Die legierten Stähle sind das Produkt des 20. Jahrhunderts. Die industrielle Entwicklung hat sich besonders auf die qualitative Entwicklung und die breite Verbreitung der hochlegierten Stähle ausgewirkt. Die Korrosionsbeständigkeit der Stähle hat bereits in den 1800ern großes Interesse erregt, jedoch hat das deutsche Unternehmen Krupp den Durchbruch im Jahre 1912 geschafft, mit der Anmeldung des rostfreien Stahl (Austenit) als Patent. In demselben Jahr hat ein Ingenieur in den USA den martensitischen Stahl patentieren lassen wollen. Schließlich ist es ihm im Jahre 1919 gelungen.
Als legierte Stähle werden alle Stähle bezeichnet, die außer Eisen und Kohlenstoff auch Legierungselemente (z.B. Si, Mn, Ni) enthalten. Das Ziel der Legierung ist die Eigenschaften der Stähle zu verändern, um Festigkeit, Wärmefestigkeit, Hitzebeständigkeit, Dauerhaltbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hochverschleißfestigkeit, chemische Widerstandsfähigkeit, etc. zu verbessern, d.h. die physischen, chemischen, elektrischen, magnetischen, etc. Eigenschaften zu korrigieren.
SÄURE- UND KORROSIONSBESTÄNDIGE STÄHLE
Aufgliederung nach chemischer Zusammensetzung:
Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung können die säure- und korrosionsbeständigen Stähle folgendermaßen aufgegliedert werden:
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Aufgliederung der säure- und korrosions-beständigen Stählen
| Werkstoff | Eigenschaften | Anwendungsmöglichkeiten |
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| Ferritische Stähle |
Wnr.1.4000
Wnr.1.4003
Wnr.1.4016
Wnr.1.4105
Wnr.1.4512
Wnr.1.4113
Wnr.1.4509
Wnr.1.4510
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- Ferritische Stähle haben einen Chromgehalt von 11-17%.
- Diese Stähle sind magnetisierbar.
- Unter bestimmten Bedingungen können geschweißt werden.
- Diese Werkstoffe sind geeignet sowohl zur Warmumformung als auch zur Kaltumformung, und sind gut zerspannbar.
- Ferritische Stähle werden in weniger aggressiven Medien verwendet, zu Lösungen von organischen Säuren und Salzen bzw. in mäßigen Medien.
- Gute Widerstandsfähigkeit gegen dynamische Beanspruchungen.
- Die Werkstoffe Wnr. 1.4000 und Wnr. 1.4113 weisen gute Polierfähigkeit und gute Zerspannbarkeit auf.
- Der Werkstoff Wnr. 1.4016 hat eine gute Korrosionsbeständigkeit im Standardumfeld bzw. bei niedriger Chlor-Konzentration, wie z.B. Haushalte und Wasser. Gegen Seewasser ist jedoch nicht beständig! Gegen interkristalline Korrosion ist beständig. Der Einsatz von diesem Werkstoff ist durch schlechte Schweißbarkeit beschränkt. Wnr. 1.4016 ist gut kaltverformbar. Nur bis 400 °C verwendbar.
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- Seifenindustrie
- Automobilindustrie
- Besteck
- Produktion von Haushaltsgeräten
- Herstellung von Geräten und Instrumenten, die der Einwirkung von Wasser und Wasserdampf langfristig ausgesetzt sind
- Lebensmittelindustrie
- Herstellung von chirurgischen Instrumenten,
- Landwirtschaft
- Bauindustrie
- etc.
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| Martensitische Stähle |
Wnr.1.4005
Wnr.1.4006
Wnr.1.4021
Wnr.1.4028
Wnr.1.4057
Wnr.1.4034
Wnr.1.4122
Wnr.1.4104
Wnr.1.4313
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- Der Chromgehalt von martensitischen Stählen macht 12-18 % aus.
- Kohlenstoffgehalt: 0,10-0,44 %
- Diese Werkstoffe sind ferromagnetisch.
- Durch Wärmebehandlung sind geeignet zum Vergüten und zum Härten.
