Nichtrostender Stahl

Eine Espressokanne von Bialetti aus nichtrostendem Stahl

Paul Woenne (Entwurf): Tafelmesser (Hammesfahr, 1927)

Skulptur Kanalhering aus nichtrostendem Stahl in Berkenthin von Tim Adam

Reibkorrosion (Passungsrost) an einer Welle aus nichtrostendem Stahl

Nichtrostender Stahl (kurz NiRoSta), rostträger Stahl oder rostfreier Stahl steht für eine Gruppe von korrosions- und säurebeständigen Stahlsorten.

Oftmals wird der falsche Begriff „rostfreier Stahl“ für Stähle der Stahlsorte „nichtrostender Stahl“ verwendet. Rostfrei (also frei von Rost) ist jedoch jeder Stahl unmittelbar nach dem Herstellungsprozess (oberhalb einer bestimmten Temperatur, solange Sauerstoff und Wasser noch keinen Oxidationsprozess mit dem Eisen eingehen konnten). Weiterhin wird oft der ungenaue bzw. Oberbegriff „Edelstahl“ verwendet, wobei sich das „Edel“ auch auf andere Eigenschaften wie Reinheit, Säurebeständigkeit, Zugfestigkeit usw. und nicht zwangsläufig auf die Rostträgheit beziehen muss.

Geschichte

Schon im Jahr 1821 erkannte der Mineraloge Pierre Berthier, dass der Zusatz von Chrom zu nichtrostendem Stahl führt. Damals war die Metallurgie aber noch nicht so weit, dies technologisch umzusetzen; die Legierung war noch zu brüchig.

Im Oktober 1912 erhielten Prof. Benno Strauß und sein Mitarbeiter Eduard Maurer aus dem Unternehmen Krupp zwei Patente auf nichtrostenden Stahl. Die Marke wurde 1922 eingetragen. In Österreich entwickelte Max Mauermann im Jahr 1912 den ersten rostbeständigen Stahl. Im angelsächsischen Raum gelten der Brite Harry Brearley und der US-Amerikaner Elwood Haynes als Erfinder des rostfreien Stahls.

Die Germaniawerft hatte bereits 1908 für Krupp die Yacht Germania auch mit nichtrostendem Stahl gebaut. Es dauerte noch einige Jahre, bis sich das Material auch kostengünstig im großtechnischen Maßstab herstellen ließ. Die weltweite Produktion von rostfreiem Stahl lag 2015 bei 41,6 Millionen Tonnen, 2018 bei 50,7 Millionen Tonnen. In Deutschland wurden 2014 rund 8,4 Mio. Tonnen rostfreier Stahl hergestellt.

Normen für nichtrostende Stähle

• DIN EN 10088-1 Nichtrostende Stähle – Teil 1: Verzeichnis der nichtrostenden Stähle; Deutsche Fassung EN 10088-1:2014 (2014-12)
• DIN EN 10088-2 Nichtrostende Stähle – Teil 2: Technische Lieferbedingungen für Blech und Band aus korrosionsbeständigen Stählen für allgemeine Verwendung; Deutsche Fassung EN 10088-2:2014 (2014-12)
• DIN EN 10088-3 Nichtrostende Stähle – Teil 3: Technische Lieferbedingungen für Halbzeug, Stäbe, Walzdraht, gezogenen Draht, Profile und Blankstahlerzeugnisse aus korrosionsbeständigen Stählen für allgemeine Verwendung; Deutsche Fassung EN 10088-3:2014 (2014-12)
• DIN EN 10088-4 Nichtrostende Stähle – Teil 4: Technische Lieferbedingungen für Blech und Band aus korrosionsbeständigen Stählen für das Bauwesen; Deutsche Fassung EN 10088-4:2009 (2010-01)
• DIN EN 10088-5 Nichtrostende Stähle – Teil 5: Technische Lieferbedingungen für Stäbe, Walzdraht, gezogenen Draht, Profile und Blankstahlerzeugnisse aus korrosionsbeständigen Stählen für das Bauwesen; Deutsche Fassung EN 10088-5:2009 (2009-06)

