Werkstoffe

Was ist überhaupt Edelstahl?

Edelstähle sind Werkstoffe, die hochlegierte, witterungsbeständige Stähle als nichtrostend zu bezeichnen sind, wenn sie gegen zahlreiche organische und anorganische Säuren, Salzlösungen und Laugen Beständigkeit aufweisen.

″Als nichtrostend gelten Stähle, die sich durch besondere Beständigkeit gegen chemische angreifende Stoffe auszeichnen; sie haben im allgemeinen einen Massenanteil von mindestens 12% Chrom und einen Massenanteil Kohlenstoff von höchstens 1,2%″.

Die Rost- und Säurebeständigkeit ergibt sich aus der Eigenschaft der Passivierbarkeit, die durch das Legierungselement Chrom erzielt wird. Die Legierung mit Chromgehalten von 12 - 30% bewirkt die Bildung einer absorptiv gebundenen Sauerstoffschicht an der Oberfläche des Stahls, die den Werkstoff aus einem aktiven ( chemisch löslichen ) in den passiven ( chemisch beständigen) Zustand überführt. Um diese und andere spezielle Werkstoffeigenschaften zu erreichen, wurden zahlreiche Legierungen entwickelt, die selbst in den wichtigsten Industrienationen unterschiedlich bezeichnet werden.


Welche Werkstoffe gibt es?
Werkstoffe haben aufgrund ihrer Legierungselemente bestimmte Korrosions- und Verarbeitungseigenschaften. Wir möchten hier auf die Edelstahl-Werkstoffe eingehen, die für den Schraubenhandel in der Regel verwendet werden.


Austenitische
Chrom-Nickel-Stähle
Austenitische
Chrom-Nickel-Stähle
Austenitische
Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle
A 1
Rostbeständig

meist gedrehte Artikel
A 2
Rostbeständig

meist gepresste Artikel
A 4 + A 5
Rost und Säurebeständig

meist gepresste Artikel
Werkstoff-Nr. : 1.4305
Name : X8CrNiS18-9

Austenitischer Automatenstahl, durch Schwefelzusatz besser als übliche austenitische Stähle zerspanbar, besonders für Drehteile geeignet.
Werkstoff-Nr. : 1.4301
Name : X5CrNi18-10

Standardtyp der austenitischen Chorm-Nickel-Stähle, hoch korrosionsbeständig, im Druckbehälterbau gemäß AD-Merkblatt W2 bis mind. 300°C einsetzbar, Einsatz in Nahrungsmittelindustrie; beständig gegen interkristalline Korrosion bis Blechstücke 6 mm oder Stabdurchmesser 40 mm; für Schweißen geeignet.
Werkstoff-Nr. : 1.4401 = A 4
Name : X5CrNiMo17-12-2

Bei diesem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl wird eine wesentlich erhöhte Korrosionsbeständigkeit durch einen Legierungsanteil von Molybdän erreicht. Wegen der erhöhten Beständigkeit gegen nicht oxidierende Säuren und chlorhaltige Medien wird dieser Stahl in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, der Zellstoff-, Gummi-, Farben-, Textil-, Fotoindustrie und der Petrochemie verwendet. Im Meerwasserbereich ist der Werkstoff bedingt einsetzbar. Im Druckbehälterbau gemäß AD-Merkblatt W2 bis mind. 300°C einsetzbar.
  Werkstoff-Nr. : 1.4303
Name : X5CrNi18-12 / X4CrNi18-12

Als Stabstahl oder Draht einsetzbar für die Herstellung von Schrauben, Muttern und Kaltpreßfließteilen, beständig gegen interkristalline Korrosion bis Blechdicke 6 mm oder Stabdurchmesser 40 mm; für Schweißen geeignet.
Werkstoff-Nr. : 1.4432 = A 4 ( BUMAX 88 + BUMAX 109 )
Name : X2CrNiMo17-12-3

Lässt sich sehr gut kaltumformen (z.B. Biegen, Bördeln, Kümpeln, Tiefziehen, Drücken). Die gegenüber unlegierten Stählen stärkere Kaltverfestigung verlangt jedoch entsprechend höhere Umformkräfte. Durch bestimmte Abstufungen der chemischen Zusammensetzung innerhalb der Norm-Analyse sowie durch Zusätze verschiedener anderer Elemente können je nach Anforderungen spezielle Umformeigenschaften (z.B. Folgezüge, Abstrecken, Drücken) erzielt werden.
  Werkstoff-Nr. : 1.4310
Name : X10CrNi18-8 / früher (X12CrNi17-7)

Austenitischer Chrom-Nickel Stahl, der meist in federhart gezogenem bzw. gewalztem Zustand zu nichtrostenden Federn verarbeitet wird, Dauerbetrieb nur bis max. 250°C, sonst Abbau der Festigkeit.

