Edelstahl

Edelstahl (nach EN 10020) ist eine allgemeine Bezeichnung für legierte oder unlegierte Stähle mit besonderem Reinheitsgrad, zum Beispiel Stähle, deren Schwefel- und Phosphorgehalt („Eisenbegleiter“) 0,025 Prozent (Massenanteil) nicht überschreiten.DIN EN 10020:2000-07 – Begriffsbestimmung für die Einteilung der Stähle. Beuth-Verlag

Als Legierungsbestandteile zur Erzielung besonderer Eigenschaften werden die „Stahlveredler“ Chrom (für Härte und Korrosionsbeständigkeit), Cobalt, Mangan (für Verschleißfestigkeit), Molybdän (für Zugfestigkeit), Niob, Vanadium (für Elastizität), Titan (mit Chrom und Niob für Titanstahl) und Wolfram (für Hitzebeständigkeit) eingesetzt – zur Herstellung von langlebigen und wartungsarmen Produkten ist in vielen technischen Bereichen die Auswahl des richtigen Edelstahl-Werkstoffs von wesentlichem Belang.Frank Wilke: Werkstoffauswahl – aber richtig!, Empfehlungen zu nichtrostenden Stählen, Schulungsunterlagen April 2013, Deutsche Edelstahlwerke GmbH. Abgerufen im September 2020

Im Alltag wird Edelstahl häufig mit „rostfreiem Stahl“ gleichgesetzt, ein Edelstahl muss jedoch nicht zwangsläufig den Anforderungen eines nichtrostenden Stahls entsprechen; wetterfeste Baustähle z. B. bilden an der Oberfläche eine Rostschicht, die jedoch im Gegensatz zu „unedleren Stählen“ stabil ist und auch im Außenbereich nicht zu einem nennenswerten Abtrag des Materials führt.

Korrosionsbeständigkeit

Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl wird durch den Chromanteil bestimmt, der in ausreichendem Umfang die sogenannte natürliche Passivierung verursacht.Die DIN EN ISO 8044 definiert Korrosionsschutz so: „Veränderung eines Korrosionssystems derart, dass Korrosionsschäden vermieden werden (Die Summe aller Maßnahmen verstanden, die dazu beitragen).“ und Korrosionsbeständigkeit so: „Fähigkeit eines Metalls, seine Funktionen in einem gegebenen Korrosionssystem, ohne Beeinträchtigungen durch Korrosion, zu erfüllen.“

Um eine besonders gleichmäßige Oberfläche zu erreichen, führen manche Hersteller nach der Fertigstellung von Bauteilen eine chemische Beizung und Passivierung durch.„Gebrauchsempfehlungen und allgemeine Hinweise – Stahle und Behandlungen – Komponenten aus rostfreiem Stahl“. In: PastoreLombardi.com. Abgerufen im Mai 2020

Wenn nichtrostender Stahl mit Partikeln aus gewöhnlichem Eisen in Kontakt kommt, so bildet sich schnell Rost, der auch zur Bildung von zunächst oberflächlichem Flugrost und schließlich auch tiefergehender Korrosion (Pitting) auf dem eigentlich nichtrostenden Stahl führen kann. Viele Edelstähle sind auch empfindlich gegenüber chlorhaltigen Stoffen wie Streusalz, Salzsäure, Halogeniden, Chlorreiniger und chlorhaltiger Bleichlauge, sowie in geringerem Maß gegenüber Schwefeldioxid oder Silberputzmittel.Dr. Hans-Peter Wilbert: Reinigung und Pflege von Edelstahl Rostfrei im Bauwesen, erschienen in der Zeitschrift Stahlmarkt vom März 2006

Stahlgruppen (EN 10027-2) Zu den Edelstählen zählen zum Beispiel hochreine Stähle, bei denen durch einen besonderen Herstellungsprozess Bestandteile wie Aluminium und Silizium aus der Schmelze ausgeschieden werden, oder zum Beispiel auch hochlegierte Werkzeugstähle, die für eine spätere Wärmebehandlung vorgesehen sind.

Die Stahlgruppennummern für Edelstähle nach EN 10027-2 kennen folgende Bezeichnungen: 10 bis 18 – unlegierte Edelstähle 20 bis 89 – legierte Edelstähle

Legierte Edelstähle Die weitaus häufigsten Legierungselemente sind: Chrom (Cr) für Chromstahl Chrom und Nickel (Ni) für Chromnickelstahl Molybdän (Mo) für Molybdänstahl, mit Cr Chrom-Molybdänstahl, auch mit Ni Titan (Ti), mit Cr und Ni für Titanstahl, mit Niob (Nb) und Aluminium (Al) zur Herstellung von hochtemperaturfestem RSH-Stahl. Niob (Nb) Wolfram (W) für hitzebeständige Stähle, meist in Verbindung mit Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Kobalt (Co) z. B. HSS Vanadium (V) meist in Verbindung mit Chrom und Molybdän z. B. X 22 Cr Mo V 12 1 (Turbinenschaufelstahl) Kobalt (Co) zur Herstellung von hochfestem Kobaltstahl mit Härten > 60 HRC. Daneben gibt es etliche Spezialstähle mit weiteren Komponenten.