Synonyme

Synonyme für nichtrostenden („rostfreien“) Stahl sind

• Edelstahl rostfrei, kurz auch Edelstahl, wohingegen fachsprachlich die Bezeichnung Edelstahl für Stahlsorten mit besonders hoher Reinheit verwendet wird, die nicht zwangsläufig hochlegiert und rostfrei sein müssen
• Inox (vom französischen inoxydable gebildet, was so viel bedeutet wie „nicht oxidierbar“ oder „rostfrei“)
• VA-Stahl
• Chromstahl oder Chrom-Nickel-Stahl (CNS)
• Stainless (Steel) – englisch verfärbungsfrei, makellos, international verbreitete Bezeichnung für rostfreien Stahl
• Nirosta, Markenname der Outokumpu Nirosta (ehemals ThyssenKrupp Nirosta) wird fälschlich auch Nieroster oder Niroster geschrieben, oder kurz Niro. Der Name leitet sich von Nichtrostender Stahl ab.
• Cromargan, Handelsname von WMF
• Remanit, Markenname der Edelstahl Witten-Krefeld. Remanit wird auch als Material für Kunstwerke im öffentlichen Raum verwendet, etwa für den Brunnen aus Remanit für die Messehallen der Stadt Hannover. Remanit ist beim DPMA seit 1926 unter der Nr. 360467 als Marke eingetragen.

In Deutschland sind für zwei Gruppen von Edelstahlsorten besondere Bezeichnungen gebräuchlich:

• V2A (Versuchsschmelze 2 Austenit, entstand 1912 für Legierungs-Typ X12CrNi18-8 oder auch 1.4300 genannt), wird heute nicht mehr hergestellt. Die Nachfolger von 1.4300, wie 1.4301 (X5CrNi18-10) und der klassische Stahl für die Automatenbearbeitung 1.4305 (X8CrNiS18-9) gehören zu den häufigsten Vertretern der Gruppe V2A.
• V4A (ähnlich V2A, jedoch zusätzlich mit 2 % Molybdän (Mo) legiert, was diesen Stahl widerstandsfähiger gegen Korrosion durch chloridhaltige Medien macht – Salzwasser, Schwimmbäder, chemische Industrie etc.) Ein häufig verwendeter Vertreter der Gruppe V4A ist 1.4401 (X5CrNiMo17-12-2).

Auch VA-Stahl leitet sich von diesen Bezeichnungen ab. Weniger verbreitet sind die Stahlsorten V1A, V3A und V5A.

Die Wort-/Bildmarke „Edelstahl Rostfrei“ ist als Kollektivmarke beim Amt der Europäischen Union für Geistiges Eigentum in allen Mitgliedstaaten der Europäischen Union und in der Schweiz beim Eidgenössischen Institut für Geistiges Eigentum eingetragen. Inhaber der Marke ist der Warenzeichenverband Edelstahl Rostfrei e. V. in Düsseldorf. Das Warenzeichen „Edelstahl Rostfrei“ kennzeichnet als Werkstoff-Siegel die Qualität des verwendeten Materials. Die Warenzeichen-Benutzer verpflichten sich zur anwendungsgerechten Werkstoffauswahl sowie zur sachgerechten Be- und Verarbeitung von nichtrostendem Stahl. Der Verband überwacht die Nutzung und stärkt mit werbewirksamen Maßnahmen das Ansehen und die Bedeutung des Qualitätssiegels in der Öffentlichkeit.

Beschreibung

Rostfreier Stahl zeichnet sich durch einen Anteil von mehr als 10,5 % Chrom und maximal 1,2 % Kohlenstoff aus, der im austenitischen oder ferritischen Mischkristall gelöst sein muss. Durch diesen hohen Chromanteil bildet sich eine schützende und dichte Passivschicht aus Chromoxid an der Werkstoffoberfläche aus. Diese Passivschicht kann nach Spezialbehandlung gleichzeitig zur Färbung der Stahloberfläche eingesetzt werden. Weitere Legierungsbestandteile wie Nickel, Molybdän, Mangan und Niob führen zu einer noch besseren Korrosionsbeständigkeit oder günstigeren mechanischen Eigenschaften. Da Chrom als Legierungselement preisgünstiger ist als Nickel, wird ein höherer Chromanteil bei kleinerem Nickelanteil (gleiche Korrosionsbeständigkeit vorausgesetzt) bevorzugt.

