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Was ist rostfreier Edelstahl?

So viel steht fest: Edelstahl ist ein Material mit erstaunlichen Eigenschaften. Der Werkstoff verfügt über eine hervorragende Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl unterschiedlich aggressiver Medien.

Heiße Erdölprodukte, Dampf oder Verbrennungsgase – in vielen kritischen Umgebungen ist Edelstahl aufgrund seiner Eigenschaften der Werkstoff der Wahl. Das Material gilt als robust, langlebig und widerstandsfähig gegenüber Wettereinflüssen. Gleichzeitig ist Edelstahl leitfähig, temperaturbeständig und ideal in Umgebungen, innerhalb derer es auf Hygiene ankommt. Hinzu kommt der schon legendär anmutende Ruf der Korrosionsbeständigkeit.

Nicht zuletzt die herausragenden Materialeigenschaften – allen voran die Korrosionsbeständigkeit – machen Edelstähle zu einem begehrten Werkstoff für viele Branchen. Doch was ist Edelstahl genau? Und wie verhält es sich wirklich mit der Korrosionsbeständigkeit? Ein Blick in die einschlägige Literatur macht deutlich, dass Edelstahl gemäß der Norm EN 10020 eine Bezeichnung für legierte oder unlegierte Stähle mit einem besonderen Reinheitsgrad darstellt.

Das können beispielsweise Stähle sein, deren Schwefel- und Phosphorgehalt einen Massenanteil von 0,025 Prozent nicht überschreiten. Für den Einsatz in Hightech-Anwendungen oder entsprechenden Umgebungen sind in der Regel sogenannte Stahlveredler verantwortlich. Einige Beispiele:

  • Chrom (Cr) für Härte und Korrosionsbeständigkeit
  • Kobalt (CO) für Verschleißfestigkeit
  • Mangan (Mn) für Verschleißfestigkeit
  • Molybdän (Mo) für Zugfestigkeit
  • Niob (Nb) für Elastizität
  • Vanadium (V) für Elastizität
  • Wolfram (W) für Hitzebeständigkeit

Bei einem hohen Anteil von Legierungselementen spricht man dann von hochlegierten korrosionsbeständigen Edelstählen gemäß EN 10088.

Mythos vom rostfreien Edelstahl

Edelstahl – der Mythos vom rostfreien Stahl

Daraus resultiert: Die Bezeichnung Edelstahl ist nicht gleichbedeutend mit nicht rostendem Stahl. Folglich ist die im Alltag häufig zu beobachtende Gleichsetzung von Edelstahl und nicht rostenden Stählen nicht korrekt. Umgangssprachlich gefragt: Kann Edelstahl also rosten? Die Antwort lautet: Ja! Im Gegensatz zum Laienverständnis ist Korrosion auch bei Edelstählen ein Thema. Die Verschlechterung eines Materials in korrosiver Umgebung wird in zwei Gruppen eingeteilt:

  • Nasskorrosion
  • Hochtemperaturkorrosion

Nasskorrosion

Nasskorrosion hat unterschiedliche Erscheinungsformen. Grundsätzlich tritt sie in Verbindung mit Flüssigkeiten auf, die Elektrolyte enthalten. Das können Mineralsäuren, Meerwasser oder andere chloridhaltige Medien sein. Die wichtigsten Erscheinungsformen der Nasskorrosion sind:

  • Allgemeine Korrosion
    Die allgemeine Korrosion wird häufig auch als gleichmäßige Korrosion bezeichnet. Sie beschreibt den gleichmäßigen Metallverlust über eine Oberfläche. Ausgedrückt werden die Korrosionsraten als Masseverlust pro Flächeneinheit und Zeit (z. B. Millimeter/Jahr). Ursache für gleichmäßige Korrosion sind in der Regel anorganische/organische Säuren und alkalische Lösungen.
Anorganische Säuren Organische Säuren Alkalische Lösungen
Schwefelsäure (H2SO4) Ameisensäure (HCOOH) Natriumhydroxid (NaOH)
Phosphorsäure (H3PO4) Weinsäure  
Salzsäure (HCI) Essigsäure (CO3COOH)  
Salpetersäure (HNO3) Milchsäure  

Verschiedene Legierungselemente üben einen großen Einfluss auf allgemeine Korrosion aus. So sind Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Kupfer (Cu) in der Lage, korrosive Einflüsse von Säuren zu reduzieren. Gleiches gilt für Chrom (Cr) und Silicium (Si) bei oxidierenden Säuren. Negativ im Sinne der gleichmäßigen Korrosion wirken sich bei oxidierenden Säuren dagegen Molybdän (Mo), Kohlenstoff (C) und Phosphor (P) aus. Die Korrosionsbeständigkeit bei alkalischen Lösungen fördern Chrom (Cr) und Nickel (Ni).

