Edelstahl enthält mindestens 10.5 % Chrom, das eine schützende Oxidschicht bildet, die Rost und Korrosion verhindert. Dieses vielseitige Material gibt es in fünf Hauptgruppen: austenitisch, ferritisch, martensitisch, Duplex und ausscheidungsgehärtet. Jede Gruppe verfügt über einzigartige Eigenschaften, die sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet machen.
Austenitische Edelstähle machen 70 % der Edelstahlproduktion aus und enthalten 16–25 % Chrom und 8–20 % Nickel. Sie haben eine kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur, die im geglühten Zustand nicht magnetisch bleibt.
Diese Stähle können nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden, sondern nur durch Kaltumformung, wodurch sich ihre Festigkeit etwa verdoppeln lässt. Im geglühten Zustand hat die Güte 304 eine Zugfestigkeit von 515–750 MPa und eine Streckgrenze von etwa 215 MPa bei hervorragender Dehnung von über 40 %.
Austenitische Sorten bieten die beste allgemeine Korrosionsbeständigkeit unter den Edelstahlfamilien. Sie widerstehen effektiv atmosphärischer Korrosion, Süßwasser und vielen Chemikalien. Sie sind jedoch anfällig für chloridbedingte Lochfraßkorrosion und Spannungsrisskorrosion in heißen Chloridlösungen.
Austenitischer Edelstahl wird in Lebensmittelverarbeitungsanlagen, Küchenspülen, Rohrleitungen in Chemieanlagen und medizinischen Geräten eingesetzt. Seine Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit und Leistungsfähigkeit sowohl bei kryogenen als auch bei erhöhten Temperaturen macht ihn unglaublich vielseitig.
Ferritische Edelstähle sind reine Chromstähle mit 10.5–18 % Chrom, sehr geringem Kohlenstoffgehalt (typischerweise unter 0.12 %) und wenig bis gar keinem Nickel. Sie behalten eine kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur und bleiben bei Raumtemperatur magnetisch.
Diese Stähle können nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden. Die Güte 430 beispielsweise weist eine mittlere Festigkeit mit einer Zugfestigkeit von etwa 450 MPa und einer Streckgrenze von 205 MPa im geglühten Zustand auf. Im Vergleich zu austenitischen Güten weisen sie eine eingeschränkte Duktilität (20–30 % Dehnung) auf.
Ferritische Güten bieten eine moderate Korrosionsbeständigkeit – besser als Kohlenstoffstahl, aber im Allgemeinen schlechter als austenitische Güten. Aufgrund ihrer ferritischen Struktur sind sie besonders beständig gegen Spannungsrisskorrosion durch Chlorid. Ferritische Güten mit hohem Chromgehalt halten Temperaturen bis zu 815 °C ohne übermäßige Verzunderung stand.
Zu den gängigen Anwendungsgebieten zählen Autoabgassysteme, Innenausstattungen von Küchengeräten und architektonische Zierelemente. Aufgrund ihrer geringen Kosten (kein teures Nickel) werden sie gerne für Konsumgüter verwendet, die eine mäßige Korrosionsbeständigkeit erfordern.
Martensitische Edelstähle enthalten 11–18 % Chrom mit einem höheren Kohlenstoffgehalt (0.1–1.2 %), der eine Härtung durch Wärmebehandlung ermöglicht. Sie haben typischerweise einen minimalen Nickelgehalt (0–2 %) und sind ferromagnetisch.
Der Hauptvorteil liegt in der Härtbarkeit durch Abschrecken und Anlassen. Güte 410 kann nach entsprechender Wärmebehandlung eine Härte von HRC 40–45 und eine Zugfestigkeit von über 1000 MPa erreichen. Dies geht jedoch mit einer verringerten Duktilität einher – die Dehnung kann im gehärteten Zustand auf 10 % oder weniger sinken.
Martensitische Sorten weisen die geringste Korrosionsbeständigkeit unter den rostfreien Werkstoffen auf. Der höhere Kohlenstoffgehalt bindet einen Teil des Chroms in Form von Karbiden, wodurch weniger freies Chrom für den Korrosionsschutz zur Verfügung steht. Sie sind in milden Umgebungen ausreichend leistungsfähig, können aber unter aggressiven Bedingungen rosten.
Diese Stähle werden vor allem in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Härte und gleichzeitig eine gewisse Korrosionsbeständigkeit erfordern: Messerklingen, chirurgische Instrumente, Ventilteile, Pumpenwellen und Lager. Die Güte 410 ist für allgemeine Anwendungen geeignet, während die Güten 420 und 440C für Schneidwerkzeuge eine noch höhere Härte bieten.
