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Bearbeitung von rostfreiem Stahl

Nur sehr selten wird rostfreier Stahl verwendet, ohne ihn vorab zu bearbeiten. Der Stahl kann geschnitten, gebogen, geschweißt, poliert oder auf andere Weise einer mechanischen Bearbeitung unterzogen werden.

Leider hat die Bearbeitung in der Regel Folgen für die Korrosionsbeständigkeit des Stahls, denn rostfreier Stahl ist nur bedingt rostfrei. Die Korrosionsbeständigkeit hängt davon ab, wie der Stahl behandelt wird.

Als Ausgangspunkt gilt, dass der Stahl vom Lieferanten "perfekt" ist. In dem Moment, in dem er das Stahlwerk verlässt, besitzt er seine maximale Korrosionsbeständigkeit, und die überwiegende Mehrheit der mechanischen Prozesse, denen der Stahl ausgesetzt werden kann, vermindert seine Korrosionsbeständigkeit. Die gesamte Verarbeitung und Handhabung von rostfreiem Stahl sollte daher so durchgeführt werden, dass diese Schwächungsfaktoren so weit wie möglich neutralisiert werden. Wenn dies nicht möglich ist, sollte den Prozessen eine geeignete chemische Behandlung folgen. 

Schweißen von rostfreiem Stahl 

In Bezug auf Korrosion ist eines der schwerwiegendsten Verfahren das Schweißen. Neben der Einführung einer neuen Phase (dem Schweißmetall) wird der Stahl auch einer starken Hitzebelastung ausgesetzt, die mindestens drei potenzielle Gefahren mit sich bringt:

  • Sensibilisierung
  • Anlassen
  • innere Zugspannung 

Diese Korrosionsrisiken, die direkt mit dem Schweißmetall selbst verbunden sind, werden nach Möglichkeit durch die Verwendung eines "überlegierten" Zusatzwerkstoffs minimiert. Schwieriger ist es jedoch, sicherzustellen, dass keine Risse unter der Oberfläche entstehen. Diese können in Form von Grübchen, Lunkern, fehlender Schmelze, Durchbrennen usw. auftreten. Die Korrosionsgefahr besteht in erster Linie in der Spaltkorrosion. 

Eine gute Faustregel ist, dass die Wahrscheinlichkeit von Spaltkorrosion vor allem bei einer Temperatur zwischen 20 und 25°C unterhalb der kritischen Lochfraßtemperatur (CPT) besteht. Die Lösung ist nun entweder, Risse vollständig zu verhindern (= verstärkte Kontrolle) oder einen besseren Stahl zu wählen, der ein höheres Lochfraßbeständigkeitsäquivalent (PREN - Pitting Resistance Equivalent) und damit größere Sicherheit aufweist (z.B. 4404 statt 4301). 

Die Erwärmung des Stahls auf Temperaturen zwischen 500 und 850°C (eine unvermeidliche Beeinträchtigung z.B. durch den Schweißprozess) birgt die Gefahr der Bildung schädlicher Chromkarbide (= Sensibilisierung). Diese tritt nicht in der eigentlichen Schweißnaht auf, sondern in einer nahegelegenen wärmebeanspruchten Zone ("Wärmeeinflusszone" = WEZ). Dieses Problem ist beim Schweißen in großen Materialstärken am gefährlichsten. In der Praxis wird dem am wirksamsten durch die Verwendung von kohlenstoffarmen Stählen (z.B. 4306, 4307 oder 4404) oder titanstabilisierten Stahlsorten (4541 oder 4571) entgegengewirkt. 

Ein verwandtes Phänomen ist die Bildung von schädlichen intermetallischen Phasen (z.B. "sigma" (Cr-Fe) oder "ksi" (Cr-Mo)), was besonders beim Schweißen von hochlegierten "Super-Duplex"-Stahlsorten (z.B. 4410, Duplex 2507, Zeron 100) oder den hochlegierten ferritischen Stahlsorten (z.B. 4509, 4526 und 4521) auftreten kann. 