Beispiel: X5CrNi18-10, Werkstoff-Nr. 1.4301. Die Zahl 43 steht laut Norm für „nichtrostend“, mit > 2,5 % Ni, ohne Mo, Nb und Ti. Entgegen der alten deutschen DIN-Schreibweise erfolgt diese Stahlbezeichnung nach EN ohne Leerstellen.

Als hochlegiert gilt ein Stahl dann, wenn der Massenanteil eines seiner Legierungselemente mehr als 5 % beträgt.

Für die Verarbeitung hochlegierter Stähle sind besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, da sowohl eingeatmete Schleifstäube als auch der Schweißrauch Krebs erregen können. Der beim Schleifverfahren entstehende Staub kann die Atmungsorgane reizen.

V2A und V4A Die Bezeichnungen V2A und V4A wurden Anfang des 20. Jahrhunderts in Deutschland für die ersten korrosionsbeständigen Stahlsorten mit brauchbaren technischen Eigenschaften gewählt. V stand für Versuch(sschmelze) und A für Austenit der Friedrich Krupp AG.

Die Bezeichnungen sind nicht eindeutig. Im Metallbau und Blechhandel sind mit V2A meist die CrNi-Stähle 1.4301, 1.4541 und 1.4307 gemeint, während V4A für die CrNiMo-Stähle 1.4401, 1.4571 und 1.4404 steht.

Die DIN EN ISO 3506-1 definiert die Kennzeichnung von CrNiMo-Stählen für Verbindungselemente und zählt 1.4401 zur Gruppe A4, 1.4404 zur Gruppe A4L und 1.4571 zur Gruppe A5.

Korrosionswiderstandsklassen im Bauwesen Die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung ABZ Z-30.3-6vom 22. April 2014 legt fünf Korrosionswiderstandsklassen (KWK) für tragende Anwendungen im Bauwesen fest und ordnet diese mechanischen Eigenschaften sowie Stahlgruppen bzw. Festigkeitsklassen der Verbindungsmittel nach DIN EN ISO 3506 zu.Merkblatt 875 - Edelstahl Rostfrei im Bauwesen: Technischer Leitfaden; Informationsstelle Edelstahl Rostfrei; 1. Auflage 2007

Ausschlaggebend für die Klassifizierung ist insbesondere die Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeit und sonstigen Witterungseinflüssen, Alkalien wie Mörtel und Beton, Säuren, die beispielsweise in manchen Holzsorten vorkommen, dem Chloridgehalt von Umgebungsluft oder Spritzwasser sowie Luftschadstoffen wie Schwefeldioxid.

Einige Edelstähle nach Werkstoffnummer und Verwendungszweck Anmerkung: Teilweise werden im Folgenden auch amerikanische AISI Werkstoffbezeichnungen angegeben, die international noch gebräuchlich sind. Die Toleranzen der AISI-Werkstoffbezeichnungen sind i. d. R. größer, sodass z. B. ein 1.4435 immer ein 316L ist, ein 316L aber u. a. auch ein 1.4404 sein kann.

WNr. 1.4003 (X2CrNi12) Ein ferritischer, korrosionsträger Stahl mit 10,5–12,5 % Chrom und einem Nickel-Zusatz. Er ist weit beständiger als allgemeine Baustähle, aber kostengünstiger als die höher legierten rost- und säurebeständigen Stähle. WNr. 1.4003 zeichnet sich durch eine Kombination guter Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit mit hohen statischen und dynamischen Festigkeitswerten, guter Schweißbarkeit und problemloser Verformbarkeit aus. Schweißen nach allen bekannten Verfahren ist ohne Schwierigkeiten möglich. Die Eigenschaften des Stahls werden durch Gefügeänderungen in der Wärmeeinflusszone nur unwesentlich beeinträchtigt. Seine Anwendung findet WNr. 1.4003 am besten dort, wo bisher unlegierte oder niedrig legierte Stähle zur Erreichung besserer Korrosionseigenschaften durch Streichen oder Beschichten oberflächenbehandelt werden mussten, wo aber die Verwendung eines rostbeständigen Edelstahls aus Preisgründen ausschied.

Verwendung: Schienenfahrzeugbau – Personen- und Güterwaggons etc.; Nutzfahrzeugbau – LKW-Aufbauten, Fördertechnik – Bandförderanlagen, Kippmulden etc.; Maschinen- und Apparatebau – Wassertechnik, Klimabereich, Zuckerindustrie, Agrartechnik – Silos, Stalleinrichtungen, Weinbaupfähle etc.; sonstiges – Profile, Konstruktionsbereich, Kabelschächte etc.