- Martensitische Stähle sind nicht oder nur unter bestimmten Bedingungen geeignet zum Schweißen:
- Wnr. 1.4057, 1.4021, 1.4028 sind zum Schweißen nur bei Einhaltung bestimmter Vorsichtsmaßnahmen geeignet.
- Zu Schweißkonstruktionen sind nicht empfohlen. Wnr. 1.4034 ist zum Schweißen auch nicht geeignet.
- Diese Werkstoffe weisen gute Verformbarkeit und gute Polierfähigkeit auf.
- Sie haben hohe Abriebfestigkeit und Standzeit.
- Mit dem Zusatz von Molybdän erhöht sich ihre Korrosionsfähigkeit.
- Wnr. 1.4006 ist nicht geeignet zum Schweißen. Eine anschließende Wärmebehandlung ist in der Regel erforderlich, falls es nicht durchgeführt wird, reduziert sich die Korrosionsfähigkeit des Stahles.
- Wnr. 1.4021 und 1.4057 weisen gute Biegefähigkeit auf, während Wnr. 1.4028 und 1.4034 sind schlecht zum Biegen.
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- Herstellung von Bauteilen, Geräten und Instrumenten, die einer großen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind (z.B. Messer)
- Drehteile
- Herstellung von chirurgischen Instrumenten und Messgeräten
- Hochverschleißfeste Werkzeuge mit hoher Standzeit für die Chemie- und Lebensmittelindustrie
- etc.
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| Austenitische Stähle |
Wnr.1.4301 Wnr.1.4305
Wnr.1.4306
Wnr.1.4307
Wnr.1.4541
Wnr.1.4550
Wnr.1.4567
Wnr.1.4571
Wnr.1.4401
Wnr.1.4404
Wnr.1.4436
Wnr.1.4539 |
- Austenitische Stähle werden am häufigsten verwendet.
- Diese Werkstoffe sind besonders gut zum Bearbeiten.
- Abhängig von der chemischen Zusammensetzung variiert sich die Schweißfähigkeit der verschiedenen Werkstoffen, z.B. Wnr. 1.4301, Wnr. 1.4541 und Wnr. 1.4571 sind ausgezeichnet geeignet zum Schweißen, jedoch ist Wnr. 1.4305 nicht geeignet zum Schweißen. Wnr. 1.4305 ist zum Drehen empfohlen.
- Diese Stähle sind kalt- und warmverformbar.
- Sie weisen eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit auf.
- Unter bestimmten Bedingungen sind nicht magnetisierbar.
- Sie weisen eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auf.
- Austenitische Stähle sind interkristallin beständig.
- Wnr. 1.4301 und 1.4404 haben eine gute Polierfähigkeit, jedoch sind Wnr. 1.4541 und 1.4571 weniger zum Polieren geeignet.
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- Bauindustrie (z.B. rostfreier Betonstahl)
- Papier- und Zellstoffindustrie
- Wnr. 1.4301: Haushaltsgegenstände und -geräte, Tanks, Rohrleitungen, Anlagen für die Milchindustrie, Flaschen, etc.
- Wnr. 1.4571: Chemie- und Textilindustrie, geeignet für stark korrosiven Medien, etc.
- Wnr. 1.4541: Anwendungsgebiet ist identische mit Wnr. 1.4301, aber ist besser geeignet für mechanische Beanspruchung, etc.
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| Austenitisch-ferritsche (duplex) Stähle |
Wnr.1.4062
Wnr.1.4162
Wnr.1.4362
Wnr.1.4462
Wnr.1.4662
Wnr.1.4410
Wnr.1.4501
Wnr.1.4507 |
- Das Wort "Duplex" hat eine Doppelbedeutung: der Stahl besteht nämlich aus einem Gemisch von ferritischen und austenitischen Kristallkörnern. Es ist deshalb so wichtig, weil die Vorteile von beiden Stählen ausgenutzt werden können: der Ferrit verbessert die Korrosionsbeständigkeit, der Austenit sichert die Zähigkeit, Formbarkeit und die Schweißfähigkeit.
- Diese Werkstoffe sind besser zu dehnen als die austenitischen.
- Sie weisen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf.