Durch den hohen Anteil an Legierungsbestandteilen ist rostfreier Stahl deutlich teurer als gewöhnlicher Stahl.

Eigenschaften

Rostfreie Stähle zeichnen sich hauptsächlich durch die folgenden gemeinsamen Eigenschaften aus:

• erhöhte Beständigkeit gegen Korrosion und Säuren
• schlechte Wärmeleitfähigkeit (15…25 W·m⁻¹·K⁻¹)
• schlechte elektrische Leitfähigkeit

Stähle ohne Nickelzusatz bilden ferritische Kristalle und haben folgende Eigenschaften:

• magnetisch (aber weniger Sättigungspolarisation als unlegierte Stähle)
• Wärmeausdehnungskoeffizient eher geringer als bei unlegiertem Stahl (10,0…10,5 · 10⁻⁶ K⁻¹)
• Die meisten Sorten sind härtbar.

Stähle mit höheren Nickelanteilen (ca. 70 % der Produktion) bilden austenitische Gefüge und haben folgende Eigenschaften:

• höhere Korrosionsfestigkeit als nickelarme Chromstähle (insbesondere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion)
• hohe Zähigkeit und damit schlechte Zerspanbarkeit (zum Beispiel beim Bohren, Drehen) und erhöhte Neigung zum „Festfressen“ bei Gewinden (letzteres vor allem, wenn diese erhitzt werden, beispielsweise bei Behältern der chemischen und pharmazeutischen Industrie)
• im spannungsfreien Zustand weitgehend unmagnetisch
• vergleichsweise niedrige Streckgrenze (200 … 300 N/mm²) bei relativ hoher Zugfestigkeit (700 … 1300 N/mm²)
• hoher Wärmeausdehnungskoeffizient (zum Beispiel ein Wert von 16,0 · 10⁻⁶ K⁻¹ für den Werkstoff 1.4301 im Vergleich zu einem Wert von 10,5 · 10⁻⁶ K⁻¹ für Kohlenstoffstahl)
• Dichte 1.4301 (V2A): 7,9 g/cm³, 1.4401 (V4A): 8,0 g/cm³
• nicht durch Glühen und anschließendes Abschrecken härtbar
• Oberflächenhärtung nur durch Plasmanitrieren, Kolsterisieren oder Kaltverformung möglich
• gut durch Schweißen zu verbinden
• Wärmeleitfähigkeit: 15 W·m⁻¹·K⁻¹
• Elektrische Leitfähigkeit: ca. 1,4 · 10⁶ S/m (Siemens pro Meter)

Zerspanbarkeit

→ Hauptartikel: Zerspanbarkeit von Stahl

Die Zerspanbarkeit von rostfreien Stählen bereitet wegen ihrer geringeren Wärmeleitfähigkeit gegenüber anderen Stählen größere Probleme.

Nickelaustrag

Aus den Legierungen kann sich Nickel lösen und in die Haut oder Nahrungsmittel übergehen, woraus sich gesundheitliche Probleme ergeben können. In der Europäischen Richtlinie 94/27/EG(12) wird ein Grenzwert von 0,5 μg/cm² pro Woche festgeschrieben, um über längere Zeit keine Probleme bei permanentem Hautkontakt zu haben. Sowohl die nickelarme Legierung 1.4016 als auch 1.4301 und 1.4404 unterschreiten diesen Grenzwert mit <0,03 μg/cm² pro Woche in angesäuertem künstlichem Schweiß deutlich.

Durch die gute Passivierung bei hohem Chrom- und Nickelgehalt haben Legierungen mit hohem Nickelgehalt (z. B. 1.4301 ≈10 % Nickel) keinen höheren Nickelaustrag als Legierungen mit sehr geringem Nickelgehalt (z. B. 1.4016 <0,5 % Nickel). Erst Schwefel als Legierungsbestandteil von Automatenstählen lässt den Nickelaustrag z. B. in 1.4305 auf ≈1,5 μg/cm² pro Woche ansteigen.

