Bevor wir loslegen zu Schleifen,Polieren und zu Beizen habe ich ein paar Interessante Fakten rund um Edelstahl Rostfrei bzw den Austenitischen Stahl zusammengetragen.
Viel Spaß!!
Was ist Edelstahl?
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-Edelstahl Rostfrei ist ein Sammelbegriff für die nicht rostenden Stähle.
-Sie enthalten mindestens 10,5% Chrom(Cr) und weniger als 1,2% C.
Sie weisen gegenüber unlegierten Stählen eine deutlich verbesserte
Korrosionsbeständigkeit auf.
-Höhere Cr-Gehalte und weitere Legierungsbestandteile wie z.B.Nickel(Ni)
und Molybdän(Mo) erhöhen die Korrosionsbeständigkeit weiter.
-Hinzulegieren bestimmter anderer Elemente können weitere
Eigenschaften positiv beeinflussen, z.B.
Niob,Titan(Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion),
Stickstoff(Festigkeit,Korrosionsbeständigkeit)
Schwefel(Spanbarkeit).
Die Edelstähle werden in 4 Gruppen unterteilt:
Martensitische Stähle (Magnetisch)
Ferritsche Stähle (Magnetisch,Härtbar)
Austinitische Stähle (nicht Magnetisch)
Austinitisch-Ferrtische Stähle (Duplex Stähle) (Magnetisch mit gemischtem Ferr. und Aust. Gefüge)
Haupteigenschaften:
-Hohe Korrosionsbeständigkeit
-Attraktives Aussehen
-Hitzebeständigkeit
-niedrige Lebensdauerkosten
-vollständige Recyclingfähigkeit
-Lebensmitteltauglichkeit
-gute Verarbeitbarkeit
-leichte Reinigung
-hohe Festigkeit
Hauptlegierungs Bestandteile:
Fer.: Cr
Mar.: Cr,C oder Ni
Aust.: Cr,Mo,Ni
Aust.Fer.:Cr,Mo,Ni (Cr ist mehr ,Ni weniger enthalten als in den Aust.Stählen)
Werkstoff Nummern:
1.40..:1.41..: = Cr.Stähle mit weniger als 2,5% Ni
1.43..:1.44..:=Cr.Stähle mit mehr als 2,5% Ni
1.45..:1.46..:=Cr, CrNi oder CrNiMo Stähle mit Sonderzusätzen(Ti,Nb,Cu)
Ich gehe hier nur auf die am meist verbreitetste Edelstahlsorte ein.
Der Austinitische Stahl:
Die Austenitischen Cr Ni-Stähle mit= 8 %Ni bieten eine besonders günstige Kombination von Verarbeitbarkeit, mechanischen Eigenschaften und Korrosions beständigkeit.
Sie sind für viele Anwendungs möglichkeiten geeignet und sind die bedeutendste Gruppe der nichtrostenden Stähle.
Wichtigste Eigenschaft dieser Stahlgruppe ist die hohe Korrosions beständigkeit, die mitzunehmendem Legierungsgehalt insbesonders an Chrom und Molybdän gesteigert wird.
Wie bei den ferritischen Stählen,ist auch bei den austenitischen
Stählen zum Erreichen guter technologischer Eigenschaften ein feinkörniges Gefüge notwendig.
Dafür wird als abschließende Wärmebehandlung wird ein Lösungsglühen
bei Temperaturenzwischen 1000 und 1150°C mit anschließender Abkühlung in Wasser oder Luft durchgeführt,um die Ausbildung von Ausscheidungen zuvermeiden.
Austenitische Stähle sind im Gegensatz zu martensitischenStählen nicht härtbar.
Für bestimmte Einsatzgebiete werden austenitische Stähle mit höheren
Festigkeiten gefordert.
Eine Steigerung der Dehngrenze kann z.B.durch Kaltumformung erreicht werden.So lassen sich je nach Umformungsgrad unterschiedliche
Verfestigungsstufen erreichen.
Austenitischen Stähle haben eine höhere Kaltverfestigungsneigung als Ferritische Stähle.Bei der Kaltumformung kann es daher zusätzlich zur Bildung von Verformungs Martensit kommen.
Dadurch werden sie dann auch magnetisch.
Eine andere Möglichkeit ist die Mischkristallverfestigung durch legierungstechnische Maßnahmen.
Der Einfluß der für die nichtrostenden Stähle wichtigen Legierungselemente auf die 0,2 %-Dehngrenze wären Kohlenstoff oder Stickstoff.
Die Zugabe Kohlenstoff wird jedoch aus korrosionschemischen Gründen verzichtet. Im Vergleich zum Kohlenstoff hat das Zulegieren von Stickstoff den Vorteil,daß neben einer Verbesserung der Festigkeit auch die Korrosionsbeständigkeit verbessert wird.