Mindestens ebenso schädlich ist die bläuliche oder gelbliche Anlassbildung, die sich auf der Oberfläche des Stahls neben der Schweißnaht bildet. Diese Anlassvorgänge sind stark verdickte Oxide von Chrom und Eisen und werden durch eine warme Oxidation der eigentlichen Edelstahloberfläche hervorgerufen. In der Praxis führt eine solche Oxidation zu einer kritischen Schwächung des Stahls in Bezug auf Korrosion. Wenn Sie wollen, dass Ihr Stahl sein volles Potenzial entfalten kann, müssen Sie sicherstellen, dass alle Schweißungen unter vollständig desoxidierten Bedingungen durchgeführt werden, was den Einsatz einer extremen Menge an Schutzgas erfordert (siehe FORCE's "Referenzatlas"). 

Eine wirtschaftlichere und oft schnellere Alternative ist es, ein gewisses Maß an Blaufärbung zu tolerieren und anschließend das Anlassen entweder durch Beizen oder durch eine Kombination aus Polieren und chemischer Nachbehandlung (Beizen oder Passivieren) wieder zu entfernen. Das Glasblasen ist kein geeigneter Ansatz, da sowohl die Anlass- als auch die Entchromungsschicht in die Oberfläche gedrückt werden, anstatt entfernt zu werden. Dies wird durch ein Beizen vor dem Glasblasen erreicht.  

Schließlich führt jedes Schweißverfahren, wie jede andere Form der mechanischen Bearbeitung, zur Bildung innerer Zugspannungen und damit zu einer erhöhten Gefahr von Spannungskorrosion. Um dies zu vermeiden, kann nichts anderes getan werden, als sich dem Problem bereits in der Konstruktionsphase zu stellen und einen Stahl zu wählen, der bei den geplanten Betriebsbedingungen überwiegend gegen Spannungskorrosion beständig ist. Es ist nicht ratsam, Spannungskorrosion zu bekämpfen, indem man davon ausgeht, dass das Endprodukt überhaupt keine Zugspannungen aufweist...

Schweissverfahren und Erhitzen von Rohren 

HF - Hochfrequenzschweißen 

Das HF-Verfahren wird sowohl bei der Herstellung von Rohren für Konstruktionszwecke als auch bei der Produktion von Auspuffanlagen für Autos eingesetzt. Innerhalb dieser Anwendungsbereiche wird das HF-Verfahren wegen seiner kostengünstigen Produktivitätsvorteile favorisiert. Andererseits ist die kleine Schweißnaht, die mit HF entsteht aufgrund der fehlenden Verschmelzung der Bandkanten untereinander und der Oxidbildung an den Schweißkanten nicht immer optimal hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, Druckfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. 

Blankglühen

Das Blankglühen wird in einem mit Wasserstoff (H2) gefüllten Ofen bei Temperaturen zwischen 1040° C und 1100° C durchgeführt, gefolgt von einer schnellen Abkühlung. Der Wasserstoff ist KEIN Oxidationsmittel. Es bildet sich daher keine Oberflächenoxidation, und ein Beizen ist nach dem Blankglühen nicht mehr erforderlich.  

Der Vorteil dieser Lösung ist: neben einer blanken und ebenen Oberfläche, die die weitere Bearbeitung der Rohre erleichtert, die erhöhte Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs. 

Eine solche Vorbereitung, die im letzten Schritt des Produktionsprozesses erfolgt, gewährleistet eine vollständige Lösung möglicher Karbide, die sich an der Korngrenze bilden können. Dadurch wird eine austenitische Matrix ohne Fehler erreicht. Zudem kann so das schädliche Phänomen der interkristallinen Korrosion (Vorhandensein von Schwefel und Chlor beim Schweißen aufgrund hoher Temperaturen) vermieden werden. 

Das austenitische Gefüge, das durch Offline-Blankglühen erreicht wird, ist homogen mit gleichmäßiger Korngröße (die Abmessung variiert von 6 bis 8 ASTM); als Folge davon sind die Zugeigenschaften - insbesondere die Verlängerung - mit erhöhter Plastizität und einem Rückgang der Eigenspannungen. 

Diese Materialeigenschaft wird von jedem Endverbraucher, der Rohre weiterverarbeitet, sehr geschätzt. 