Magnetismus

Die Mehrzahl der in Halbzeugen verfügbaren rostfreien Stähle haben austenitische Gefüge. Diese haben eine sehr geringe Magnetisierbarkeit. $\mu _{\mathrm {r} }$ liegt meist unter 1,1 und sehr nahe an 1. Diese Werkstoffe sind im Herstellungszustand praktisch unmagnetisch. Eine große Zahl der austenitischen Stähle neigt jedoch beim Kaltverformen wie z. B. dem Tiefziehen von Blechen zur Ausbildung von Martensiten, wodurch der Werkstoff partiell magnetisch wird. Abhängig von der Stärke der Verformung steigt der Anteil der Martensite und die Magnetisierbarkeit. Durch Loseglühen kann der Martensitanteil teils wieder reduziert werden.

Martensitische Stähle sind magnetisch und weisen Permeabilitäten von wenigen Hundert auf. Sie sind oft hartmagnetisch, das heißt, sie haben eine hohe Koerzitivfeldstärke.

Ferritische Stähle sind magnetisch und ähneln von ihren Eigenschaften am ehesten dem reinen Eisen. Sie haben eine hohe Permeabilität, die sich in den vierstelligen Bereich ausdehnt. Auch ihre magnetischen Eigenschaften werden durch die Verarbeitungsschritte beeinflusst, hier kann z. B. eine Wärmebehandlung die Magnetisierbarkeit noch erhöhen. Rostfreie Stähle, die gezielt für ihre weichmagnetischen Eigenschaften zusammengesetzt sind, werden von der Norm IEC 60404-1 beschrieben.

Verwendung

Das Dach des Fisher Center for the Performing Arts des Bard College besteht aus rostfreiem Stahl.

Wegen der guten Umformbarkeit von Blechen aus rostfreiem Stahl finden Teile aus diesem Werkstoff eine immer größere Verbreitung in der Industrie, im Haushalt oder auch in medizinischen Geräten. Obwohl sich die meisten rostfreien Stähle nur sehr schlecht zerspanen lassen, bietet ihr Einsatz überwiegend Vorteile. Hier sind beispielsweise neben hygienischen Aspekten (im Brauereiwesen, der Lebensmittelindustrie und Pharmazie erfolgt die Sterilisierung mit Dampf) auch die Langlebigkeit der produzierten Teile und Vorteile im Umweltschutz zu nennen. Nachteil gegenüber anderen Stählen ist jedoch die zumeist geringe Zugfestigkeit und oft fehlende Härtbarkeit (siehe weiterer Text). Bemerkenswert ist auch die im Vergleich zu Kupfer und seinen Legierungen geringere antibakterielle Wirkung, auch bekannt als oligodynamischer Effekt.

Ohne rostfreien Stahl wären viele Kryostaten nicht realisierbar. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit und dünne Wandungen (zum Beispiel Rohre mit weniger als 0,3 mm Wandstärke) ermöglichen eine gute Isolation zwischen Kryoflüssigkeit und Raumtemperatur. Weitere Vorteile sind UHV-Dichtheit von Schweiß-Verbindungen und geringer Magnetismus.

Warmfeste nichtrostende Stähle werden als hitzebeständige Stähle vermarktet. Sie können bei Temperaturen bis 900 °C eingesetzt werden.

Eingesetzte Werkstoffe und Zusammensetzung

Unter dem Oberbegriff rostfreier Stahl gibt es eine Vielzahl von Legierungen, die sich in ihren Legierungsbestandteilen, Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten unterscheiden. Zur eindeutigen Unterscheidung werden den einzelnen Legierungen Werkstoffnummern zugewiesen.

Die Einteilung erfolgt in EN 10088-1 nach:

