Schon lange vor der Jahrhundertwende hatte man entdeckt, dass sich durch Zugabe von Nickel und Chrom das Korrosionsverhalten von Stahl verbessern lässt. Doch die einzelnen mit diesen Elementen angereicherten Stähle ließen noch viele Wünsche offen. Der entscheidende Durchbruch gelang 1912 in Deutschland. Durch die Kombination von Nickel und Chrom in Verbindung mit einer genau dosierten Wärmebehandlung erzielte man erstmals ein Optimum an Korrosionsbeständigkeit und zugleich gute mechanische Eigenschaften. Die damals als V für Versuch und A Austenit gebildeten Bezeichnungen V2A und V4A werden nach wie vor als Synonyme für Edelstahl Rostfrei gebraucht. Die beiden größten deutschen Hersteller haben für ihre Erzeugnisse dieser Gruppe die Bezeichnungen Nirosta und Remanid als Markennamen eingeführt. International gebräuchlich ist die Bezeichnung 18/10 oder 18/8, womit das gebräuchlichste Legierungsverhältnis von Chrom und Nickel und rostfreiem Stahl gekennzeichnet wird. Wenn es aber unter Fachleuten darum geht, die verschiedenen rostfreien Stähle genauestens zu unterscheiden, dann benutzt man DIN- genormte Werkstoffnummern.
Warum Rostfrei ?
Seine Korrosionsbeständigkeit verdankt Edelstahl Rostfrei einer einfachen chemischen Reaktion: Verursacht durch den Chromgehalt des Stahls in Verbindung mit dem Sauerstoff der Luft oder auch des Wassers bildet sich an der Oberfläche eine hauchdünne Passivschicht. Sie wehrt alle aggressiven Substanzen ab. Und wenn sie durch äußere Einwirkungen einmal beschädigt wird, bildet sie sich in Bruchteilen von Sekunden aus der Matrix des Stahls heraus neu. Die Korrosionsbeständigkeit wird in erster Linie durch den Chromanteil bewirkt. Eine Steigerung kann durch Nickel und Molybdän aber auch durch andere Legierungsmittel erzielt werden. So gibt es heute eine Vielzahl an Edelstahl- Rostfrei-Sorten, die in ganz bestimmten Legierungsvarianten auf spezielle Anwendungen zugeschnitten sind.
Die Passivschicht eines nichtrostenden Stahles ist nicht etwas Unveränderliches, sondern stellt sich in ihrer Zusammensetzung und ihrem Aufbau im Laufe der Zeit mit dem umgebenden Medium ins Gleichgewicht. Eine einmal gebildete Passivschicht lässt sich daher nicht auf ein anderes Medium übertragen. Kann sich in einem Medium keine ausreichende Passivschicht bilden oder wird die vorhandene passive Oberflächenschicht auf chemischem Wege örtlich durchbrochen oder ganz zerstört, so können Korrosionsschäden auftreten.
Kann Edelstahl rosten
Die Korrosionsbeständigkeit des
Edelstahls beruht auf der Bildung einer sehr dünnen Passivschicht an seiner
Oberfläche. Voraussetzung für eine Korrosion ist damit die Zerstörung dieser
Passivschicht.
Die Beständigkeit von Edelstahl ist abhängig von der richtigen Auswahl des
Stahles, der richtigen Verarbeitung sowie der entsprechenden chemischen
Nachbehandlung durch Beizen und Passivieren.
Darüber hinaus ist die Korrosionsbeständigkeit abhängig von der Oberfläche, d.
h. je glatter und homogener diese ist, desto besser wird die
Korrosionsbeständigkeit sein. Insbesondere durch Einschlüsse oder
Ablagerungen, z. B. eingepresste Rost- oder Staubteilchen aus der Verarbeitung
kann es zu örtlicher Korrosion kommen, die schnell um sich greift.
Folgende Korrosionsarten treten beim Edelstahl auf:
a) Interkristalline Korrosion
Diese interkristalline Korrosion entsteht, wenn sich Chromcarbide in
kritischer Form an den Korngrenzen ausscheiden. Dadurch tritt in der Umgebung
eine Chromverarmung ein, durch die die passivierende Wirkung verloren geht.
Die Vermeidung der interkristallinen Korrosion ist ohne weiteres möglich
dadurch, daß der Kohlenstoffgehalt auf 0,07% beschränkt wird, oder aber durch
das Hinzulegieren von Titan und Niob. Die Werkstoffe 1.4541, 1.4571 und 1.4435
können als beständig gegen interkristalline Korrosion bezeichnet werden.
b) Lochfraß-Korrosion
Bei der Lochfraßkorrosion wird die Passivschicht nur an speziellen Punkten
durchbrochen. Als Folge entstehen auf der Oberfläche Grübchen oder Löcher.