Werkstoff-Nr. : 1.4435 = A 4 ( BUMAX 88 + BUMAX 109 )
Name : X2CrNiMo18-14-3

Lässt sich sehr gut kaltumformen (z.B. Biegen, Bördeln, Kümpeln, Tiefziehen, Drücken). Die gegenüber unlegierten Stählen stärkere Kaltverfestigung verlangt jedoch entsprechend höhere Umformkräfte. Durch bestimmte Abstufungen der chemischen Zusammensetzung innerhalb der NormAnalyse sowie durch Zusätze verschiedener anderer Elemente können je nach Anforderungen spezielle Umformeigenschaften (z.B. Folgezüge, Abstrecken, Drücken) erzielt werden.
  Werkstoff-Nr. : 1.4541
Name : X6CrNiTi18-10

Einsatz für geschweißte Teile im chemischen Apparatebau sowie in Nahrungsmittel-, Genußmittel-, Fett- und Seifenindustrie, in Leder- und Zuckerfabriken. Im Druckbehälterbau gemäß AD-Merkblatt W2 bis mind. 300°C einsetzbar. Wegen Titan- bzw. Niobzusatz nicht hochglanzpolierfähig.
Werkstoff-Nr. : 1.4436 = A 4 ( BUMAX 88 + BUMAX 109 )
Name : X3CrNiMo17-13-3

Lässt sich sehr gut kaltumformen (z.B. Biegen, Bördeln, Kümpeln, Tiefziehen, Drücken). Die gegenüber unlegierten Stählen stärkere Kaltverfestigung verlangt jedoch entsprechend höhere Umformkräfte. Durch bestimmte Abstufungen der chemischen Zusammensetzung innerhalb der NormAnalyse sowie durch Zusätze verschiedener anderer Elemente können je nach Anforderungen spezielle Umformeigenschaften (z.B. Folgezüge, Abstrecken, Drücken) erzielt werden.
    Werkstoff-Nr. : 1.4571 = A 5 ( SONDERANFERTIGUNG )
Name : X6CrNiMoTi17-12-2

Durch Molydän erhöhte Korrosionbeständigkeit, besonders gegen nichtoxidierende Säuren und halogenhaltige Medien. Einsatz vorzugsweise im chemischen Apparatebau für Textil-, Sulfit-, Zellstoff-, Gummi- und Farbenindustrie. Im Druckbehälterbau gemäß AD-Merkblatt W2 bis mind. 300°C einsetzbar. Wegen des Stabilisierungselementes Titan nicht hochglanzpolierfähig Entspricht VdTÜV 411-451.


Was sind Austenitische Stähle?
Die Chrom-Nickel-Stähle haben aufgrund Ihrer Vorteile, wie hohe Zähigkeit, beeinflußbare Festigkeit durch Kaltumformung und sehr gute Korrosionsbeständigkeit, den größten Anteil bei den Edelstahl-Verbindungselementen. Ihre Sprödbruchunempfindlichkeit ist ebenso als positiver Aspekt zu vermerken. Sie sind nicht magnetisierbar, können allerdings durch Kaltverformung ein leicht magnetisierbares Verhalten zeigen.

Im Temperaturbereich von 192°C bis 400°C können sie nach DIN 17440 als rostfreie Stähle eingesetzt werden.


Chemische Zusammensetzung in % nach ISO 3506/EN 10088-3 für Schrauben/ Muttern übliche Werkstoffe
Stahlgruppe


Material
Werkstoff-Nr.

(AISI-Nr.)
Werkstoff-Kurzname
n. EN 10088-3/
DIN 17006, 17440
Cr Ni Mo C


max.
SI


max.
Mn


max.
P


max.
S


max.
Sonstige Zusätze
Anmerkungen

(ISO 3506, Tab.1)
A 1 1.4305 (303) X8CrNiS18-9 16-19 5-10 0,7 0,12 1,0 6,5 0,2 0,15-0,35 Cu,-Schwefel darf durch Selen ersetzt werden
A 2 1.4301 (304)
1.4303 (305)
X5CrNi18-10
X4CrNi18-12
15-20 8-19 * 0,10 1,0 2,0 0,05 0,03 * Mo zulässig
A 3 1.4541 (321) X6CrNiTi18-10 17-19 9-12 * 0,08 1,0 2,0 0,045 0,03 * Mo zulässig - muss zur Stabilisierung Ti oder Nb oder Ta enthalten
A 4 1.4401 (316) X5CrNiMo17-12-2 16-18,5 10-15 2,0-3,0 0,08 1,0 2,0 0,045 0,03 -
A 5 1.4571 (316Ti) X6CrNiMoTi17-12-2 16-18,5 10,5-14 2,0-3,0 0,08 1,0 2,0 0,045 0,03 Muss zur Stabilisierung Ti oder Nb oder Ta enthalten