Austenitische korrosionsbeständige Stähle

Stahlbezeichnung
Kurzname	Werkstoffnummer
Austenitische Stähle
X2CrNiN18-7	1.4318
X10CrNi18-8	1.4310
X2CrNi18-9	1.4307
X9CrNi18-9	1.4325
X8CrNiS18-9	1.4305
X6CrNiCuS18-9-2	1.4570
X3CrNiCu18-9-4	1.4567
X5CrNiN19-9	1.4315
X3CrNiCu19-9-2	1.4560
X5CrNiCu19-6-2	1.4640
X2CrNiN18-10	1.4311
X5CrNi18-10	1.4301
X6CrNiTi18-10	1.4541
X6CrNiNb18-10	1.4550
X2CrNiCu19-10	1.4650
X2CrNi19-11	1.4306
X4CrNi18-12	1.4303
XCrNiSi18-15-4	1.4361
X8CrMnCuN17-8-3	1.4597
X8CrMnNi19-6-3	1.4376
X3CrMnNiCu15-8-5-3	1.4615
X12CrMnNiN17-7-5	1.4372
X2CrMnNiN17-7-5	1.4371
X9CrMnNiCu17-8-5-2	1.4618
X12CrMnNiN18-9-5	1.4373
X11CrMnNiN19-8-6	1.4369
X13CrMnNiN18-13-12	1.4020
X6CrMnNiN18-13-3	1.4378
X6CrMnNiCuN18-12-4-2	1.4646
X1CrNi25-21	1.4335
Austenitische Stähle mit Mo
X2CrNiMoCuS17-10-2	1.4598
X3CrNiCuMo17-11-3-2	1.4578
X2CrNiMoN17-11-2	1.4406
X2CrNiMo17-12-2	1.4404
X5CrNiMo17-12-2	1.4401
X6CrNiMoTi17-12-2	1.4571
X6CrNiMoNb17-12-2	1.4580
X2CrNiMo17-12-3	1.4432
X3CrNiMo18-12-3	1.4449
X3CrNiMo17-13-3	1.4436
X2CrNiMoN17-13-3	1.4429
X2CrNiMoN18-12-4	1.4434
X2CrNiMo18-14-3	1.4435
X2CrNiMoN17-13-5	1.4439
X2CrNiMo18-15-4	1.4438
X1CrNiMoCuN20-18-7	1.4547
X1CrNiMoN25-22-2	1.4466
X1CrNiMoCuNW24-22-6	1.4659
X1CrNiMoCuN24-22-8	1.4652
X2CrNiMnMoN25-18-6-5	1.4565
Austenitische Stähle mit Nickel als Hauptlegierungselement
X1NiCrMoCu25-20-5	1.4539
X1NiCrMoCuN25-20-7	1.4529
XNiCrAlTi32-20	1.4558
X1NiCrMoCu31-27-4	1.4563
Unübliche austenitische Stahlsorten
X5CrNi17-7	1.4319
X8CrMnNiN18-9-5	1.4374
X1CrNiMoCuN25-25-5	1.4537

Austenitisch-ferritische korrosionsbeständige Stähle

Stahlbezeichnung
Kurzname	Werkstoffnummer
X2CrNiN22-2	1.4062
X2CrCuNiN23-2-2	1.4669
Austenitische-ferritische Stähle mit Mo
X2CrNiMoSi18-5-3	1.4424
X2CrNiN23-4	1.4362
X2CrMnNiN21-5-1	1.4162
X2CrMnNiMoN21-5-3	1.4482
X2CrNiMoN22-5-3	1.4462
X2CrNiMnMoCuN24-4-3-2	1.4662
X2CrNiMoCuN25-6-3	1.4507
X3CrNiMoN27-5-2	1.4460
X2CrNiMoN25-7-4	1.4410
X2CrNiMoCuWN25-7-4	1.4501
X2CrNiMoN29-7-2	1.4477
X2CrNiMoCoN28-8-5-1	1.4658
Unübliche austenitisch-ferritische Stahlsorten
X2CrNiCuN23-4	1.4655

Ferritische korrosionsbeständige Stähle

Stahlbezeichnung
Kurzname	Werkstoffnummer
X2CrNi12	1.4003
X2CrTi12	1.4512
X6CrNiTi12	1.4516
X6Cr13	1.4000
X6CrAl13	1.4002
X2CrMnNiTi12	1.4600
X2CrSiTi15	1.4630
X6Cr17	1.4016
X2CrTi17	1.4520
X3CrTi17	1.4510
X3CrNb17	1.4511
X6CrNi17-1	1.4017
X2CrNiTiNb18	1.4509
X2CrAlSiNb18	1.4634
X2CrNbTi20	1.4607
X2CrTi21	1.4611
X2CrNbCu21	1.4621
X2CrTi24	1.4613
Ferritische Stähle mit Mo
X5CrNiMoTi15-2	1.4589
X6CrMoS17	1.4105
X6CrMo17-1	1.4113
X2CrMoTi17-1	1.4513
X6CrMoNb17-1	1.4526
X2CrMoTi18-2	1.4521
X2CrMoTiS18-2	1.4523
X2CrMoTi29-4	1.4592
Unübliche ferritische Stähle
X1CrNb15	1.4595
X2CrNbZr17	1.4590

