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Legierungselemente

Die am häufigsten verwendeten Legierungselemente

Chrom, Cr

Das Hauptlegierungselement in allen Arten von rostfreien Stahlsorten und normalerweise zu 10-25% enthalten. Die Passivschicht des Stahls besteht in erster Linie aus Chromoxiden. Im Allgemeinen wird die Korrosionsbeständigkeit des Stahls in den meisten Medien (insbesondere Loch- und Spaltkorrosion) durch den erhöhten Gehalt an Cr verbessert.  

Mechanisch wird die Bruchfestigkeit aufgrund des erhöhten Chromgehalts erhöht. Dasselbe gilt für die Hitzebeständigkeit und die Beständigkeit gegen Oxidzunder.  

Ferritstabilisator, weshalb ein erhöhter Chromgehalt durch einen entsprechend erhöhten Nickelgehalt ausgeglichen werden muss. 

Molybdän, Mo

Wird zu 0,8-7,5% hinzugefügt. Noch besser geeignet als Chrom wenn es um das "Passivieren" geht. Selbst geringe Mo-Gehalte verbessern die Korrosionsbeständigkeit auf bemerkenswerte Weise - besonders in sauren anaeroben Umgebungen. Mo wirkt gut gegen alle Formen von Korrosion, ist jedoch ein teures Legierungselement. 

Der Preisunterschied zwischen normalem rostfreiem Stahl und säurebeständigem rostfreiem Stahl kann zu einem hohen Grad auf den Mindestgehalt von 2% Molybdän zurückgeführt werden.  

Ferrit-Stabilisator, der die mechanische Festigkeit des Stahls erhöht und, wie im Falle von Chrom, zusätzliches Nickel erfordert, um die austenitische Struktur zu erhalten. 

Carbon, C

Ein schädliches Element, das wie alle anderen martensitischen Typen versucht wird, prozentual so weit wie möglich eingedämmt zu werden. Normalerweise < 0,08%; kohlenstoffarm < 0,03%. Bei martensitischen Stahlsorten liegt der Kohlenstoffgehalt typischerweise bei 0,12-1,2% - je höher der Prozentsatz, desto härtbarer.  

C bindet Cr insbesondere bei Temperaturen von 500-580º C (= Sensibilisierung), was interkristalline Korrosion verursachen kann. Daher die häufige Verwendung von kohlenstoffarmen Stahlsorten EN 1.4307 und 4404.

C ist ein starker Austenit-Stabilisator, weshalb der niedrige Gehalt in modernen Stählen mit zusätzlichem Ni kompensiert werden muss, wenn das Gefüge erhalten bleiben soll. Dies wird in 4306 und 4435 deutlich. 

Stickstoff, N

Gegenwärtig 0-0,5%. Verbessert die Passivität selbst in extrem kleinen Mengen, lässt sich aber in der Praxis nur schwer dem geschmolzenen Metall zusetzen.

Wird oft in hochlegierten Austeniten und Duplex-Stahlsorten verwendet. Es ist der einzige Austenit-Stabilisator, der die Passivität des Stahls begünstigt und besonders wirksam gegen Lochfraß und Spaltkorrosion ist.  

Silicium, Si

Ist normalerweise eine Verunreinigung aus den Tiegeln der Stahlwerke. Als Austenit-Stabilisator ist es normalerweise unter 1,0% vorhanden. Keine größere Auswirkung auf die Korrosionsbeständigkeit im Bereich der regulären Konzentration. 

Mangan, Mn

Wie Si ist Mn normalerweise als Verunreinigung im Stahl vorhanden (1-2%, manchmal jedoch bis zu 5-6% in der AISI 200-Klasse). Verbessert die Warmwalz-Qualitäten des Stahls und ist mäßig festigkeitssteigernd. Austenit-Stabilisator, der an sich keinen großen Einfluss auf die Korrosionsbedingungen hat, aber Schwefel an die äußerst schädlichen Mangansulfide (MnS) binden kann.  

Schwefel, S

Eine Kontamination und äußerst schädlich für die Korrosionsbeständigkeit. Normalerweise S < 0,015%, aber rostfreie Feinbearbeitungsstähle können 0,15-0,35% enthalten. Bildet Mangansulfide (MnS), die den Stahl kurzspanig machen und den Werkzeugverschleiß verringern. Daher sind Feinbearbeitungsstähle im Vergleich zu den "normalen" zähen Austeniten für die Zerspanung wesentlich besser geeignet. Leider ist MnS eine Katastrophe für die Beständigkeit gegen alle Arten von Korrosion. 4305 ist daher in der Praxis weit weniger korrosionsbeständig als der reguläre 4301. Schwefel-legierte Stahlsorten sind weder zum Schweißen noch zum Beizen geeignet. 

Phosphor, P

Wie S ist auch P eine unerwünschte Verunreinigung, die jedoch weniger kritisch für die Korrosionsbeständigkeit ist. Wird auf ein Minimum (< 0,045%) reduziert, ist aber oft noch geringer.  

Kupfer, Cu 

0-2%. Verbessert die Korrosionsbeständigkeit in saurer, anaerober Umgebung (z.B. Schwefelsäure) durch Beschleunigung der Wasserstoffentwicklung und dadurch eine stärkere Oxidation des Materials (= anodischer Schutz). 904L enthält 1,2-2% Cu und ist besonders für Schwefelsäure geeignet. Cu hat eine festigkeitssteigernde Wirkung in den PH-Legierungen.  

Titan / Niob, Ti / Nb

Bedeutende Elemente vor allem deshalb, weil sowohl Ti als auch Nb Kohlenstoff binden und dadurch der schädlichen Wirkung von C in austenitischen Stahlsorten (Sensibilisierung und interkristalline Korrosion) entgegenwirken. 

Die Wirkung der Zugabe von Ti/Nb entspricht in etwa der von kohlenstoffarmen Stählen, und 4541 und 4571 können gewöhnlich durch 4307 bzw. 4404 ersetzt werden. Aus mechanischer Sicht ist Ti-Nb-Stahl geringfügig fester als Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (insbesondere bei hohen Temperaturen). Andererseits sind sie aufgrund von Ti-Karbiden schwer aufzupolieren, und die Verwendung von Formiergas kann dazu führen, dass sich die Schweißnaht aufgrund der Bildung von Ti-Nitriden gelblich verfärbt. 

Bei ferritischen Stahlsorten tragen Ti und Nb zur Stabilisierung des Stahls bei und machen ihn schweißbar (z.B. 4512, 4509 und 4521).