WNr. 1.4006 (X12Cr13), AISI 410 Ein martensitischer Chromstahl mit einem Chromgehalt von 11,5 bis 13,5 %. Er verbindet gute mechanische Eigenschaften mit guter Korrosionsbeständigkeit in gemäßigt aggressiven, chloridfreien Medien. Der Werkstoff ist gegen Wasserstoff und Schwefelwasserstoff beständig. Zum Erreichen optimaler Korrosionsbeständigkeit ist eine geglättete (industriepolierte) und rückstandsfreie Oberfläche erforderlich. Gute Beständigkeit in oxidierender Atmosphäre bis zu 600 °C ist gegeben. Der Werkstoff ist sowohl geglüht als auch vergütet lieferbar. Die Korrosionsbeständigkeit ist im vergüteten Zustand höher als im geglühten Zustand. Der Stahl ist gut schweißbar mit Lichtbogenhand- und WIG-Schweißverfahren. Widerstandsschweißen ist dagegen nur bedingt möglich. Vorwärmung ist erforderlich. Die spanabhebende Bearbeitung unterscheidet sich praktisch nicht von der unlegierter Kohlenstoffstähle gleicher Festigkeitsstufe.

Verwendung: Maschinenbau, Anlagenbau, Apparatebau, Pumpen, Wasserbau, Kücheneinrichtungen

WNr. 1.4016 (X6Cr17), AISI 430 Ein ferritischer, 17-prozentiger Chromstahl mit guter Korrosionsbeständigkeit, dessen Anteil an der Produktion von nichtrostenden Stählen bei ca. 16–18 % liegt. Die Polierfähigkeit ist sehr gut, ebenso die Tiefziehfähigkeit und die Biegefähigkeit. Ein Streckziehen ist nur im begrenzten Umfang möglich. Beim Umformen ist zu beachten, dass der Stahl bei Temperaturen unter 20 Grad Celsius zur Versprödung neigt. Die Kaltumformbarkeit wird verbessert, wenn man Werkstoff und Werkzeug auf 100 bis 300 Grad Celsius erwärmt, was besonders bei Blechstärken über 3 mm zu empfehlen ist. Scharfe Abkantungen parallel zur Walzrichtung sind zu vermeiden. Ein Schweißen ist mit elektrischen Verfahren möglich, im Schweißbereich tritt jedoch eine Versprödung und eine Verminderung der Korrosionsbeständigkeit ein. Die Zerspanbarkeit ist mit der legierter Einsatzstähle vergleichbar. Wie bei allen weichen Qualitäten muss mit der Bildung von Aufbauschneiden und einem behinderten Spanabfluss gerechnet werden.

Verwendung: Der hohe Chromgehalt verleiht dem Stahl eine gute Beständigkeit gegen Wasser, Wasserdampf, Luftfeuchtigkeit sowie schwache Säuren und Laugen. Die Anwendungsmöglichkeiten sind sehr vielfältig, z. B. für Haushalts- und Küchengeräte, im Gastgewerbe, bei der Nahrungsmittel- und Getränkeproduktion, in der Möbelindustrie, Innenarchitektur, Medizintechnik und in bestimmten Zweigen der chemischen Industrie, bei Sanitär-, Heizungs- und Klimaanlagen und in vielen anderen Bereichen.

WNr. 1.4021 (X20Cr13), AISI 420 Ein chromlegierter, nichtrostender Vergütungsstahl mit einem mittleren Kohlenstoffgehalt. Er wird stets im vergüteten Zustand verwendet. Eine gute Korrosionsbeständigkeit ist nur dann gewährleistet, wenn die Oberfläche fein geschliffen ist. Die Polierfähigkeit ist sehr gut. Ein Schweißen ist nur unter Anwendung bestimmter Vorsichtsmaßnahmen möglich und ist im Allgemeinen nicht zu empfehlen. Die Zerspanbarkeit ist mit legierten Vergütungsstählen vergleichbar und bereitet keine sonderlichen Schwierigkeiten.

Verwendung: Der Stahl kann überall dort eingesetzt werden, wo Bauteile, Geräte und Instrumente, die eine mittlere Festigkeit aufweisen sollen, einer Einwirkung von Wasser, Wasserdampf oder Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind. Er findet eine weite Verbreitung im Maschinenbau, Turbinenbau, Pumpenbau, für Armaturen, Messer, Haushaltsgeräte, Sportartikel, medizinische und chirurgische Instrumente etc.

WNr. 1.4104 (X14CrMoS17, früher X12CrMoS17), AISI 430F Ein vergütbarer, rostsicherer Automatenstahl mit 17 % Chrom und Molybdänzusatz, der zur Verbesserung der Zerspanbarkeit mit Schwefel legiert ist. Durch den höheren Schwefelgehalt werden die Korrosionsbeständigkeit und die Zähigkeit herabgesetzt. Für Kaltumformung ist diese Qualität nicht geeignet, ebenfalls nicht für Verbindungsschweißungen.

Verwendung: Für Drehteile bei Automatenarbeiten, wenn keine großen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gestellt werden.

WNr. 1.4301 (X5CrNi18-10), AISI 304, (V2A), SUS304