Spaltkorrosion

Spaltkorrosion ist ein örtliches Phänomen. Sie tritt beispielsweise in chlorhaltigen Lösungen in Verbindung mit einem Spalt auf. Spaltkorrosion ist häufig bei Meerwasseranwendungen zu beobachten. Die Legierungselemente Chrom (Cr) +, Molybdän (Mo) +++ und Stickstoff +++ üben einen schützenden Einfluss auf Spaltkorrosion aus.

Erosionskorrosion

Die Kombination aus korrosiven Lösungen und mechanischem Verschleiß können zur Erosionskorrosion führen. Hauptursache sind Feststoffpartikel, die sich im Medium anreichern.

Galvanische Korrosion

Die sogenannte galvanische Korrosion tritt auf, wenn unterschiedliche Metalle in korrosiver Umgebung elektrisch miteinander verbunden sind. Zwischen zwei Edelstählen tritt dagegen nur selten galvanische Korrosion auf.

Lochkorrosion

Mit dem Begriff Lochkorrosion (Lochfraß) werden Angriffe auf Edelstahl bezeichnet, die Flecken oder Löcher erzeugen. Sie finden in aller Regel an Stellen statt, bei denen die Passivschicht geschwächt oder geschädigt ist. In der Regel sind Chloridgehalt, pH-Wert und Temperatur ursächlich für den Lochfraß. Folgende Legierungselemente erhöhen die Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls:

  • Chrom (Cr) +
  • Molybdän (Mo) +++
  • Stickstoff (N) +++

Hochtemperaturkorrosion

Ein chemischer Einfluss durch Gase, Schlacken und geschmolzene Salze oder Metalle bei Temperaturen oberhalb von 400 Grad Celsius können die Korrosion von hochlegierten Edelstählen verursachen. Beispiele für Hochtemperaturkorrosion sind:

  • Chlorierung
  • Aufkohlung
  • Rauchgas- und Ablagerungskorrosion
  • Sulfidierung
  • Oxidation
  • Grobkornbildung/Gefügeveränderung

Haupteigenschaften der verschiedenen Edelstahlsorten

Nasskorrosionsbeständigkeit Mechanische Eigenschaften Hochtemperatur Eigenschaften Verarbeitung Physikalische Eigenschaften
Stahlarten Gleichmäßige Korrosion Lochfraß/
Spaltkorrosion		 Spannungs-
korrosion		 InterkristallineKorrosion Festigkeit Verschleiß-festigkeit Oxidation/
Korrosion		 Festigkeit Bearbeiten Verformen Tiefziehen Schweißen Wärme-
ausdehnung		 Wärmeleit-
fähigkeit		 Thermische Eigenschaften Elektrischer Widerstand Magnetisierung
Ferritisch Cr E-M E-M H E-M M M H G H G H G-M G M M M J
HT grades –––– –––– –––– –––– M M H G H G H G-M G M M M J
Martensitisch E E H E H H –––– –––– G-M G –––– G G M M M J
Duplex Lean Duplex M M H H H H –––– –––– H G-M G M M G G M J
Duplex H H H H H H –––– –––– G G-M G M M G G M J
Superduplex H H H H H H –––– –––– G G G M M G G M J
Austenitisch Cr-Mn E E E E M-K M E M M H M-H H –––– G G M N
CR-Ni E E H H M-K M M-H M M H M-H H H G G M N
CR-NI-Mo M M H H M-K M E-M M-H M H M-H H H G G M N
High Performance H H H H M-H M-H –––– –––– G M-H M-H M H G G M N
HAT grades –––– –––– –––– –––– M H H H M H –––– M H G G M N

E = einfach; M = mittel; G = gering; H = hoch; J = ja; N = nein; K = kaltgehärtet
Quelle: OUTOKUMPU

Um einen groben Überblick über die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, ist es sinnvoll, die Sorten in drei einfache Korrosionsklassen einzuteilen:

  • Einfach
  • Mittel
  • Hoch

Alternative Edelstahlsorten für verschiedene Korrosionsklassen

Korrosionsklasse Ferritisch Martensitisch Duplex Austenitisch
Einfach 1.4003, 1.4512 … 1.4006, 1.4005, 1.4021, …    
  1.4016, … 1.4313, 1.4542, …   1.4618, 1.4372
  1.4509, 1.4510, … 1.4122, 1.4376   1.4301/1.4307, 1.4541, 1.4306, …
Mittel 1.4521   1.4162, 1.2304 1.4401/1.4404, 1.4571
        1.4436/1.4432, …
Hoch       1.4438, 1.4439
      1.4462, 1.2205 1.4466, 1.4539
      1.2507, 1.4501 1.4547, 1.4529, 1.4565
        1.4652

