Die korrosionsbeständigen Stähle sind alle hochlegiert, d.h. nach der Normung enthalten diese Legierungen > 5% Legierungselemente. Die wesentlichen Legierungselemente sind Chrom und Nickel. Daneben enthalten sie Kohlenstoff, Mangan und Silizium. Sonderqualitäten enthalten ferner Molybdän, Tantal, Titan, Schwefel oder andere Elemente. Die Chromgehalte liegen zwischen 11,5 und 27%, die Nickelgehalte zwischen 1,25 und 36%.
Um Vergleichs-Standards zu schaffen, hat das American Iron and Steel Institute (AISI) die Standartsorten mit einem Zifferncode bezeichnet.
Auf Grund ihrer metallurgischen Struktur unterteilt man die korrosionsbeständigen Stähle in 3 Klassen:
* Härtbare Chromstähle(martensitische Stähle): Dies sind reine Chromstähle die nach Abschrecken von höherer Temperatur eine starke Härtezunahme zeigen, d.h. sie sind durch eine Wärmebehandlung härtbar. Sie sind magnetisch.
* Nicht härtbare Chromstähle (ferritische Stähle): Da sie keinen Kohlenstoff enthalten, reagieren sie nicht auf eine Warmbehandlung, d.h. sie sind nicht härtbar. Auch diese Stähle sind magnetisch.
* Chrom-Nickel und Chrom-Nickel-Mangan-Stähle (austenitische Stähle): Sie sind durch eine Wärmebehandlung nicht härtbar. Eine Steigerung von Härte und Festigkeit kann nur durch Kaltverformung erreicht werden. Sie sind nicht magnetisch, können jedoch nach einer Kaltverformung leicht magnetisch werden.
Für die AISI-Code-Klassifizierung ergeben sich folgende Kurzbeschreibungen:
* Serie AISI 2xx: Sie werden der Klasse 3 zugeordnet. Sie haben erhebliche Nickelgehalte, die teilweise durch Mn ersetzt werden, um die austenitische Struktur zu erhalten. Die Korrosionsbeständigkeit liegt über der 400 Serie. Sie besitzen ausgezeichnete Verformungs- und Schweißeigenschaften. Sie sind nicht magnetisch und nicht härtbar.
* Serie AISI 3xx: Auch sie werden der Klasse 3 zugeordnet. Ihre Eigenschaften entsprechen den der Serie 200. Daneben besitzen sie jedoch ausgezeichnete Tieftemperatureigenschaften. Die Zähigkeit bleibt bis zum absoluten Nullpunkt erhalten.
* Serie AISI 4xx: Je nach ihrer Zusammensetzung erfolgt eine Zuordnung zur Klasse 1 oder die Verformbarkeit ist noch gut, de Schweißbarkeit nur mäßig. Sie sind magnetisch und härtbar. Die Korrosionsbeständigkeit ist schlechter als bei den Serien 200 und 300.
* Serie AISI 5xx: Wegen des geringen Cr-Gehaltes keine echten Korrosionsbeständigen Stähle, auch wenn sie so bezeichnet werden. Genau genommen gehören sie zu der Kategorie der wärmebeständigen Stähle. Diese sind durch einen Cr-Gehalt zwischen 4-10% definiert, schließen jedoch keine Werkzeugstähle ein.
Einsatzbereiche:
* Allgemeine Verwendung: AISI 202, 302, 410, 430
* Hohe Festigkeit: AISI 201, 301
* Gut schweißbar: AISI 304, 321, 347, 405, 304L, 316L
Weitere korrosionsbeständige Stähle mit anderen Bezeichnungen:
Hier sind besonders die Bezeichnung PH (Precipitation Hardening = Ausscheidungshärtend) in Ihre Benennung. Zu den wichtigsten Vertretern dieser Gattung gehören:
* 15-7 PH: Mo-Cr-Ni, gute mechanische Eigenschaften bis 550°C, sehr gute Korrosionsbeständigkeit, gute Festigkeit, gut bearbeitbar, austenitisch und martensitisch.
