Verschiedene Edelstahlsorten für unterschiedliche Einsatzgebiete
Basierend auf ihrer Kristallstruktur werden Edelstähle in ferritische, austenitische und martensitische Sorten unterschieden. Ferritische Stähle bestehen in erster Linie aus Eisen und Kohlenstoff. Als Legierungselement kommt Chrom hinzu, dessen Anteil 13 bis 18 % betragen kann. Um die Eigenschaften des Materials zu optimieren, können weitere Elemente wie Titan, Niob oder Zirkonium hinzugefügt werden. Diese können zum Beispiel die Härte erhöhen oder die Schweißbarkeit verbessern. Ferritische Gefüge sind leicht magnetisch und nicht härtbar.
Austenitische Stähle enthalten relativ hohe Chrom- und Nickelanteile (6 bis 26 %). Diese beiden Elemente machen gemeinsam mindestens ein Viertel der Gesamtlegierung aus. Die bekanntesten Sorten sind V2A (Werkstoffnummer: 1.4301) und V4A (Werkstoffnummern: 1.4401, 1.4404 und 1.4571). V2A ist säurebeständig, mit allen Verfahren gut schweißbar und bis zu 600 °C hitzebeständig. Er eignet sich besonders gut zum Tiefziehen, Rundbiegen und Abkanten. V4A wird zusätzlich mit 2 % Molybdän legiert. Dadurch ist dieser Stahl widerstandsfähiger gegen Korrosion in chloridhaltigen Medien.
Besonders strapazierfähig sind martensitische rostfreie Stähle. Bezüglich ihrer Zusammensetzung ähneln sie dem ferritischen Stahl und sind wie dieser magnetisch. Typischerweise enthalten sie einen relativ hohen Anteil an Kohlenstoff (0,1 bis 1,2 %), 12 bis 16 % Chrom und einen geringen Anteil Nickel, seltener Molybdän. Sie können durch schnelles Abkühlen auf mehr als 1.000 HV gehärtet werden, lassen sich danach aber weder schweißen noch plastisch verformen. Die Korrosionsbeständigkeit ist aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts in aller Regel schlechter als bei den anderen Sorten.
Eine weitere Variante ist Duplex-Edelstahl, eine Kombination aus austenitischen und ferritischen Kristallstrukturen innerhalb eines Werkstoffs. Dieser Stahl erreicht doppelt so hohe Streckgrenzen wie austenitischer Edelstahl. Weitere Vorteile sind eine erhöhte Härte, ein geringerer Ausdehnungskoeffizient sowie verbesserte Schweißbarkeit und Zähigkeit. Duplex ist außerdem widerstandsfähiger gegen Spannungskorrosion. Allerdings ist der Temperaturbereich, in dem diese Stähle eingesetzt werden können, auf +280 °C begrenzt.
Einfluss der Legierungen auf die Stahleigenschaften
Erwünschte und unerwünschte Legierungselemente können die Eigenschaften von Stahl in hohem Maße beeinflussen. Erwünschte Elemente verleihen ihm bestimmte mechanische sowie chemische Eigenschaften wie gute Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und gute Verformungs- und Zerspanungseigenschaften. Andere Begleitelemente können diese Spezifika jedoch in ungewollter Weise verschlechtern.
Kohlenstoff senkt den Schmelzpunkt des Eisens und erhöht die Härte und die Zugfestigkeit. Ist dieses Element in größeren Mengen vorhanden, steigt die Sprödigkeit des Stahls, während die Schmiedbarkeit, die Schweißeignung und die Bruchdehnung sinken. Chrom senkt die kritische Abkühlgeschwindigkeit und steigert die Verschleiß- und die Warmfestigkeit. Zugleich erhöht es die Zugfestigkeit, weil es als Karbidbildner wirkt. Ab einem Massegehalt von 12,2 % lässt es außerdem die Korrosionsbeständigkeit deutlich ansteigen und ist damit ein bedeutender Faktor für die Herstellung von rostfreiem Edelstahl.
Durch das Zulegieren von Nickel (ab 8 %), Phosphor und Titan lässt sich die Korrosionsfestigkeit ebenfalls erhöhen. Gleiches gilt für Molybdän, das hierzu einen Anteil von circa 1 % ausmachen sollte.