Allgemeine Merkmale

Produkte aus nichtrostendem Stahl sind für den Einsatz in aggressiven Umgebungen bei normalen oder hohen Temperaturen konzipiert. Die grundlegende Anforderung an nichtrostende Stähle ist die Korrosionsbeständigkeit, die von der Legierungszusammensetzung, dem Gefügezustand, der Aggressivität des korrosiven Mediums und den angewandten Belastungen abhängt. Die Korrosionsbeständigkeit wird durch die Bildung eines starken Passivfilms auf der Oberfläche des Produkts bestimmt, der das Eindringen der korrosiven Substanz in die tieferen Schichten des nichtrostenden Stahls verhindert.

Chrom

Es ist eines der stärksten Passivierungsmittel in oxidierenden Umgebungen. Es bildet eine sehr dünne, unsichtbare Schicht aus Chromoxid auf der Oberfläche der Legierung. Die Schichtdichte und die Korrosionsschutzeigenschaften des nichtrostenden Stahls nehmen mit steigendem Chromanteil zu. Bei 12-13% Cr wird der Stahl rostfrei, d.h. er ist beständig gegen Luft- und Bodenfeuchtigkeit. Eine Erhöhung des Chromgehalts auf 28-30 % macht die Legierung in hochkorrosiven Umgebungen beständig. Chrom ist ein ferritisches Element, daher werden Stähle mit hohem Chromgehalt (16-30 %) als ferritisch eingestuft. Die Zähigkeit des Ferrits macht sie unempfindlich gegen Härtung, so dass sie sich durch geringe Festigkeitseigenschaften auszeichnen, was ihre Anwendung einschränkt. Rein ferritische Stähle auf der Basis von 25-28 % Cr (X25, X28 usw.) mit geringen Zusätzen von Titan oder Stickstoff (zur Kornfeinung) werden als hitzebeständige, nicht tragende Stähle verwendet.

Festigkeit und Duktilität

Diese Eigenschaften eines Metalls hängen von vielen Faktoren ab: von der Kristallstruktur, der Bindungsenergie der Atome im Kristallgitter, der Reinheit des Metalls, der chemischen Zusammensetzung, der Reinheit der Grenzflächen und anderen Faktoren. Nach modernen Konzepten wird die plastische Verformungsbeständigkeit hauptsächlich durch die Anzahl der Unvollkommenheiten in der Kristallgitterstruktur, insbesondere der Versetzungen, bestimmt. Eine hohe Festigkeit kann erreicht werden, indem die Anzahl der Versetzungen verringert oder umgekehrt erheblich erhöht wird.

Festigkeitssteigerung

Die Frage der Schaffung defektfreier Werkstoffe ist in der praktischen Anwendung noch nicht gelöst, aber die Verfestigung durch Erhöhung der Anzahl von Versetzungen und anderen Unvollkommenheiten ist weit verbreitet. Die Verfestigung von nichtrostenden Stählen, die Mischkristalle sind, erfolgt durch die Wechselwirkung von Fremdatomen - die nicht das Gitter des Grundmischkristalls bilden - mit Versetzungen. Eine bedeutendere Verfestigung von Stählen erfolgt jedoch durch die Scherblockierung von hochdispersen Teilchen einer anderen Phase als Ergebnis von Legierungen und einer geeigneten Wärmebehandlung. Die Verfestigung entspricht einem feinen Gefüge mit 20-50 nm (200-500 A) Ausscheidungen der zweiten Phase, die gleichmäßig über das gesamte Kornvolumen verteilt sind. Ein Wachstum der Ausscheidungen auf 100 nm (1000 A) und mehr führt zu einer Erweichung des Stahls.

Martensitische Sorten

Martensitische Chromstähle mit einem reduzierten Chromgehalt (12-18 %) werden verwendet, wenn sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch hohe Festigkeit erforderlich sind. Diese Stähle sind zum Härten geeignet. Der Kohlenstoffgehalt beträgt in der Regel 0,1-0,4% (1X13-4X13-Stähle). Der Kohlenstoffgehalt kann auf 1 % (9X18-Stahl) erhöht werden, wenn nach dem Härten eine hohe Härte erreicht werden soll. Stähle dieser Art werden bei der Herstellung von Messern, Scheren, chirurgischen Werkzeugen und Kunststoffformen verwendet, und Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt werden bei der Herstellung von Kugellagern eingesetzt, die in korrosiver Umgebung arbeiten. Sie alle sind jedoch für hohe Temperaturen ungeeignet.

Legieren
Mit steigender Temperatur werden die Atome im Kristallgitter schwächer, die Beweglichkeit der Atome nimmt zu und die Verfestigungsphase (hauptsächlich Chromkarbide) vergrößert sich, die Verfestigungsphase wird kugelförmig und die Legierungselemente werden zwischen dem Mischkristall und der Verfestigungsphase umverteilt. Dies führt zu einer Erweichung des nichtrostenden Stahls. Die langfristige Erhaltung der Festigkeit bei hohen Temperaturen wird durch die Verlangsamung der Diffusionsprozesse begünstigt, die durch eine optimale Legierung erreicht werden kann.

Gießtechnik

Um die Qualität der Oberfläche des Barrens zu verbessern und die Titanporosität zu verringern, muss nichtrostender Stahl mit hoher Geschwindigkeit gegossen werden, um die Oberfläche des Metalls in der Form durch eine reduzierende Atmosphäre oder Schlacke und den Metallstrahl während des Gießens - durch Inertgase - zu schützen.

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