Stickstoffhaltige austenitische Stähle mit höheren Festigkeitskennwerten sind z.B.die Stähle 1.4311,1.4318, 1.4406 oder 1.4439.
Durch gezielte Abstimmung der Legierungsgehalte ist eine Steigerung der 0,2%-Dehngrenze
sogar auf Werte über 400N/mm möglich (1.4565).
Das hohe Dehnungsvermöge (fast doppelt so hoch wie beim Ferritischen Stähle) führt zu sehr guter Kaltumformbarkeit. Daraus resultieren günstige Tiefzieh-und/oder Streckzieheigenschaften sowie gute Abkantbarkeit.
Besondere Bedeutung haben auch die höheren Kerbschlagarbeitswerte( Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs
gegen eine schlagende dynamische Beanspruchung)
Daher können die nichtrostenden kaltzähen Stähle für Anlagen eingesetzt werden,
die bei Temperaturen bis-269°C arbeiten.
Merke:Aust.Stähle sind hoch Korrosionsbeständig, nicht Härtbar,nicht Magnetisch, für viele Anwendungen geeignet bis -269*C, gut kaltumformbar.
Korrosionsbeständigkeit:
In Edelstählen sind IMMER min. 10% Cr und höchsten 1,2 C (die Meisten güten haben noch weniger) enthalten.
Für die Selbstpassivierung ist vor allem der Chrom gehalt nichtrostender Stähle ursächlich
Diese Chromreiche nur wenige Atomlagen dicke metalloxidschicht trennt das Grundmetall vom Angriffsmedium (Wasser,luft usw.).
Die Passivschicht bildet sich spontan und Automatisch bei einer Metallisch blanken Oberfläche an Luft oder Wasser (sofern genügend Sauerstoff an die Oberfläche gelangt),
Im allgemeinen fängt die passivschicht sich sofort nach einer mechanischen Beschädigungen wieder neu zu bilden.
Bis sie aber eine genügend dicke Schicht aufgebaut hat dauert es ca 3 Tage.
Unter bestimmten Umständen kann der passive Zustand aufgehoben werden und sich nicht von selbst wieder einstellen. Die Oberfläche wird "aktiv" und korrodiert.
Bei nichtrostenden Stählen kann die Oberfläche lokal dort aktiv werden,wo der Sauerstoff zutritt unterbunden ist, z. B. bei mechanischen Verbindungen, in unzugänglichen Ecken,fehlerhaften nicht gereinigten Schweißnähten oder Öl,Lack und Fett.
Lokalkorrosion in Form von Lochfraß oder Spaltkorrosion kann dann die Folge sein.
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Korrosionsarten:
Abtragende Flächenkorrosion:
ist durch einen gleichmäßigen oder annähernd gleichmäßigen Abtrag gekennzeichnet. In der Regel wird eine Abtragungsrateunter 0,1 mm/Jahr als ausreichende Beständigkeit gegen Flächenkorrosionangesehen.Tritt nur in Säuren und starken Laugen auf.
Lochkorrosion(Pitting):
kann auftreten,wenn die Passiv schicht örtlich durchbrochen wird.Wenn Chloridionen,besonders bei erhöhten Temperaturen, vorliegen, können an diesen Stellen häufig nur nadel stichartig Löcher entstehen.
Durch Ablagerungen, Fremdrost,Schlackenreste und Anlauffarben auf der Oberfläche wird die Gefahr einer Lochkorrosion verstärkt.
Durch weitere Erhöhung des Chromgehalts,insbesondere durch Zusatz von Molybdän und z.T.von Stickstoff, wird die Beständigkeit der nichtrostenden Stähle gegenüber Lochkorrosion erhöht.
Spaltkorrosion:
Spaltkorrosion bildet sich unter Dichtungen, unter Zunderresten oder Ablagerungen sowie an Schraubengewinden.
Alle Werkstoffe, die oxidische Schutzschichten bilden (austenitische nichtrostende Stähle), können von Spaltkorrosion betroffen werden.
Wässrige Medien, die sich eventuell in den Spalten befinden, reagieren mit der Werkstoffoberfläche und schädigen die oxid Schutzschicht.
Dieser Vorgang führt zu einer starken Korrosion innerhalb der Spalten.
Chlorionen erhöhen die Korrosionsgefahr.
Spannungsrißkorrosion:
Bei dieser Korrosionsart entstehen Risse die sich senkrecht zur Zugspannung ausbreiten, und bei nichtrostenden Stählen im allgemeinen transkristallin (durch die Körner im Gefüge hindurch) verlaufen.