Gebeizte ungeglühte Rohre

Geschweißte Rohre können in ungeglühter Ausführung geliefert werden. Dieses Produkt durchläuft bis auf die Wärmebehandlung den gleichen Produktionsprozess. Stattdessen werden die Rohre einer chemischen Beizbehandlung unterzogen. Das Beizbad besteht aus Schwefelsäure und Fluorsäure. 

Dieses Verfahren kann - sowohl an der Außen- und Innenoberfläche als auch an den Spitzen des Materials - jegliche Anzeichen einer Eisenkontamination sowie potenzielle Oxide beseitigen, die durch mechanische Bearbeitung (Kontaktwalzen, Sandbänder, Schneidegeräte) und Schweißen auf der Metalloberfläche entstehen können. 

Gebürstete Rohre

Nur die äußere Oberfläche von Rohren wird gebürstet, um die chemische Behandlung in Verbindung mit dem Beizen zu vermeiden. 

Gebürstete weisen jedoch im Vergleich zu gebeizten Rohren eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf, wenn sie identischer Umgebung ausgesetzt sind. Dies liegt sowohl an den Ablagerungen auf der Metalloberfläche, die während des Produktionsprozesses kontaminiert wurden, als auch an der Tatsache, dass die Oberfläche rau ist und somit leicht Oxide und Spuren eisenhaltiger Verunreinigungen enthalten kann. Auch die Sandbänder selbst können Spuren hinterlassen, die eine Ursache für Korrosion sein kann. 

Gebürstete Rohre erfordern aufgrund ihrer Oberflächenbeschaffenheit im Vergleich zu gebeizten Rohren eine häufigere periodische Wartung. 

Es ist zu betonen, dass sich dies ausschließlich auf das Außenbürsten bezieht. Potenzielle Verunreinigungen auf der inneren Oberfläche und an den Stellen des Materials, die durch die Verwendung eines auf Stahlbasis gefertigten Schneidwerkzeugs abgeschnitten werden, können nicht entfernt werden. 

Der Wirbelstromprüfung

Die geschweißten Rohre, die mit einer WIG- und Laserschweißung von Damstahl geliefert werden, werden nach der Kalibrierung einem Wirbelstromprüfung unterzogen. Ein solcher zerstörungsfreier Test wird durchgeführt, indem ein Magnetfeld um das Rohr gebildet wird und alle Unterbrechungen, die durch Lecks und Löcher verursacht werden, verfolgt werden.  

Sägen und andere Schneidemethoden 

Die gefährlichsten Prozesse sind in der Regel exotherm, da die Gefahr einer Anlassbehandlung wie beim Schweißen besteht, die mechanisch/chemisch entfernt werden muss. Ein "heißer Klassiker" sind Winkelschleifer, die nicht nur zu sehr rauen, angelassenen Oberflächen führen, sondern auch dazu neigen, die warmen Partikel nach links und rechts auf andere Oberflächen als die bearbeiteten zu schießen. Diese Partikel können dauerhaft in die Stahloberfläche eingebrannt werden und sowohl Risse als auch Anlassen verursachen - eine äußerst unglückliche Kombination, die zu einer stark verminderten Korrosionsbeständigkeit führen kann. Die Art und Weise, damit umzugehen, besteht darin, alle Partikel sorgfältig mit einem Schraubendreher oder Meißel zu entfernen und dann eine Beizung durchzuführen. 

Sogar die Kaltschneideprozesse können die Korrosionsbeständigkeit des Stahls stören, da man das Zentrum des Stahls freilegt, das unter gleichen Umständen mehr Verunreinigungen enthält als die Oberfläche. Dieser Effekt entsteht durch die Erstarrung von tonnenschweren "Brammen". Die Erstarrung erfolgt natürlich von außen nach innen, und bei diesem Prozess werden die Verunreinigungen vor das erstarrte Metall geschoben und enden schließlich in der Mitte des Stahls. Selbst ein schrittweises Walzen von z.B. 300 bis unter 1 mm ändert nichts an der Tatsache, dass sich die Verunreinigungen zur Mitte des Stahls hin konzentrieren. 