Austenitische/austenitischferritische Stähle mit besonderer Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion z.B. in Hallenschwimmbädern
A - 1.4439 X2CrNiMoN17-13-5 16,5-18,5 12,5-14,5 4,0-5,0 0,03 1,0 2,0 0,045 0,015 Muss zur Stabilisierung Ti oder Nb oder Ta enthalten

Austenitische/austenitischferritische Stähle mit besonderer Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion z.B. in Hallenschwimmbädern
A - 1.4539 X1NiCrMoCu25-20-5 19-21 24-26 4,0-5,0 0,02 0,7 2,0 0,03 0,01 Muss zur Stabilisierung Ti oder Nb oder Ta enthalten

Austenitische/austenitischferritische Stähle mit besonderer Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion z.B. in Hallenschwimmbädern
A - 1.4529 X1NiCrMoCuN25-20-7 19-21 24-26 6,0-7,0 0,02 0,5 1,0 0,03 0,01 Muss zur Stabilisierung Ti oder Nb oder Ta enthalten

Austenitische/austenitischferritische Stähle mit besonderer Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion z.B. in Hallenschwimmbädern
A/F - FA 1.4462 X2CrNiMoN22-5-3 21-23 4,5-6,5 2,5-3,5 0,03 1,0 2,0 0,035 0,015 Muss zur Stabilisierung Ti oder Nb oder Ta enthalten

Austenitische/austenitischferritische Stähle mit besonderer Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion z.B. in Hallenschwimmbädern
C - 1.4034 (420) X46Cr13 12,5-14,5 - - 0,43-0,50 1,0 1,0 0,040 0,03 Werkstoffe für federnde Teile - z.B. nach DIN 127, 128, 741, 472, 2093,6797, 6798, 6799, 7967, 7980

(Achtung: reduzierte Federkräfte gegenüber Federstahl)
C - 1.4122 X39CrMo17-1 15,5-17,5 ≤ 1,0 0,80-1,30 0,33-0,45 1,0 1,5 0,040 0,03 Werkstoffe für federnde Teile - z.B. nach DIN 127, 128, 741, 472, 2093,6797, 6798, 6799, 7967, 7980

(Achtung: reduzierte Federkräfte gegenüber Federstahl)
A - 1.4310 (301) X10CrNi18-8 16-18 6-9,5 ≤ 0,8 0,05-0,15 2,0 2,0 0,045 0,015 Werkstoffe für federnde Teile - z.B. nach DIN 127, 128, 741, 472, 2093,6797, 6798, 6799, 7967, 7980

(Achtung: reduzierte Federkräfte gegenüber Federstahl)
C - 1.4568 (301) X7GNiAl17-7 16-18 6,5-7,8 - 0,09 0,7 1,0 0,040 0,015 Al 0,70-1,5


Welcher chemischer Bestandteil ist wofür zuständig?
Die Qualität eines Stahls wird sowohl durch die Herstellungsverfahren als auch durch die aufgenommenen Begleit- und Legierungselemente beeinflußt. Sie verändern seine mechanischen, korrosiven und verarbeitungstechnischen Eigenschaften.