* 17-7 PH: Sehr gute Korrosionsbeständigkeit, gute Festigkeit, austenitisch und martensitisch
* A 286: Korrosion- und wärmebeständiger Stahl, sehr hohe Festigkeit bis ~ 700°C, nicht magnetisch, gute Zähigkeit, ersetzt teilweise Superlegierungen bei Verdichter und Turbinenscheiben.
Um die Korrosionsbeständigkeit gegen besonders aggressive Medien zu erhöhen, werden noch weitere Legierungselemente wie z.B. Mo, Si, Cu hinzulegiert.
* Ferritbildner: Chrom, Titan, Aluminium, Tantal, Silizium, Molybdän und Vanadium sind so genannte Ferritbildner. Je nach Legierungsanteil stabilisieren sie das kubisch-raumzentrierte Gitter und schnüren die austenitische Phase ein. Der Werkstoff besitzt eine ferritische Struktur.
* Austenitbildner: Nickel, Kobalt, Mangan, Stickstoff und Kohlenstoff sind so genannte Austenitbildner, d.h. je nach Legierungsanteil wird das kubisch-flächenzentrierte Gitter stabilisiert und die austenitische Phase erhalten. Nickel hat dabei die größte Wirkung.
Bild: Schaeffler-Diagramm
== Schweißen von korrosionsbeständigen Stählen ==
Bei werkstoffgerechter Verarbeitung sind die Korrosionsbeständigen Stähle kaum heißrissgefährdet. Dennoch kann beim Schweißen einiges verkehrt gemacht werden. Beim Schweißen der austenitischen Stähle sind deren physikalische Eigenschaften unbedingt zu beachten:
* Die Wärmeleitfähigkeit ist im Vergleich zum einfachen Baustahl weitaus geringer. Es kommt zum Wärmestau im Bereich der Schweißnaht. Hinzu kommt das die Austenite einen um 50% höheren Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Dies führt besonders bei den dünnen Blechen zum Verzug. Die Wärme muss aus dem Schweißbereich abgeführt werden. Bewährt hat sich Festspannen auf Kupferschienen, die unmittelbar neben der Schweißfuge positioniert werden. Der hohe elektrische Widerstand macht sich bei der Strombelastbarkeit der Elektroden bemerkbar.
* Heißrisse entstehen durch niedrig schmelzende Phasen auf den Korngrenzen.
* Nickel bildet mit Schwefel ein Eutektikum, das erst bei 630°C erstarrt. Daher ist jeglicher Schwefeleintrag in das Schweißbad zu vermeiden. Der Nahtbereich ist vor dem Schweißen zu entfetten. Es sind saubere Handschuhe bei der Verarbeitung zu tragen.
* Die Wärmeableitung in dem austenitischen Grundwerkstoff erfolgt nur langsam. Der Wärmestau an der Schmelzlinie verlangsamt die Erstarrung der Schmelze und erhöht somit die Neigung zum Seigern, wodurch die Heißrissgefahr wieder wächst. Daraus ergibt sich die Forderung, mit möglichst kleiner Streckenenergie (=Wärmeenergie) zu schweißen. Ein Vorwärmen ist unbedingt zu vermeiden. Die Zwischenlagentemperatur ist nach oben (ca. 160-180°C zu begrenzen. Bei Bedarf ist sofort Zwischenzukühlen.
* Der Lichtbogen ist möglichst kurz zu halten, um den Stickstoffeintrag aus der Luft in das Schweißbad zu verhindern. Stickstoff wirkt sehr stark austenitisierend (Faktor 30 bezogen auf Nickel) so das Gefahr besteht, das die Legierung in das vollaustenitische Gebiet hineindriftet und dadurch plötzlich Heißrissgefährdet wird.