Das Zentrum eines Blechs ist dadurch im Vergleich zur Oberfläche weniger korrosionsbeständig - ein Phänomen, das mit der eigentlichen Stahlproduktion im Stahlwerk zusammenhängt, und, wie oben erwähnt, kann das Problem durch ein abschließendes Beizen minimiert werden.  

Bürsten, Strahlen, Polieren und andere maschinelle Bearbeitungen von Edelstahl 

Jede mechanische Behandlung von Edelstahl beeinflusst die Oberflächenrauheit und damit die Korrosionsbeständigkeit des Stahls. Im Allgemeinen nimmt die Korrosionsbeständigkeit mit zunehmender Oberflächenrauheit ab.  

Dafür gibt es zwei Gründe: Zunächst haften an einer rauen Oberfläche mehr Schmutz und korrosive Salze, wodurch "Lokalelemente" gebildet werden. Zweitens neigt ein raues Schleifen dazu, eine größere Konzentration von Verunreinigungen aus dem Stahl selbst freizulegen. Solche Verunreinigungen, insbesondere Sulfide, können als Angriffspunkte für Lochfraßkorrosion wirken und dadurch die Korrosionsbeständigkeit herabsetzen. Darüber hinaus neigt ein grober Schliff dazu, das Niveau der Zugspannung in der Oberfläche des Stahls zu erhöhen, wodurch sich die Gefahr von Spannungsrisskorrosion erhöht. Im Gegensatz dazu kann ein Feinstrahlen (Kugelstrahlen oder Glasstrahlen - nicht Sandstrahlen) das Niveau der Druckspannung erhöhen und damit die Beständigkeit gegen SCC erhöhen.  

Aus Korrosionssicht ist es normalerweise von Vorteil, überhaupt keine mechanische Oberflächenbehandlung durchzuführen! Die glatte und gebeizte 2B-Oberfläche der kaltgewalzten Bleche besitzt ihre maximale Korrosionsbeständigkeit, und egal wie viel wir schleifen, es wird immer schlechter. Wie oben erwähnt, wird eine angemessene chemische Oberflächenbehandlung die Beschädigung des Stahls verringern. 

Handhabung und Transport von rostfreiem Edelstahl 

Ein besonderes Risiko bei fast jeder Handhabung von Edelstahl sind Eisenflecken; ein Problem, das vor allem dann auftritt, wenn z.B. mit Biegewerkzeugen, Gabelstaplern oder Lastwagen mit schwarzem Stahl umgegangen wurde. Abgesehen von einem unschönen Erscheinungsbild verringern Eisenflecken die tatsächliche Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls.  Die Korrosion der Eisenflecken kann sich bis in den eigentlichen Edelstahl fortsetzen und dort zu Korrosion führen.  

Eisenflecken können chemisch entfernt werden, jedoch kann das Problem auch umgangen werden. Es ist besonders wichtig, nur Werkzeuge zu verwenden, die ausschließlich für rostfreien Stahl verwendet werden, was von Biegewerkzeugen bis hin zu den Gabeln des eigenen Lastwagens alles umfasst. 

Selbst bei einer vollständigen Trennung der Werkzeuge ist zudem Metallstaub ein "Klassiker". Metallstaub kann erschreckend mobil sein, und das Ausschließen von Eisenflecken kann zu einer Art Sisyphusarbeit werden. Im Idealfall sollten Schwarzstahl und Edelstahl an getrennten Orten aufbereitet werden. Da hier oft ein Auge zugedrückt wird, führt dann kein Weg an einer chemischen Nachbehandlung vorbei. 

Sie möchten es noch genauer wissen?

Anders als andere Stahlgroßhändler haben wir bei Damstahl einen Fokus auf Wissen und Lernen gesetzt. Wir betrachten die Weitergabe unseres Wissens an unsere vielen interessierten Kunden als eine Pflicht. Dies geschieht zum Teil durch Seminare und Beratungsaufgaben, zum Teil durch unsere Bücher. Tatsächlich sind im Laufe der Jahre nicht weniger als vier Lehrbücher über Edelstahl entstanden.

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