Rostfreie Stähle Legierungselemente

Edelstähle enthalten mehrere Legierungselemente, die mit der spezifischen Zusammensetzung und Qualität übereinstimmen. Die folgenden Abschnitte beschreiben die Legierungszusätze und die Gründe für ihr Vorhandensein sowie eine zusammenfassende Tabelle für jedes Legierungselement.

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Kohlenstoff

Kohlenstoff und Eisen werden zusammenlegiert, um Stahl zu bilden. Dieses Verfahren erhöht die Festigkeit und Härte des Eisens. Eine Wärmebehandlung reicht nicht aus, um reines Eisen zu verfestigen und zu härten, aber wenn Kohlenstoff hinzugefügt wird, kann ein breites Spektrum an Festigkeit und Härte erreicht werden.

Ein hoher Kohlenstoffgehalt wird in ferritischen und austenitischen nichtrostenden Stählen nicht bevorzugt, insbesondere für Schweißzwecke, da die Gefahr der Karbidausscheidung besteht.

Mangan

Der Zusatz von Mangan zu Stahl verbessert die Warmumformbarkeit und erhöht die Zähigkeit, Festigkeit und Härtbarkeit. Genau wie Nickel ist Mangan ein Austenit bildendes Element und wird traditionell als Ersatz für Nickel in der AISI200-Reihe austenitischer nichtrostender Stähle verwendet, z. B. AISI 202 als Ersatz für AISI 304.

Chrom

Chrom wird mit Stahl kombiniert, um seine Oxidationsbeständigkeit zu verbessern. Wenn mehr Chrom hinzugefügt wird, wird die Beständigkeit weiter verbessert.

Edelstahl hat mindestens 10,5 % Chrom (normalerweise 11 oder 12 %), was eine beträchtliche Korrosionsbeständigkeit verleiht, verglichen mit Stählen mit einem relativ geringeren Chromanteil.

Die Korrosionsbeständigkeit wird auf die Bildung einer passiven, sich selbst reparierenden Chromoxidschicht auf der Oberfläche des Edelstahls zurückgeführt.

Nickel

Große Mengen Nickel – mehr als 8 % – werden nichtrostenden Stählen mit hohem Chromgehalt zugesetzt, um die wichtigste Gruppe von Stählen zu erzeugen, die sowohl hitze- als auch korrosionsbeständig sind.

Dazu gehören die austenitischen nichtrostenden Stähle, die durch 18-8 (304/1.4301) gekennzeichnet sind, wo die Neigung des Nickels zur Bildung von Austenit zu einer hohen Festigkeit und einer ausgezeichneten Zähigkeit bzw. Schlagzähigkeit sowohl bei niedrigen als auch hohen Temperaturen beiträgt. Nickel verbessert auch die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit erheblich.

Molybdän

Molybdän erhöht in Verbindung mit Chrom-Nickel-Austenit-Stählen die Beständigkeit gegen Spalt- und Lochkorrosion, insbesondere in schwefel- und chloridhaltigen Umgebungen.

Stickstoff

Neben Nickel ist auch Stickstoff ein Austenit bildendes Element und erhöht die Austenitstabilität von nichtrostenden Stählen. Wenn Stickstoff mit nichtrostenden Stählen gemischt wird, wird die Streckgrenze beträchtlich erhöht und die Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion verbessert.

Kupfer

In nichtrostendem Stahl ist Kupfer oft als Restelement vorhanden. Dieses Element wird verschiedenen Legierungen zugesetzt, um Ausscheidungshärtungseigenschaften zu erzeugen oder die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, vor allem in Schwefelsäure und Meerwasser.

Titan

Titan wird oft zugesetzt, um Karbid zu stabilisieren, vor allem wenn das Material geschweißt werden muss. Titan verbindet sich mit Kohlenstoff zu Titankarbiden, die relativ stabil sind und nicht leicht in Stahl gelöst werden können, was wahrscheinlich das Auftreten von intergranularer Korrosion verringert.

Wenn etwa 0,25 / 0.60 % Titan zugesetzt wird, bewirkt es, dass der Kohlenstoff mit Titan und nicht mit Chrom verschmilzt, wodurch eine Bindung von korrosionsbeständigem Chrom in Form von intergranularen Karbiden und der damit verbundene Verlust der Korrosionsbeständigkeit an den Korngrenzen vermieden wird.

In den letzten Jahren ist die Verwendung von Titan erheblich zurückgegangen, da die Stahlhersteller in der Lage sind, nichtrostende Stähle mit extrem niedrigen Kohlenstoffgehalten zu liefern. Solche Stähle lassen sich leicht schweißen, ohne dass eine Stabilisierung erforderlich ist.

Phosphor

Um die Bearbeitbarkeit zu verbessern, wird Phosphor oft zusammen mit Schwefel hinzugefügt. Das Vorhandensein von Phosphor in austenitischen nichtrostenden Stählen erhöht zwar die Festigkeit, wirkt sich aber nachteilig auf die Korrosionsbeständigkeit aus und erhöht die Bruchneigung des Materials beim Schweißen.

Schwefel

Schwefel verbessert die Zerspanbarkeit, wenn er in kleinen Mengen zugesetzt wird, wirkt sich aber ebenso wie Phosphor negativ auf die Korrosionsbeständigkeit und die anschließende Schweißbarkeit aus.

Selen

Selen wurde früher als Zusatz zur Verbesserung der Zerspanbarkeit verwendet.

Niob/Colombium

Die Stabilisierung des Kohlenstoffs wird durch die Zugabe von Niob zu Stahl erreicht und funktioniert auf die gleiche Weise wie Titan. Darüber hinaus stärkt Niob Legierungen und Stähle für den Einsatz bei höheren Temperaturen.

SiIicium

Silicium wird in der Regel als Desoxidationsmittel (abtötendes Mittel) im Stahlschmelzprozess verwendet, und eine kleine Menge Silicium wird in den meisten Stählen eingesetzt.

Kobalt

Wenn es der starken Strahlung von Kernreaktoren ausgesetzt ist, wird Kobalt hochradioaktiv, und daher haben alle nichtrostenden Stähle, die im Nuklearbetrieb eingesetzt werden, eine gewisse Kobaltbegrenzung, oft 0.2 %.

Dieses Problem ist wichtig, da ein Teil des verbleibenden Kobalts im Nickel enthalten ist, das zur Herstellung von austenitischen nichtrostenden Stählen verwendet wird.

Kalzium

Kalzium wird in geringen Mengen zugesetzt, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern, ohne dass sich dies nachteilig auf andere Eigenschaften auswirkt, die durch Selen, Phosphor und Schwefel hervorgerufen werden.

Die folgende Tabelle zeigt die Auswirkungen von Legierungselementen auf die Eigenschaften von nichtrostendem Stahl.

Auswirkung von Legierungselementen auf die Eigenschaften von nichtrostendem Stahl

Schlüssel
√ = vorteilhaft
X = nachteilig

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