- Durch die industrielle Entwicklung wurden mehrere Arten von Duplex-Stählen entwickelt:
- "Normal Duplex",
- "Lean Duplex",
- "Super Duplex" und
- "Hyperduplex".
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- Tiefsee-Pipelines
- Konstruktionen, die der Auswirkung von Meerwasser ausgesetzt sind (z.B. Brücken, Offshore-Industrie (Gewinnung von Erdöl und Ergas)
- Pharmazeutische Ausrüstungen
- Anlagen in der Chemieindustrie
- Zellstoff- und Papierindustrie
- Druckbehälter, Tanks
- Wärmetauscher (heat-exchangers)
- etc.
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HITZEBESTÄNDIGE STÄHLE
Die Hitzebeständigkeit bedeutet die Widerstandsfähigkeit des Stahles gegen Verzunderung über 500°C Betriebstemperatur. Solche Stähle werden in der Regel nicht besonders mechanisch beansprucht.
Wenn der Stahl während der Herstellung mit solchen Elementen (z.B. Chrom, Silizium, Aluminium) legiert wird, deren Affinität zum Sauerstoff größer ist als die von dem Eisen, und die auf der Oberfläche des Stahles eine undurchlässige Oxidschicht bilden, dann wird der Stahl hitzebeständig (zunderbeständig). Die Hitzebeständigkeit hängt vom Chrom-, Silizium- und Aluminium-Gehalt des Stahles. Je mehr Cr, Si und Al der Stahl enthält, desto besser ist seine Hitzebeständigkeit und desto höher kann die zugelassene Betriebstemperatur sein.
Die hitzebeständigen Stähle können aufgrund ihrer Gefüge folgendermaßen zusammengefasst werden:
| Aufgliederung von hitzebeständigen Stählen | Wichtigste Werkstoffe | Eigenschaften | Anwendungsmöglichkeiten |
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| Ferritische, ferritisch-martenitische, martensitische hitzebeständige Stähle |
Wnr. 1.4724
Wnr. 1.4742
Wnr. 1.4762
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- Sie weisen relative niedrige Zähigkeit bei schlagartiger Beanspruchung auf.
- Wnr. 1.4724 (H-12): hitzebeständig bis max. 950 ˘C
- Wnr. 1.4762 (H-14): hitzebeständig bis max. 1200 ˘C
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- Wnr. 1.4724: Industrieofenbau, Dampfkesseln, Armaturen, Kisten, Leitungen, Gehängen und Rekuperatoren, etc.
- Wnr. 1.4762 (H-14): Herstellung von Industrieöfen, Bauteilen von Dampfkesseln, Armaturen, Pyrometer-Schutzrohren, etc.
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| Austenitische hitzebeständige Stähle |
Wnr. 1.4828
Wnr. 1.4841
Wnr. 1.4845 |
- Sie werden bei höheren Temperaturen bei einer höheren Festigkeitsbeanspruchung eingesetzt
- Wnr. 1.4828: ist nicht anfällig für interkristallisierende Korrosion. Seine Widerstandsfähigkeit ist niedrig in schwefelhaltigen Medien, hitzebeständig bis max. 1000 ˘C
- Wnr. 1.4845 (H-9): hitzebeständig bis max. 1050˘C
- Wnr. 1.4841 (H-10): hitzebeständig bis max 1150 ˘C
- Wnr. 1.4878: verfügt über gute mechanische Eigenschaften, hitzebeständig bis max. 850 ˘C
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- Wnr. 1.4828: Abgasanlagen, etc.
- Wnr. 1.4845: Herstellung von Bauteilen für Anlagen der Chemie- und Erdölindustrie, Gasleitungen, Feuerkammern, Heizwiderstand, etc.
- Wnr. 1.4841: Bestandteile, die einer hohen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind, Maschinenbau, Erdölindustrie, Ofen- und Dampfkesselbau, Anlagen für Herstellung von Elementen, die hoher Temperatur und hoher mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind, etc.
- Wnr. 1.4878: Wärmetauscher, Ofenbau, Dampfkessel, Bestandteile von Maschinen und Geräten für die Konservenindustrie, etc.
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