Rostfreier Stahl
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Einordnung: Werkstoff | Legierung
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Rostfreier Stahl ist eine umgangssprachlicher Ausdruck für rost- und säurebeständigen Stahl und zeichnet sich durch einen Anteil von mindestens 10,5 bis 13 Prozent Chrom aus, der im austenitischen oder ferritischen Mischkristall gelöst sein muss. Der Effekt beruht darauf, dass sich durch diesen hohen Chromanteil eine schützende und dichte Passivschicht aus Chromoxid an der Werkstoffoberfläche ausbildet. Weitere Legierungsbestandteile, wie Nickel, Molybdän, Mangan und Niob, führen zu einer noch besseren Korrosionsbeständigkeit oder günstigeren mechanischen Eigenschaften.
Rostfreier Stahl kann unter gewissen Rahmenbedingungen, z. B. in der chlorgashaltigen Luft in Hallenbädern, durchaus erhebliche Korrosionserscheinungen zeigen. Hier ist die richtige Werkstoffwahl (Zusammensetzung der Legierung) von entscheidender Bedeutung. Meist erreicht man die Beständigkeit in chloridhaltigen Medien durch Zulegieren von mindestens 2 Prozent Molybdän (z.B. X5CrNiM0 17-12-2)
Seit der Patenterteilung auf Stähle mit "hoher Widerstandskraft gegen Korrosion" im Jahr 1912 durch die Firma Fried. Krupp AG in Essen hat die Produktion von rostfreiem Stahl einen gewaltigen Aufschwung genommen. Auslöser für die Entwicklung eines solchen Stahls war die aufstrebende chemischen Industrie im Deutschen Reich. Die damaligen Syntheseverfahren mit Heißdampf, säurehaltigen Medien und sehr hohen Temperaturen ließen herkömmliche Stähle spröde (Wasserstoffsprödigkeit) und rissig werden. Viele damalige Reaktoren waren bis dato aus Granit gefertigt, um diese Nachteile zu umgehen. Die 1913 anlaufende Ammoniaksynthese (Haber-Bosch-Verfahren) konnte nur durch den Einsatz von austenitischen CrNi-Stählen, wie sie Krupp ein Jahr zuvor entwickelt hatte, realisiert werden. Die parallele Entwicklung der Stahl-und Chemieindustrie, insb. dieser beiden Ereignisse, war deshalb kein Zufall.
Wegen der guten Umformbarkeit von Blechen aus rostfreiem Stahl, finden Teile aus diesem Material eine immer größere Verbreitung in der Industrie, im Haushalt oder auch in medizinischen Geräten. Obwohl sich die meisten rostfreien Stähle nur sehr schlecht zerspanen lassen, bietet ihr Einsatz überwiegend Vorteile. Hier sind beispielsweise neben hygienischen Aspekten auch die Langlebigkeit der produzierten Teile und Vorteile im Umweltschutz zu nennen. Nachteil ist jedoch die zumeist geringe Zugfestigkeit und oft fehlende Härtbarkeit gegenüber anderen Stählen.
Ohne rostfreien Stahl wären viele Kryostaten nicht realisierbar. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit und dünne Wandungen (zum Beispiel Rohre mit < 0,3 mm Wandstärke) ermöglichen eine gute Isolation zwischen Kryoflüssigkeit und Raumtemperatur. Weitere Vorteile sind UHV-Dichtheit von Schweiß-Verbindungen und geringer Ferromagnetismus.
Synonyme für rostfreien Stahl sind Edelstahl rostfrei, STAINLESS, INOX sowie Markennamen wie, V2A ((Versuchsschmelze 2 Austenit, entstand 1912 für Leg.-Typ X5CrNi18-8), V4A (wie V2A, jedoch zusätzlich mit 2% Mo legiert), Nirosta (Krupp), Remanit (Thyssen) oder Cromargan (WMF) .
Der häufigste Legierungstyp eines nichtrostenden Stahls, der uns im Alltag begegnet, ist die Legierung X5CrNi 18-10 (Werkstoff-Nr. 1.4301). Hierbei handelt es sich um einen relativ weichen nickelhaltigen, nicht magnetischen Austenit-Stahl, für z. B. Töpfe, Gabel, Löffel, Spülbecken u. Ä. Für Werkzeuge und Messer werden jedoch härtbare martensitisch-ferritische Stähle verwendet, die neben Chrom oft auch Vanadium und Molybdän beinhalten und die magnetisch sind. Anstelle von Nickel kann für austenitische Stähle auch das billigere Mangan als Legierungselement verwendet werden, die allgemeine Qualität dieser Stähle ist aber niedriger.
Die Beständigkeit gegenüber Korrosion sinkt mit steigendem Kohlenstoffgehalt, da Chrom eine hohe Kohlenstoffanffinität besitzt und sich hartes, sprödes Chromkarbid vorwiegend an den Korngrenzen bildet, zu Lasten von schützendem Chromoxid. Außerdem neigen dann die Stähle zur interkristallinen Korrosion. Um diesem Effekt entgegenzuwirken und damit auch die Schweißbarkeit zu verbessern, wird der Kohlenstoffgehalt niedrig gehalten und die entsprechenden Stahlsorten noch durch Zugabe von Niob oder Titan (die eine höhere Affinität zum Kohlenstoff als Chrom haben), stabilisiert.
Bei Schrauben aus rostfreien Stählen steht häufig die Bezeichnung A2-70. Hierbei steht A2 für die Stahlsorte (A= austenitisch, 2 die Sorte ), 70 für 1/10 der Zugfestigkeit von 700 MPa. Für den Offshore-Bereich sind Schrauben aus A4-80 oder aus dem Sonderwerkstoff mit der Nummer 1.4439 zu bevorzugen. Schraubenwerkstoffe aus nichrostenden Stählen und deren Bezeichnungen sind in der Norm EN ISO 3506 genormt.
In der europäischen Norm DIN EN 10088, Teil 1-3 sind die technischen Lieferbedingungen für nichtrostende Stähle allgemein geregelt.
Nicht mehr zu Stählen gezählt werden Ni-Cr Legierungen, die weniger als 50 % Eisen enthalten und noch bessere Eigenschaften bezüglich Korrosions- und Warmfestigkeit haben, wie Inconel, Incaloy, Hastelloy. Letztere ist eine Hochkorrosionsbeständige Nickel-Chrom-Legierung, die in verschiedenen Legierungen noch unterteilt ist, je nach Zusätze (H-C4 oder H-C22). Hastelloy ist ein geschützter Name der amerikanischen Fa. Haynes.
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