Schweisszusatzwerkstoffe - ISO Schweisstechnik AG

Wissenswertes über nichtrostende Edelstähle
Begriffbestimmung
Nichtrostender Stahl ist ein in Normen festgelegter Begriff für eine technisch
genau umrissene Gruppe von Stählen und steht für eine Vielfalt
von Bezeichnungen wie „rostbeständig“, „rostsicher“, „rostfrei“, „korrosionsbeständig“
usw. Nichtrostende Stähle sind Eisenbasiswerkstoffe
mit im allgemeinen mindestens 12% Chrom. Sie können darüber hinaus
andere Legierungselemente enthalten und zwar hauptsächlich Nickel und
Molybdän, die das Korrosionsverhalten verbessern.
Die wichtigste Eigenschaft der nichtrostenden Stähle ist ihre besondere
Beständigkeit gegenüber vielen aggressiven Medien. Chrom besitzt die
Fähigkeit sich bei der Anwesenheit von Sauerstoff mit einer dünnen
Oxidschicht zu überziehen. Das Metall wird dadurch gegenüber seiner
Umgebung in einen passiven Zustand versetzt. Stahl mit mindestens 12%
Chrom wird in ähnlicher Weise passiv wie das reine Chrom-Metall.
Gefügeausbildung
Austenit + Ferrit oder Vollaustenit
Die Gefügeausbildung ist abhängig von:
1) der chemischen Analyse
2) der Abkühlungsgeschwindigkeit bei der Erzeugung des Stahls
3) dem Kaltverformungsgrad
4) der Wärmebehandlung
Es wird unterschieden zwischen:
A) Austenit (96-98%) + Delta-Ferrit (4-12%) und
B) Voll-Austenit (100%)
A) Austenit+Delta-Ferrit: Man spricht von austenitischem Gefüge mit
gewissen Anteilen Ferrit, oder auch von labilem Austenit. Durch ein stabilisierendes
Glühen bei 1050°C mit anschliessender rascher Abkühlung
(Wasserabschreckung) wird der Ferritanteil vermindert, ohne dass dies
nachteilig ist. Ein gewisser Anteil im Stahl und besonders im Schweissgut
ist erwünscht (verhindert die Heissrissanfälligkeit). Ferrit erniedrigt die
Korrosionsbeständigkeit (besonders über 15%). Die max. Betriebstemperatur
für Stähle mit Ferrit soll 350°C nicht überschreiten. Ein Glühen
im Bereich von 500-950°C soll vermieden werden (Korrosions- und
Versprödungsgefahr).
B) Austenit (100%): Man spricht von Vollaustenit oder stabilem Austenit.
Er neigt zur Heissrissanfälligkeit und Wiederaufschmelzungsrissen. Er hat
eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit und mech. Eigenschaften besonders
bei tiefen Temperaturen.
Chemische Analyse für Austenitischen Chrom-Nickel-Stahl:
C Kohlenstoff 0.03-0.12% Austenitbildner
Cr Chrom 17.0-20.0% Ferritbildner
Ni Nickel 8.0-12.0% Austenitbildner
Nb Niob (8x% C) Stabilisation
Ti Titan (5x% C) Stabilisation
Si Silizium etwa 1% Desoxidation
Mn Mangan etwa 2% Desoxidation
Mo Molybdän 0-2.5% Ferritbildner
Korrosionsarten
Die Bezeichnung „nichtrostend“ oder „rostfrei“ bürgt nicht für eine absolute
Beständigkeit. Je nach Zusammensetzung und Beanspruchung können
auch die nichtrostenden Stähle angegriffen werden. Folgende Arten von
Korrosionsangriffen können vorkommen:
A) Allgemeine Korrosion: Man spricht von allgemeiner Korrosion, wenn
die ganze Stahloberfläche gleichmässig angegriffen wird. Sie ist abhängig
vom umgebenden Medium.
B) Interkristalline Korrosion oder Kornzerfall: Ein Angriff, der den
Korngrenzen folgt. Dies kann entstehen, wenn ein austenitischer Stahl zu
lange im kritischen Temperaturbereich von ca. 550°C -850°C gehalten
wird. Dabei werden Chromkarbide an den Korngrenzen ausgeschieden,
die mit sauren Medien zum Kornzerfall führen.
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Einfluss des Kohlenstoffgehaltes auf die Interkristalline Korrosion:
C-Gehalt Stabilisiert Anfällig gegen I.K.
max. 0.03% nicht nötig nicht möglich
0.03-0.07 nicht stabilisiert möglich
0.03-0.07 stabilisiert (Ti.Nb) nicht möglich
0.07-0.12 nicht stabilisiert anfällig
0.07-0.12 stabilisiert (Ti.Nb) anfällig
Merke: Bei niedrigerem Kohlenstoffgehalt ist die Anfälligkeit des
Materials für interkristalline Korrosion geringer!
Die Zeit-/Temperaturkurven dieses Diagramms beziehen sich auf ein und
denselben austenitischen Chrom-Nickel-Stahl ohne Molybdän. Der Kohlenstoffgehalt
wurde jedoch variiert. Bei niedrigeren Kohlenstoffgehalten
dauert es, wie man sieht, länger ehe interkristalline Korrosion entsteht.
Beim Versuch wurden die Proben 216 Std in einer Lösung aus 10% Kupfersulfat
(CuSo 4 ) in 10% Schwefelsäure (H 2 So 4 ) gekocht.
C) Lochfrass: Oertliche Angriffe mit geringer Flächenausbreitung aber
oft beträchtlicher Tiefe. Lochfrass wird hauptsächlich in Gegenwart von
Halogenverbindungen, vorab Chloriden, hervorgerufen, die ein Durchbrechen
der passiven Oberflächenschicht verursachen. Durch Erhöhen
der Cr- und Mo-Gehalte kann die Lochfrasskorrosion vermindert werden.
D) Spannungsrisskorrosion: Transkristalline Rissbildung als Folge des
Zusammenwirkens von Zugspannungen und meist chlorhaltigen Verbindungen.
E) Spaltkorrosion: Unter Spaltkorrosion versteht man örtliche Angriffe,
die sich in engen Spalten bei verminderter Sauerstoffzufuhr ergeben.
F) Galvanische Korrosion: Wenn ein Stahl in einem Elektrolyt mit einem
edleren Metall in Kontakt kommt bezeichnet man den dadurch verursachten
Angriff als galvanische Korrosion. Das unedlere Metall wird verstärkt
angegriffen.
Sigma-Phasenausscheidung bei 600-900°C:
Sigma-Phasenausscheidung tritt bei austenitischen Cr-Ni-Stählen und
beim Schweissgut auf, wenn sie längerer Zeit Temperaturen zwischen
600°-900°C ausgesetzt sind. Die Sigma-Phase scheidet sich wesentlich
früher aus wenn Ferrit vorhanden ist. Dagegen scheidet sich die Sigma-
Phase bei Vollaustenit erst nach längerer Zeit aus. Sigma-Phase vermindert
Korrosionsbeständigkeit. Sie verschlechtert die Kerbzähigkeit besonders
bei tiefen Temperaturen.
Abhilfe: Durch Lösungsglühen
(1050°C/
Wasser) wird die Sigma-Phase
wieder in
Delta-Ferrit bzw. Austenit
aufgelöst, wodurch
der schädliche Einfluss
beseitigt wird.