Martensitische und ausscheidungshärtende korrosionsbeständige Stähle

Stahlbezeichnung
Kurzname	Werkstoffnummer
Martensitische Stähle
X12Cr13	1.4006
X12CrS13	1.4005
X15Cr13	1.4024
X20Cr13	1.4021
X30Cr13	1.4028
X29CrS13	1.4029
X39Cr13	1.4031
X46Cr13	1.4034
X46CrS13	1.4035
X17CrNi16-2	1.4057
Martensitische Stähle mit Mo
X38CrMo14	1.4419
X55CrMo14	1.4110
X3CrNiMo13-4	1.4313
X1CrNiMoCu12-5-2	1.4422
X50CrMoV15	1.4116
X70CrMo15	1.4109
X2CrNiMoV13-5-2	1.4415
X1CrNiMoCu12-7-3	1.4423
X53CrSiMoVn16-2	1.4150
X4CrNiMo16-5-1	1.4418
X14CrMoS17	1.4104
X39CrMo17-1	1.4122
X105CrMo17	1.4125
X40CrMoVN16-2	1.4123
X90CrMoV18	1.4112
Ausscheidungshärtende Stähle
X5CrNiCuNb16-4	1.4542
X7CrNiAl17-7	1.4568
Ausscheidungshärtende Stähle mit Mo
X5CrNiMoCuNb14-5	1.4863
X1CrNiMoAlTi12-9-2	1.4530
X1CrNiMoAlTi12-10-2	1.4596
X1CrNiMoAlTi12-11-2	1.4612
X5NiCrTiMoVB25-15-2	1.4606

Austenitische und austenitisch-ferritische hitzebeständige Stähle

Stahlbezeichnung
Kurzname	Werkstoffnummer
Austenitische hitzebeständige Stähle
X8CrNiTi18-10	1.4878
X6CrNiSiNCe19-10	1.4818
X15CrNiSi20-12	1.4828
X9CrNiSiNCe21-11-2	1.4835
X12CrNi23-13	1.4833
X25CrMnNiN25-9-7	1.4872
X8CrNi25-21	1.4845
X15CrNiSi25-21	1.4841
X10NiCrAlTi32-21	1.4876
X6NiCrSiNCe35-25	1.4854
X10NiCrSi35-19	1.4886
Unübliche austenitische und austenitisch-ferritische hitzebeständige Stähle
X15CrNiSi25-4	1.4821
X12NiCrSi35-16	1.4864
X10NiCrSiNb32-22	1.4887
X6NiCrNbCe32-27	1.4877

Ferritische hitzebeständige Stähle (gute Beständigkeit gegen Oxidation sowie den Einfluss von heißen Gasen und Verbrennungsprodukten oberhalb von 550 °C)

Stahlbezeichnung
Kurzname	Werkstoffnummer
Ferritische hitzebeständige Stähle
X10CrAlSi7	1.4713
X10CrAlSi13	1.4724
X10CrAlSi18	1.4742
X10CrAlSi25	1.4762
X18CrN28	1.4749
Unübliche ferritische hitzebeständige Stahlsorten
X3CrAlTi18-2	1.4736

Austenitische warmfeste Stähle (hohe Zeitstandfestigkeit bei mechanischer Langzeitbeanspruchung oberhalb von 500 °C)