Duplex-Edelstähle haben eine gemischte Mikrostruktur – etwa 50 % Austenit und 50 % Ferrit. Sie enthalten 18–28 % Chrom, 4–8 % Nickel, 2.5–4 % Molybdän und 0.1–0.3 % Stickstoff. Die Sorte 2205, die am häufigsten verwendete Duplex-Sorte, enthält etwa 22 % Chrom, 5 % Nickel und 3 % Molybdän.
Diese Stähle weisen etwa die doppelte Streckgrenze austenitischer Güten auf. Güte 2205 hat eine Streckgrenze von 450–550 MPa im Vergleich zu 240 MPa bei 304, wobei die Dehnung um 25 % erhalten bleibt. Aufgrund der Ferritphase sind sie magnetisch.
Duplex-Stahl bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, die oft besser ist als die von Edelstahl 316. Ihr hoher Chrom-, Molybdän- und Stickstoffgehalt verleiht ihnen eine Lochfraßbeständigkeit (PREN) von über 35, deutlich höher als die PREN von 26 bei Edelstahl 316. Sie sind äußerst beständig gegen Spannungsrisskorrosion durch Chloride.
Duplexstähle finden sich in Offshore-Ölplattformen, chemischen Prozessanlagen, Entsalzungsanlagen und Schiffsausrüstung. Ihre hohe Festigkeit ermöglicht dünnere Wandstärken in Druckbehältern und Tanks und sorgt so für Gewichts- und Kosteneinsparungen.
PH-Edelstähle erreichen ihre hohe Festigkeit durch Aushärtungswärmebehandlung. Sie enthalten typischerweise 15–17.5 % Chrom, 4–8 % Nickel sowie Zusätze von Kupfer, Niob, Aluminium oder Titan, die härtende Niederschläge bilden. Die Güteklasse 17-4PH enthält etwa 17 % Chrom, 4 % Nickel und 4 % Kupfer.
Nach der Alterungsbehandlung erreichen diese Stähle Zugfestigkeiten von 1000–1500 MPa. Die bei 480 °C gealterte Güte 17-4PH erreicht eine Zugfestigkeit von etwa 1400 MPa bei einer Härte von 40–44 HRC. Selbst im lösungsgeglühten Zustand weisen sie eine beachtliche Festigkeit von etwa 1050 MPa auf.
PH-Güten bieten in vielen Umgebungen eine mit Edelstahl 304 vergleichbare Korrosionsbeständigkeit. Sie sind beständig gegen atmosphärische Korrosion, Süßwasser und milde Chemikalien und übertreffen herkömmliche martensitische Güten wie 410.
Zu den gängigen Anwendungen zählen Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, Gasturbinenteile, hochfeste Verbindungselemente, Pumpenwellen und medizinische Instrumente. Die Fähigkeit, Komponenten im weichen Zustand zu bearbeiten und anschließend durch Aushärten auf ihre volle Festigkeit auszuhärten, macht sie besonders für komplexe Teile wertvoll.
| Klasse | Typ | Cr (Gew.-%) | Ni (Gew.-%) | Mo (Gew.-%) | C (Gew.-%) | Weitere Schlüsselelemente |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 304 (S30400) | Austenitisch | 18 bis 20 | 8.0 bis 10.5 | - | ≤ 0.08 | Gleichgewicht Fe |
| 316 (S31600) | Austenitisch | 16 bis 18 | 10 bis 14 | 2.0 bis 3.0 | ≤ 0.08 | Mo für Lochfraßbeständigkeit |
| 430 (S43000) | Ferritisch | 16 bis 18 | ≤ 0.75 | - | ≤ 0.12 | Kostengünstiger gerader Cr-Stahl |
| 410 (S41000) | Martensitisch | 11.5 bis 13.5 | ≤ 0.75 | - | 0.08 bis 0.15 | Hoher C-Wert ermöglicht Aushärtung |
| 904L (N08904) | Hochlegierter Austenit | 19 bis 23 | 23 bis 28 | 4.0 bis 5.0 | ≤ 0.02 | Cu 1-2 %; N ≤0.1 % |
| 2205 (S32205) | Duplex | ~ 22 | ~5 | ~3 | ≤ 0.03 | N ~0.14 % für Phasengleichgewicht |
| 17-4PH (S17400) | Ausscheidungshärtung | 15.0 bis 17.5 | 3.0 bis 5.0 | - | ≤ 0.07 | Cu 3-5%; Nb 0.15-0.45% |
Die Güteklasse 304, auch als Edelstahl 18/8 bekannt, ist der vielseitigste und am weitesten verbreitete Edelstahl. Er enthält 18–20 % Chrom und 8–10.5 % Nickel, wobei der Kohlenstoffgehalt auf 0.08 % begrenzt ist.