Edelstahl – einfache Korrosionsbeständigkeit

Die ferritische Mikrostruktur macht den Edelstahl magnetisch und verbessert die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Sie eignet sich gut zum Tiefziehen, allerdings ist die Streckziehfähigkeit begrenzt. Die niedrig legierten Edelstähle 1.4003 und 1.4512 verfügen über eine vergleichsweise hohe Korrosionsbeständigkeit. Die nicht stabilisierte Sorte 1.4016 ist noch korrosionsbeständiger, aber im Gegensatz zu den Sorten 1.4512, 1.4509 und 1.4510 weniger gut zum Schweißen stärkerer Dicken geeignet. Die stabilisierten Sorten 1.4509 und 1.4510 sind in der Korrosionsbeständigkeit mit den austenitischen Sorten 1.4301/1.4307 vergleichbar.

Die martensitischen Sorten 1.4006 und 1.4005 werden in der Regel nicht eingesetzt, sobald Korrosionsbeständigkeit gefordert ist. Mit den Sorten 1.4313 und 1.4542 existieren jedoch auch hier Möglichkeiten, um Korrosionsbeständigkeit sicherzustellen.

Die austenitische Sorte 1.4372 bietet einen Kostenvorteil im Vergleich zu den Sorten 1.4301/1.4307, allerdings fällt die Korrosionsbeständigkeit etwas geringer aus. Nach anspruchsvollen Umformungen kann es zu verzögerter Rissbildung kommen. Die Güten 1.4301/1.4307 zählen zu den weltweit besonders häufig verwendeten Edelstählen. Sie sind gut umformbar und lassen sich problemlos schweißen. Gleichzeitig sind sie empfindlich gegenüber Spannungskorrosionen.

Edelstahl – mittlere Korrosionsbeständigkeit

Die doppelt stabilisierte ferritische Sorte 1.4521 verfügt über eine Korrosionsbeständigkeit, die sich nahezu auf dem Niveau der Sorte 1.4401/1.4404 bewegt – bietet jedoch eine bessere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. 1.4521 ist magnetisch und eignet sich zum Tiefziehen.

Die Lean-Duplex-Qualität 1.4162 besitzt eine höhere Korrosionsbeständigkeit als die Sorten 1.4301/1.4307 und eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Die Bearbeitbarkeit ist gut, die Formbarkeit schwieriger. Schweißen ist anspruchsvoller als bei der Güte 1.4307. Die Korrosionsbeständigkeit der Sorte 1.4362 ist bei höherer Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion mindestens auf dem Niveau des Typs 1.4401/1.4404. Die mechanische Umformbarkeit ist höher als bei der Sorte 1.4404. Hinzu kommt, dass das Schweißen anspruchsvoller ist.

Die austenitischen Edelstähle der mittleren Korrosionsbeständigkeitsklasse wie 1.4401/1.4404 sind sehr beliebt. Ein höherer Molybdänzusatz macht die Sorte 1.4301/1.4307 noch korrosionsbeständiger. Aus gleichem Grund wird die Korrosionsbeständigkeit der Sorten 1.4436/1.4432 noch einmal übertroffen. Umform- und Schweißbarkeit sind gut. Allerdings zeigt sich in bestimmten Umgebungen eine Empfindlichkeit gegen Spannungsrisskorrosion.

Edelstahl – hohe Korrosionsbeständigkeit

Zu den Duplexsorten mit hoher Korrosionsbeständigkeit gehören 1.4462 und 1.4501/1.4410. Sie verfügen im Allgemeinen über eine bessere Korrosionsbeständigkeit als die austenitischen Sorten 1.4438 und 1.4439. Hinzu kommt eine höhere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion sowie eine hohe mechanische Festigkeit und eine gute Abriebfestigkeit. Allerdings sind Umform- und Schweißbarkeit anspruchsvoller als beim Typen 1.4404.

Motto dabei: Je höher der Legierungsgehalt, desto besser die Korrosionsbeständigkeit. Man spricht daher im Bereich der korrosionsbeständigen Edelstähle von hochlegierten Edelstählen. Dies erkennt man am vorgestellten „X“ in der Typenbezeichnung nach EN (1.4301 entspricht X5CrNi 18-10).

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