Lochfraß wird im wesentlichen durch Halogen-Ionen, vor allem Chlor-lonen
verursacht. Lochfraß-Korrosion kann dadurch verhindert werden, daß eine
ausreichende Passivschicht vorhanden ist und dadurch, daß dafür gesorgt wird,
daß sich diese Passivschicht durch Vorhandensein von Sauerstoff immer wieder
nachbilden kann.
Bei höheren Chlor-lonen-Zusätzen wird als weitere Abhilfemaßnahme ein
Edelstahl eingesetzt, welcher Molybdän-Zusätze enthält und damit ebenfalls
ausreichend beständig gemacht werden kann. Die Lochfraßkorrosion ist in gar
keinem Falle zu unterschätzen; sie kann vor allen Dingen im Wasser- und
Abwasserbereich verstärkt auftreten, da wir es hier häufig mit Chlor- und
Chlorid-lonen zu tun haben werden.
c) Spannungsrisskorrosion
Diese Korrosionsart hat ihren Namen von den hier entstehenden interkristallin
verlaufenden Rissen. Dazu ist es jedoch notwendig, dass im wesentlichen 3
Bedingungen gleichzeitig vorliegen: Vorhandensein von Zugspannungen auf der
Oberfläche; Vorhandensein eines spezifisch wirkenden Mediums; Neigung des
verwendeten Werkstoffes zur Spannungsrisskorrosion.
Die Spannungsrisskorrosion kann dementsprechend ausgeschlossen werden durch
konstruktive Gestaltung und Auswahl des Werkstoffes. Die für die
Spannungsrisskorrosion spezifischen Medien kommen im Wasser- und Trinkwasser
kaum vor, so dass wir auch dieser Korrosionsform nicht begegnen werden.
d) Abtragende Korrosion
Bei der abtragenden Korrosion wird die Oberfläche gleichmäßig angegriffen. Das
Maß hierfür ist die Dickenabnahme pro Jahr. Diese wird auf Grund von
Laborversuchen für verschiedene Medien und verschiedene Werkstoffe
festgestellt und ist in den Beständigkeitstabellen veröffentlicht. Diese Art
der Korrosion kann durch richtige Werkstoffauswahl völlig ausgeschlossen
werden und ist bei den austenitischen Werkstoffen im Einsatzbereich Wasser-
Abwasser auszuschließen.
e) Kontaktkorrosion
Die Kontaktkorrosion ist eine sehr häufig auftretende Form, die entsteht, wenn
metallische Werkstoffe unterschiedlichen Potentials bei Vorhandensein eines
Elektrolyten Kontakt haben. Hier wird das unedlere Metall vom Elektrolyten
angegriffen werden und in Lösung gehen. Die Stärke der Korrosion richtet sich
nach der Größe des in diesem galvanischen Element fließenden Stromes.
Kontaktkorrosion treffen wir sehr häufig an. Als allseits bekanntes Beispiel
ist die Verbindung von Stahl- und Edelstahlflanschen herauszuheben.
Bekannt ist die Kontaktkorrosion auch beim Verschrauben von Gussflanschen mit
Edelstahlschrauben.
Die Kontaktkorrosion lässt sich verhindern oder herabsetzen durch Isolierung
der Metalle an den Kontaktstellen, durch Fernhalten des Elektrolyten
(Kontaktstellen in Trockenräume verlegen), durch konstruktive Maßnahmen
dahingehend, dass kleine kathodische Flächen mit sehr großen anodischen Flächen
in Kontakt stehen.
f) Spaltkorrosion
Spaltkorrosion tritt auf, wenn die Passivschicht des Edelstahles zerstört
wird, z. B. dadurch, dass aggressive Medien bei gleichzeitigem Fehlen von
Sauerstoff vorhanden sind. Die Spaltkorrosion tritt aus diesem Grunde häufig
in engen Spalten und kleinen Hohlräumen zutage, z. B. unter Dichtungen, z. B.
unter Schraubköpfen.
Ein Beispiel, das hier genannt werden muss, ist die Gashaube in Faultürmen, wo
an der Innenseite einerseits ein aggressives Medium in Form von Faulgas
vorhanden ist, andererseits Sauerstoff völlig fehlt (siehe Abbildung 2). Hier
ist ein besonderes Augenmerk auf die Spaltkorrosion zu richten.
