Art ist AISI 316 (EN 1.4401) mit 16% Chrom und 10% Nickel und 2% Molybdän. Typ 316 ist beständiger gegen Salzkorrosion und wird häufig in der chemischen Industrie verwendet.
• 316L (1.4404, "L" steht für "low carbon") hat einen geringen Kohlenstoffgehalt, um einen leichter schweißbaren Edelstahl und die Korrosionsanfälligkeit nach Schweißen begrenzen.
• Eine andere Möglichkeit, diesen Stahl schweißbarer zu machen, ist das Hinzufügen von Titan zur Legierung, die der Typ ist 316Ti (1.4571) ergibt. Diese Lösung ist technisch nahezu gleichwertig. Lediglich bei architektonischen Anwendungen ist ein "typisches" Schliffbild titanlegierter Sorten zu berücksichtigen.
• Die magnetische Eigenschaft von Edelstahl wird durch die Kristallstruktur bestimmt, d. h. durch die Zusammensetzung der Edelstahlsorte. Edelstähle mit zwischen 6 und 26% Nickel (die 300er Serie von AISI) sind im Auslieferungszustand austenitisch und daher nicht magnetisch. Sie zeichnen sich durch ein ausgezeichnetes Anschmiegsamkeit (Falten, Tiefziehen, Strecken) aus und sind zudem im gesamten Temperaturbereich von sehr niedrigen bis sehr hohen Temperaturen schlagzäh. Nickel sorgt dafür, dass der Stahl beim Abkühlen in seinem austenitischen Zustand bleibt. Die anderen Elemente erhöhen die Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit des Stahls. Bei starker Kaltverformung ändert sich jedoch die Kristallstruktur, so dass magnetische Eigenschaften in austenitischem Edelstahl auftreten. Martensitische, ferritische und Duplex-Edelstähle hingegen sind magnetisch.

18/8 und 18/10

Auf Utensilien aus Edelstahl findet man oft eine Aussage wie:

• Edelstahl 18/8. Dies zeigt an, dass die Legierung zu 18% aus Chrom, 8% Nickel existiert. Diese Legierung hat eine mechanische Zugfestigkeit von 600 N/mm² und einer Härte von 175-200 HB. Aufgrund seiner guten Hitzebeständigkeit bis 400°C ist er ein weit verbreiteter Stahl. Für diese Einsatzbedingungen verwendet man in der Regel AISI 304 (1.4301) oder AISI 302. Es eignet sich hervorragend für die Kaltverformung, wo das sogenannte kalt aushärten tritt ein. Durch Kaltverformung wird die Legierung schwach magnetisch. Die Schweißbarkeit ist sehr gut. Es ist ein austenitisch korrosionsbeständiger Chrom-Nickel-Stahl.

• Edelstahl 18/10. Dies zeigt an, dass die Legierung zu 18% aus Chrom und 10% Nickel existiert.

Übersicht der Namen

Für Edelstahl gibt es unterschiedliche Normen. Die am häufigsten verwendeten sind die der AISI (American Iron and Steel Institute), ASTM A240 (American Society for Testing and Materials).

Die europäische Norm EN 10088 besteht aus drei Teilen:

• EN 10088-1 (Zusammensetzung, physikalische Eigenschaften)
• EN 10088-2 (Flachprodukte, mechanische Eigenschaften)
• EN 10088-3 (Langprodukte, mechanische Eigenschaften)

Die folgende Tabelle vergleicht die verschiedenen Standards.

Für biomedizinische Anwendungen geeignete Arten sind toepassingen chirurgische Probe erwähnt.

Eigenschaften

rostfrei

Wenn das Chrom mit Sauerstoff in Kontakt kommt, bildet es eine unsichtbare Schicht aus Chrom(III)-oxid (auch genannt: Dichromtrioxid) (Cr₂Ö₃), das Oxidhaut. Diese Schicht schützt das darunterliegende Metall vor weiterem Rosten (Oxidation).

Schwer

Der Kohlenstoffgehalt bestimmt die Härte des Stahls. Eine Stahlsorte mit viel Kohlenstoff ist daher schwer zu bearbeiten.

Magnet- und Verformungseigenschaften

Edelstähle mit zwischen 6 und 26% Nickel (die 300er Serie von AISI) sind austenitisch und im Auslieferungszustand nicht magnetisch. Sie zeichnen sich durch eine hervorragende Umformbarkeit (Falten, Tiefziehen, Recken) sowie Stoßfestigkeit über den gesamten Temperaturbereich von sehr niedrigen bis zu sehr hohen Temperaturen aus. Durch Zugabe der oben genannten Nickelmengen in den Stahl bleibt die austenitische Phase thermodynamisch stabil. Dadurch findet nach einer Wärmebehandlung von austenitischem Edelstahl beim Abkühlen kein Phasenübergang statt. Ein Härten von austenistischem Edelstahl durch eine Wärmebehandlung ist daher nicht möglich. Die anderen Elemente wie beispielsweise Chrom und Molybdän erhöhen die Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit des Stahls.

AISI 430, AISI 410 und AISI 409 (die 400er Serie) sind Beispiele für ferritische sowie Duplex-Edelstähle. Im Gegensatz zu den austenitischen Edelstählen sind ferritische und Duplex-Edelstähle zwar magnetisch, jedoch in der Regel (etwas) weniger gut verformbar.