Im geglühten Zustand hat 304 eine Zugfestigkeit von 515–750 MPa und eine Streckgrenze von etwa 215 MPa bei einer hervorragenden Dehnung von über 40 %. Eine Verstärkung durch Kaltverformung kann die Zugfestigkeit auf 800–1100 MPa steigern.
304 ist hervorragend beständig gegen atmosphärische Korrosion, Süßwasser und viele organische Chemikalien. In chloridhaltigen Umgebungen wie Meerwasser neigt es jedoch zu Lochfraß. Die kohlenstoffarme Variante 304L verhindert eine Sensibilisierung beim Schweißen.
Bei der Güteklasse 316, dem rostfreien Stahl der „Marinequalität“, werden 2–3 % Molybdän zu einer Zusammensetzung hinzugefügt, die der von 304 ähnelt. Dieser Molybdänzusatz verbessert die Beständigkeit gegen Loch- und Spaltkorrosion erheblich.
Die mechanischen Eigenschaften entsprechen weitgehend denen von 304, mit einer Zugfestigkeit von 515–720 MPa und einer Streckgrenze von 200–240 MPa im geglühten Zustand. Die Variante 316L mit weniger als 0.03 % Kohlenstoff verhindert eine Sensibilisierung.
Durch das Molybdän ist 316 in chloridhaltigen Umgebungen 304 weit überlegen. Es widersteht Meeresatmosphären, Seewasserspritzern und chemischen Umgebungen mit Chloriden, die bei 304 zu Lochfraß oder Rissen führen würden.
Die Güte 430 enthält 16–18 % Chrom und praktisch kein Nickel und ist damit eine der wirtschaftlichsten Edelstahlsorten. Der Kohlenstoffgehalt ist auf 0.12 % begrenzt.
Geglühter 430 hat eine Zugfestigkeit von etwa 450 MPa und eine Streckgrenze von 205 MPa bei etwa 22 % Dehnung. Es ist magnetisch und kann nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden.
430 eignet sich gut für milde Umgebungen und verträgt dauerhaft Temperaturen von bis zu 815 °C. Es ist jedoch weniger korrosionsbeständig als 304 und rostet bei Salznebel oder Küsteneinwirkung.
Die Güteklasse 410 enthält 11.5–13.5 % Chrom und 0.1–0.15 % Kohlenstoff und bietet damit gerade genug von jedem für eine leichte Korrosionsbeständigkeit und Härtbarkeit.
Im gehärteten und angelassenen Zustand erreicht 410 eine Härte von 40–45 HRC bei einer Zugfestigkeit von über 1000 MPa. Im geglühten Zustand ist es relativ weich und hat eine Zugfestigkeit von 480–700 MPa.
410 bietet eine gute Beständigkeit gegen leichte Korrosion, insbesondere im gehärteten und polierten Zustand. Es ist in Dampf und verdünnten Säuren ausreichend beständig, rostet jedoch unter chloridreichen Bedingungen.
Die Güte 904L ist ein superaustenitischer Stahl mit 19–23 % Chrom, 23–28 % Nickel, 4–5 % Molybdän und 1.5 % Kupfer. Der Kohlenstoffgehalt ist mit maximal 0.020 % extrem niedrig.
Im lösungsgeglühten Zustand hat 904L eine Zugfestigkeit von etwa 490 MPa und eine Streckgrenze von 220 MPa bei einer Dehnung von über 35 %. Wie andere Austenite kann es nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden.
904L bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Schwefel- und Phosphorsäure. Es verträgt kochende Schwefelsäure mit einer Konzentration von bis zu 40–50 % und widersteht chloridbedingter Korrosion besser als 316.
Die Sorte 2205 enthält ungefähr 22 % Chrom, 5 % Nickel, 3 % Molybdän und 0.14–0.20 % Stickstoff, wodurch eine ausgewogene Austenit-Ferrit-Struktur entsteht.
Diese Duplexstruktur bietet eine Streckgrenze von 450–550 MPa – das Doppelte von 316L – bei gleichzeitiger Beibehaltung einer Dehnung von 25 %. Die Zugfestigkeit erreicht im geglühten Zustand 700–800 MPa.
Der PREN-Wert von 35–40 für 2205 weist auf eine hervorragende Lochfraßbeständigkeit hin und übertrifft den PREN-Wert von 26 für 316L bei weitem. Bis zu 150 °C ist es praktisch immun gegen Spannungsrisskorrosion durch Chloride.