Die Spaltkorrosion lässt sich vermeiden durch eine entsprechende
Werkstoffauswahl (z. B. hoher Chrom- und Molybdängehalt) und entsprechende
konstruktive Maßnahmen, die Spalten verhindern
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EINSATZBEREICHE
DER WERKSTOFFE
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W.-Nr.
|
Verwendungszweck
und Eigenschaften
|
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4301
|
Nicht härtbar, nicht magnetisch. Gute Schweißbarkeit und gute interkristalline Korrosionsbeständigkeit. Beste Kerbschlagzähigkeit bis zu niedrigen Temperaturen. Geeignet für chemische, Lebensmittel-, Papier-, elektromechanische Industrie, Fassadenverkleidungen, ärztliche Geräte, Haushaltsgeräte. |
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4305
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Nicht härtbar. Durch Schwefelzusatz bessere Bearbeitungsmöglichkeiten. Nicht zum Schweißen geeignet. Sehr gut für die Verarbeitung auf Automaten. Geeignet für Drehteile, Schrauben, Muttern. |
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4306
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Beste interkristalline Korrosionsbeständigkeit, sehr gut tiefziehfähig. Sonst wie W.-Nr. 4301 |
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4401
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Durch MO-Zusatz besondere Korrosionsbeständigkeit. Nicht härtbar. Geeignet für chemische Geräte unter schwierigen Bedingungen, Papier-, Textil-, Farbenindustrie. |
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4404
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Hohe Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion. Sonst wie W.-Nr. 4401 |
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4462
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Hohe mechanische Eigenschaften und sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Geeignet für Druckbehälter bis 280°C, sowie bewegliche Teile an Pumpen und Rührwerken. |
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4539
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Sehr gut beständig gegen Loch- und Spaltkorrosion. Geeignet für die chemische Verfahrenstechnik, bei der Rauchgasentschwefelung, sowie der Meerwasser- und Abwassertechnik. |
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4541
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Nicht hochglanzpolierfähig. Geeignet für Temperaturen von 500-800°C. Sonst wie W.-Nr. 4301. |
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4571
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Nicht hochglanzpolierfähig. Geeignet für Temperaturen von 500-850°C in Zusammenhang mit aggressiven Flüssigkeiten oder Gasen. |
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WERKSTOFF
ANALYSE
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||||||||||||
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W.
Nr.:
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Kurzname
|
C
%
|
Si
%
|
Mn
%
|
P
%
|
S
%
|
Cr
%
|
Mo
%
|
N
%
|
V
%
|
Sonstige
|
USA
Norm AISI
|
|
Austenitische
Stähle
|
||||||||||||
|
1.4301 |
X5 CrNi 189 |
kl=0,07 |
1,00 |
2,00 |
0,045 |
0,030 |
17,00-19,00 |
-
|
8,50-11,00- |
-
|
-
|
304 |
|
1.4305 |
X 12 CrNiS 188 |
kl=0,12 |
1,00 |
2,00 |
0,060 |
0,15-0,35 |
17,00-19,00 |
kl=0,70 |
8,00-10,00 |
-
|
-
|
303 |
|
1.4306 |
X 2 CrNi 189 |
kl=0,03 |
1,00 |
2,00 |
0,045 |
0,030 |
18,00-20,00 |
-
|
10,00-12,50 |
-
|
-
|
304 L |
|
1.4401 |
X 5 CrNiMo 18 10 |
kl=0,07 |
1,00 |
2,00 |
0,045 |
0,030 |
16,50-18,50 |
2,00-2,50 |
10,50-13,50 |
-
|
-
|
316 |
|
1.4404 |
X 2 CrNiMo 18 10 |
kl=0,03 |
1,00 |
2,00 |
0,045 |
0,030 |
16,50-18,50 |
2,00-2,50 |
11,00-14,00 |
-
|
-
|
316L |
|
1.4462 |
X 12 CrNiMo 22 5 |
kl=0,03 |
1,00 |
2,00 |
0,030 |
0,020 |
21,00-23,00 |
2,50-3,50 |
4,50-6,50 |
-
|
N 0,08-0,20 |
-
|
|
1.4539 |
X 2 NiCrMoCu 25 20 5 |
kl=0,03 |
1,00 |
2,00 |
0,030 |
0,020 |
19,00-21,00 |
4,00-5,00 |
24,00-26,00 |
-
|
Cu 1,00-2,00 |
-
|
|
1.4541 |
X 10 CrNiTi 18 9 |
kl=0,08 |
1,00 |
2,00 |
0,045 |
0,030 |
17,00-19,00 |
-
|
9,00-12,00 |
-
|
Ti gr=5x%C 0,80kl= |
321 |
|
1.4571 |
X 10 CrNiMoTi 18 10 |
kl=0,08 |
1,00 |
2,00 |
0,045 |
0,030 |
16,50-18,50 |
2,002,50 |
11,00-14,00 |
-
|
Ti gr=5X%C |
316Ti |
Zusatzinfo:
Seewasserfestes Aluminium AlMgSi1 oder AlMg4,5Mn
Seewasserfest = V4A