Empfindlichkeit gegenüber Chlor

Viele Edelstähle sind sehr chlorempfindlich. Stadtwasser, Schwimmbadwasser, Natriumhypochlorit (NaOCl), Chlorwasserstoff (HCl) und Eisen(III)-chlorid (FeCl₃) sind sehr aggressiv gegenüber Edelstahl.Lochfraßkorrosion (Englisch: Lochfraß) ist der Korrosion wo sich Gruben in der Oberfläche bilden. Wenn beispielsweise Edelstahl AISI 304 mit chloriert B. aus Trink- oder Schwimmbadwasser, greift das Chlor lokal die Schutzschicht aus Chromoxid an. Dadurch entsteht der Beginn einer flachen Grube, in der sich wieder mehr Chlorionen sammeln, so dass der Angriff vorzugsweise an dieser Stelle weitergeht und die Grube tiefer wird. Am Ende sieht das Material größtenteils intakt aus, aber mit einer Reihe von Vertiefungen über der Oberfläche. Typischerweise bei Lochfraß liegen die Löcher direkt neben einer Schweißnaht. Edelstähle mit dem Legierungselement Molybdän, wie 316 und 316L, sind beständiger gegen Chlor und haben eine bessere Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion. Korrosion durch Chlor ist weiterhin möglich.

Elastizitätsmodul

Das Elastizitätsmodul Edelstahl ist nicht gleich Stahl. Der E-Modul von Edelstahl beträgt E = 195.000 MPa und der E-Modul von „normalem“ Baustahl: E = 210.000 MPa.

Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit eines Edelstahls ist ein Maß zur Klassifizierung der mechanischen Eigenschaften dieses Stahls. Praktisch ist das Streckgrenze (manchmal auch die 0,2 % Streckgrenze oder Rp 0,2) ist viel wichtiger. Denn wenn das Material seine Zugfestigkeit erreicht, ist es schon stark plastisch verformt.

Passivierung von Edelstahl

Durch verschiedene Behandlungen, denen Produkte aus Edelstahl unterzogen werden, kann es zu Veränderungen an der Außenseite der Metalloberfläche kommen, wodurch die Rostbeständigkeit vorübergehend oder dauerhaft beeinträchtigt wird.

Schützt normalerweise a passiv Oxidhaut das Metall gegen weitere Korrosion. Diese Schicht wird durch eine besondere Eigenschaft von Edelstahl aufrechterhalten. Wird nämlich die Metalloberfläche beschädigt, so oxidiert das Metall in Gegenwart von ausreichend Sauerstoff während der Beschädigung spontan wieder und die Passivschicht erholt sich dadurch von selbst. Es gibt jedoch Umstände, unter denen diese Wiederherstellung nicht stattfindet; Durch verschiedene Operationen kann das Gleichgewicht so stark gestört werden, dass der passive Zustand verschwindet und eine Erholung ausbleibt. Dies kann bei Operationen wie occur Schweißen, biegen oder Bearbeitung. In diesem Fall kann die Oxidhaut mit Eisenpartikeln verunreinigt werden, wodurch die rostbeständigen Eigenschaften verschwinden und Korrosion kann auftreten.

Um diesem Mangel entgegenzuwirken, wurde ein Verfahren entwickelt, um das Metall mit einer neuen Passivschicht zu versehen. Normalerweise ist es wünschenswert, die verarbeiteten Produkte zuerst mit einer Lösung von . zu entfetten Ätznatron (NaOH) und dann te Beizen mit einer Mischung aus Salpetersäure (HNO₃) und Fluorwasserstoff (HF). Beizen löst eine dünne Schicht der Metalloberfläche und vorhandene Oxidhaut, einschließlich Verunreinigungen. Da sich Eisen beim Beizen schneller auflöst als Chrom, wird die Oxidschicht effektiv mit Chrom angereichert.

die tatsächliche passivieren erfolgt durch Behandlung in einem Bad mit Salpetersäure, bei der die Oxidschicht wiederhergestellt wird und der passive Zustand zurückkehrt. Durch diese Behandlung erhält das darunterliegende Metall seinen ursprünglichen Korrosionsschutz zurück.

Marktübersicht

Die Nachfrage nach Edelstahl stieg im Zeitraum 2000-2007 gegenüber dem Vorjahr um rund 7 %.^[8] Während der Kreditkrise Die Nachfrage ging aufgrund des allgemeinen Wirtschaftsabschwungs zurück. Nach 2010 zog die Nachfrage wieder an, stieg aber bis 2012 nur noch um 3 % pro Jahr.^[8] Das langsame Nachfragewachstum hat zu vielen geführt Überkapazität. Viele Fabriken befanden sich vor Ausbruch der Kreditkrise noch im Bau. Diese sind inzwischen abgeschlossen, aber die Nachfrage ist nicht schnell genug gestiegen, um all diese neuen Kapazitäten aufzunehmen. Das Kapazitätsausnutzung weltweit lag sie 2006 noch bei 88 % und ging 2009 auf 62 % zurück. Nach 2010 gab es eine gewisse Erholung, aber die Auslastung lag 2012 noch bei 72 %.^[8] Im Jahr 2012 betrug die weltweite Produktion von Edelstahl rund 25 Millionen Tonnen.^[8]

Im Jahr 2012 gab es weltweit sechs große Produzenten mit einer Kapazität von mehr als 2 Millionen Tonnen pro Jahr. Diese sechs Hersteller kontrollieren etwa die Hälfte der weltweiten Kapazitäten. Die großen Unternehmen sind Outokumpu, Acerinox, Taiyuan Iron & Steel, Yieh United Steel, Posco und aperam.^[8]

Siehe auch

• Schweißzerfall

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