Nur wenn die folgenden 3 Bedingungen gleichzeitig vorliegen,ist Spannungsrißkorrosion möglich:
a)die Oberflächedes Bauteils
steht unter Zugspannungen
b)Einwirkungen eines spezifisch
wirkenden Mediums(meist Chloridionen)
c)Neigung des Werkstoffs zur
Spannungsrißkorrosion.
Bei Zugspannungen ist es gleichgültig, ob sie von außen durch Zug oder Biegespannungen aufgebracht werden oder als Eigenspannungen (z.B.durch Schweißen,Kaltwalzen oder Tiefziehen) vorliegen.
Die Zugspannungen lassen sich auch durch Strahlen abbauen.
Die austenitischen CrNi-und CrNi-Mo-Standard Stähle sind in Chloridlösungen empfindlicher gegen Spannungsrißkorrosion als die ferritischen und austenitisch-ferritischenStähle.
Bei den austenitischen Stählen läßt sich die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit durch Erhöhen des Nickelgehalts ganz wesentlich verbessern.
InterkristallineKorrosion:
Die interkristallineKorrosion stellt heute bei geeigneter Werkstoffwahl kein Problem mehr dar.
Interkristalline Korrosion kann in sauren Medien auftreten, wenn sich durch Wärmeeinwirkung (zwischen 450 und 850°C bei den austenitischen Stählen,oberhalb 900°C beiden ferritischen Stählen) Chromcarbide an den Korngrenzen ausscheiden.
Solche Wärmeeinwirkung tritt z.B.beim Schweißen in der Nähe der Schweißnaht auf (Wärmeinflußzone). Sie bewirkt örtliche Chromverarmung in der Umgebung der ausgeschiedenen Chromcarbide.
Durch diese Chromverarmung geht die passivierende Wirkung des Chroms verloren.
In der Praxis wird der interkristallinenKorrosion beiden austenitischen Stählen dadurch begegnet
daß man den Kohlenstoffgehalt stark absenkt oder den Kohlenstoff durch Zugabe von Titan oder Niob abbindet.
Eine Chromverarmung an den Korngrenzen und die Neigung zur interkristallinen Korrosion läßt sich jedoch durch eine stabilisierende Glühung bei 750 bis 800°C rückgängig machen.Da diese Werkstoffe mit einer derartigen Wärmebehandlung geliefert werden,sind sie beständig gegen interkristalline Korrosion,es sei denn,es kommt durch eine Wärmebehandlung (z.B.Schweißen) zu einer nachträglichen Ausscheidung von Chromcarbiden.
Aber auch dem kann durch Zusatz von Titan oder Niob vorgebeugt werden
Merke:
die Passivschicht bildet sich spontan und nur bei kontakt mit luft und wässrigem Medium.
Chrom ist das für die Passivschichtbildung unverzichtbar.
Die Passivschicht regeneriert sich sofort nach Mechanischer beschädigung (sofern genügen Sauerstoff an die Oberfläche kommt)
Flächenkorrosion:
Gleichmäßiger oder annähernd gleichmäßiger Abtrag der oberfläche.
Nur in Säuren und Laugen
Lochkorrosion:
Nadel stichartige Löcher. Passiv schicht wird bei hohen Temp. durch Chlorionen örtlich durchbrochen.
Wird durch Fremdrost,Ablagerungen und Anlauffarben verstärkt
Gegenmaßnahmen:
Erhöhung des Cr gehalts,Zusatz von Molybdän und Stickstoff.
Spaltkorrosion:
Entstehung durch wässrige Medien in Spalten,unter Dichtungen, unter Zunderresten, Ablagerungen und Schraubengewinden.
Alle Stähle mit Passivschicht können betroffen sein.
Chlorionen erhöhen Korrosionsgefahr.
Gegenmaßnahmen:
Schon beider Konstruktion auf Spalten usw., achten bzw. vermeiden wo sich wässrige Medien ansammeln können.
Spannungsrisskorrosion:
Risse breiten sich senkrecht zur Zugspannung aus aber nur wenn die 3 Bedingungen gleichzeitig vorliegen
1. Oberläche unter Zugspannung
2.einwirkung von Chlorionen
3.Neigung des Werkstoffs zur Spannungsrißkorrosion.
Gegenmaßnahmen: Erhöhung des Nickelgehalts(nur Aust. Stähle)
InterkristallineKorrosion:
kann in sauren Medien auftreten bei 450-850*C.
Chromcarbide werden An Korngrenzen ausgeschieden.
Es folgt Chromverarmung dadurch geht die Passivierende Wirkung verloren.
Gegenmaßnahmen:
zulegieren von Ti und Niob oder starkes absenken des Kohlenstoffs.
Chromverarmung mit Glühen bei 750- 800*C rückgängig machen.
Zusatz von Ti oder Niob gegen nachträglicher Carbidausscheidung zb.beim Schweißen.
Dank dir !