17-4PH enthält 15–17.5 % Chrom, 3–5 % Nickel, 3–5 % Kupfer und 0.15–0.45 % Niob. Der Name leitet sich von seinem nominalen Gehalt von 17 % Chrom und 4 % Nickel ab.
Nach der Alterung bei 482 °C (H900-Bedingung) erreicht 17-4PH eine Zugfestigkeit von 1310–1400 MPa bei einer Streckgrenze von 1100–1300 MPa und einer Härte von etwa HRC 44. Die Eigenschaften können durch Variation der Alterungstemperatur angepasst werden.
17-4PH bietet in den meisten Umgebungen eine mit 304 vergleichbare Korrosionsbeständigkeit. Es widersteht atmosphärischer Korrosion, Süßwasser und milden Säuren gut und übertrifft martensitische Güten wie 410 deutlich.
Typ 303 ist im Wesentlichen 304 mit 0.15–0.35 % Schwefelzusatz zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit. Der Schwefel bildet Mangansulfideinschlüsse, die Schneidwerkzeuge während der Bearbeitung schmieren.
Bei dieser Automatensorte wird etwas Korrosionsbeständigkeit und Duktilität geopfert, um die Bearbeitbarkeit im Vergleich zum Standard 304 zu verbessern. Sie wird nicht für den Einsatz in Meeresumgebungen oder stark säurehaltigen Umgebungen empfohlen.
Die Typen 321 und 347 sind stabilisierte austenitische Güten ähnlich wie 304, jedoch mit Zusätzen von Titan (321) oder Niob (347). Diese Elemente verhindern die Bildung von Chromkarbid beim Schweißen oder bei hohen Temperaturen.
Durch die Stabilisierung behalten diese Güten ihre Korrosionsbeständigkeit auch nach längerer Einwirkung von 450–800 °C, während Standard 304 sensibilisiert und anfällig für interkristalline Korrosion wird.
Die Typen 201 und 202 sind nickelarme austenitische Stähle, bei denen Mangan (5.5–7.5 %) und Stickstoff das teure Nickel teilweise ersetzen. Sie enthalten 16–18 % Chrom und nur 3.5–5.5 % Nickel.
Diese Güten bieten ähnliche mechanische Eigenschaften wie 304, sind jedoch kostengünstiger, weisen jedoch eine leicht verringerte Korrosionsbeständigkeit und eine erhöhte Kaltverfestigungstendenz auf.
Typ 409 enthält nur 10.5–11.75 % Chrom mit Titanstabilisierung und ist damit einer der günstigsten verfügbaren Edelstahlsorten.
Obwohl es von allen rostfreien Sorten die geringste Korrosionsbeständigkeit aufweist und in aggressiven Umgebungen Oberflächenrost bildet, hält es hohen Temperaturen gut stand und ist beständig gegen Durchrostung.
Typ 420 ist eine martensitische Sorte mit höherem Kohlenstoffgehalt, 12–14 % Chrom und 0.3 % Kohlenstoff. Bei richtiger Härtung erreicht sie eine Härte von HRC 50.
Dieser Edelstahl in „Besteckqualität“ bietet bei guter Politur und Härtung eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit für Wasser und milde Umgebungen.
Typ 440C ist der härteste Standard-Edelstahl und enthält 0.95–1.2 % Kohlenstoff und 16–18 % Chrom. Er kann auf eine Härte von HRC 58–62 wärmebehandelt werden.
Während es unter milden Bedingungen eine anständige Korrosionsbeständigkeit aufweist, bindet der hohe Kohlenstoffgehalt Chrom, wodurch die Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Sorten mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt verringert wird.
Superduplex Typ 2507 enthält 25 % Chrom, 7 % Nickel, 4 % Molybdän und 0.25 % Stickstoff. Es bietet eine noch höhere Korrosionsbeständigkeit als 2205 mit einem PREN-Wert von über 40.
Die Streckgrenze erreicht 800–900 MPa und bietet außergewöhnliche Festigkeit sowie überlegene Beständigkeit gegenüber warmem Meerwasser und Umgebungen mit hohem Chloridgehalt.
15-5 PH enthält 15 % Chrom und 5 % Nickel mit Zusätzen von Kupfer und Niob. Es wurde entwickelt, um insbesondere in dicken Abschnitten eine bessere Zähigkeit als 17-4PH zu gewährleisten.
Die mechanischen Eigenschaften entsprechen denen von 17-4PH mit einer Zugfestigkeit von bis zu 1400 MPa im gealterten Zustand, aber 15-5 PH behält bei gleichwertigen Festigkeitsniveaus eine höhere Bruchzähigkeit bei.