Einige der Legierungselemente stellen wir Ihnen hier kurz vor :
Aluminium ( Al )
Aluminium wirkt stark desoxidierend und denitrierend. Durch die Bildung von Al-Nitriden hoher Härte wird insbesondere die Alterungsanfälligkeit von Stählen erheblich vermindert. Bei ferritischen Chromstählen führt das Zulegieren von Aluminium neben einer Verbesserung der Zunderbeständigkeit auch zu einer verringerten Empfindlichkeit gegenüber interkristalliner Korrosion.
Chrom ( Cr )
Chrom erhöht die Zugfestigkeit durch Mischkristallbildung und verringert die kritische Abkühlgeschwindigkeit. Die Einhärtetiefe erhöht sich und die Zunderbeständigkeit nimmt zu. Ebenso wirkt Chrom bei ferritischen und austenitischen Stählen ab einer Konzentration von 13% durch die Bildung einer resistenten Chromoxid-Schicht korrosionshemmend.
Kobalt ( Co )
Die Anlaßbeständigkeit wird durch Kobalt verbessert, ebenso erhöht sich die Warmfestigkeit.
Kohlenstoff ( C )
Durch den Anteil an Kohlenstoff erhöhen sich die Härte und Festigkeit des Werkstoffes. Allerdings wird durch zu hohen Kohlenstoffgehalt die Kaltformbarkeit stark herabgesetzt.
Mangan ( Mn )
Mangan wird zur Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit eines Werkstoffes verwendet. Es bindet Schwefel als Mangansulfid und reduziert bei größeren Konzentrationen die Verformungsfähigkeit senkrecht zur Walzrichtung.
Molybdän ( Mo )
Die Durchhärtbarkeit von Stählen wird durch einen Molybdänanteil von 0,2% erhöht, dabei wird die Anlaßversprödung behindert. Wegen der bei hohen Temperaturen geflügestabilisierenden Wirkung findet sich Molybdän in Werkstoffen für hohe Betriebstemperaturen.
Nickel ( Ni )
Nickel ist in Verbindungen mit Chrom Hauptlegierungselement nichtrostender austenitischer Stähle, dabei zeigen sich hervorragende Zähigkeitseigenschaften bis zu extrem niedrigen Temperaturen. Besonders für die Vergütung großer Querschnitte ist die Verwendung von Vorteil, da hier hohe Festigkeits- und optimale Zähigkeitswerte erzielt werden. Eine alleinige Anwendung von Nickel ist nicht anzuraten, da es anlaßversprödend wirkt. Es wird deshalb meist in Verbindung mit Molybän angewandt.
Phosphor ( P )
Der Phosphorgehalt in Stählen sollte möglichst auf ein Minimum reduziert werden, da es stark anlaßversprödend wirkt. Die Kaltsprödigkeit und die Empfindlichkeit gegen Schlagbeanspruchung sind Auswirkungen dieser zähigkeitsmindernden Wirkung.
Schwefel ( S )
Ebenso wie Phosphor ist Schwefel ein unerwünschtes Begleitelement. Ausreichende Mangananteile binden allerdings den Schwefel zu Mangansulfid, welches ein relativ hohen Schmelzpunkt hat. Die Rot- und Heißbruchgefahr wird durch diese Maßnahme verringert. Bei diversen Automatenstählen wird allerdings mehr Schwefel zugesetzt um kurzbrüchige Späne zu erzeugen.
Silizium ( Si )
Durch Silizium als Legierungselement wird die Zunderbeständigkeit bei hitzebeständigen Stählen verbessert. Es wird vorwiegend zur Stahlberuhigung eingesetzt, was besonders für die Zähigkeit und Alterungsbeständigkeit von Baustählen wichtig ist.
Stickstoff ( N )
Bei austenitischen Stählen wird durch Stickstoff als Legierungselement das Austenitgefüge stabilisiert. Die Festigkeit wird durch feindispersive Nitridausscheidungen gesteigert, zusätzlich verbessern sich die mechanischen Eigenschaften bei erhöhter Temperatur. Allerdings können diese Ausscheidungsvorgänge zu einer Alterung und somit zu einer Beeinträchtigung der Zähigkeitseigenschaften führen. Bei unlegierten und niedriglegierten Stählen erhöht sich die Empfindlichkeit gegenüber interkristalliner Korrosion.
Titan ( Ti )
Bei korrosionsbeständigen Stählen führt Titan als Legierungselement zu einer verringerten Anfälligkeit gegenüber interkristalliner Korrosion. Diese Wirkung wird durch feinverteilte Karbide erzielt, die vom Titan gebildet werden. Zusätzlich wirkt Titan denitrierend, desoxidierent und schwefelbindend.
Vanadium ( V )
Die Zähigkeitseigenschaften der Stahlwerkstoffe werden durch Vanadium verbessert. Diese Wirkung basiert auf der Bildung feinverteilter Karbide, die schon bei einem Vanadiumanteil von 0,1% die Anlaßversprödung behindern.
Wasserstoff ( H )
Wasserstoff kann durch Wasserstoffversprödung den Stahl schädigen. Er kann sowohl bei der Herstellung als auch bei der Oberflächenbehandlung in den Stahl gelangen. Durch Temperungsmaßnahmen kann der Wasserstoff austreten.