Stahlbezeichnung
Kurzname	Werkstoffnummer
X6CrNi18-10	1.4948
X7CrNiNb18-10	1.4912
X7CrNiTi18-10	1.4940
X6CrNiTiB18-10	1.4941
X8CrNiNb16-13	1.44961
X12CrNiWTiB16-13	1.4962
X6CrNiWNbN16-16	1.4945
X6CrNi23-13	1.4950
X6CrNiN25-20	1.4951
X5NiCrAlTi31-20	1.4958
X8NiCrAlTi32-21	1.4959
Austenitische warmfeste Stähle mit Mo
X10CrNiMoMnNbVB15-10-1	1.4982
X8CrNiMoVNb16-13	1.4988
X8CrNiMoNb16-16	1.4981
X7CrNiMoBNb16-16	1.4986
X6CrNiMoB17-12-2	1.4919
X6CrNiMoTiB17-13	1.4983
X6CrNiMo17-13-2	1.4918
X3CrNiMoBN17-13-3	1.4910
X12CrCoNi21-20	1.4971
X6NiCrTiMoVB25-15-2	1.4980
Unübliche austenitische warmfeste Stähle
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Liste martensitischer warmfester Stähle

Stahlbezeichnung
Kurzname	Werkstoffnummer
X10CrMoVNb9-1	1.4903
X11CrMoWVNb9-1-1	1.4905
X19CrMoNbVN11-1	1.4913
X20CrMoV11-1	1.4922
X22CrMoV12-1	1.4923
X20CrMoWV12-1	1.4935
X12CrNiMoV12-3	1.4938
X8CrCoNiMo10-6	1.4911
Unübliche martensitische warmfeste Stahlsorten
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Austenitische Stahlsorten

Stähle mit mehr als 8 % Nickel haben bei Raumtemperatur eine austenitische Kristallstruktur und weisen eine besonders günstige Kombination von Verarbeitbarkeit, mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit auf.

Werkstoffnummer 1.4301 – X5CrNi18-10

Der häufigste Legierungstyp eines nichtrostenden Stahls, der uns im Alltag begegnet, ist die Legierung X5CrNi18-10 (Werkstoffnummer 1.4301, Aufschrift 18/10, auch bekannt als V2A). 33 % der Produktion von nichtrostenden Stählen entfallen auf diesen Legierungstyp, weitere 20 % auf den ähnlichen Stahl 1.4307 (X2CrNi18-9). Bei 1.4301 handelt es sich um einen relativ weichen, nickelhaltigen, nicht ferromagnetischen Austenit-Stahl für beispielsweise Töpfe, Essbesteck (ausgenommen Messerklingen), Spülbecken. Die Bezeichnung 18/10 beschreibt einen Anteil von 18 % Chrom und 10 % Nickel. Die Legierung ist zäh und neigt bei Kaltverformung zur Aushärtung. Das erschwert die Bearbeitung durch Bohren, Stanzen oder Zerspanen.

Der Werkstoff ist beständiger gegenüber kurzzeitiger Einwirkung chlorhaltiger Medien (wie beispielsweise Salzwasser oder der chlorhaltigen Atmosphäre in Hallenbädern) als Edelstahl 18/0 (ohne Nickelanteil). Bei längerer Einwirkung wäre beispielsweise V4A-Stahl zu wählen.

Werkstoffnummer 1.4571 – X6CrNiMoTi17-12-2 (historisch), 1.4401 – X5CrNiMo17-12-2 oder 1.4404 – X2CrNiMo17-12-2

Für den Einsatz in Gegenwart chloridhaltiger Medien werden häufig die Werkstoffe 1.4571 bzw. 1.4401 oder 1.4404 (umgangssprachlich V4A) eingesetzt. Sie besitzen im Gegensatz zum 1.4301 durch einen Anteil von 2 % Molybdän eine erhöhte Beständigkeit gegen Chloride. Einsatzzwecke sind unter anderem alle Bereiche, die ständig mit Salzwasser in Berührung kommen, wie zum Beispiel Beschläge im Schiffbau. Zudem wird er für die Sanierung von Schornsteinen, in Hallenbädern (bei sicherheitsrelevanten Bauteilen, die nicht regelmäßig gereinigt werden können oder von Wasser benetzt werden, müssen Qualitäten mit höherem Molybdänanteil verwendet werden, beispielsweise 1.4529) und der chemischen Industrie eingesetzt.

Weitere Stahlsorten

Interkristalline Korrosion

Für Werkzeuge und Messerklingen werden härtbare martensitisch-ferritische Stähle verwendet, die neben Chrom oft auch Vanadium und Molybdän enthalten und magnetisierbar sind. Typische Stahlsorten hierfür sind X30Cr13 und die höherwertige Legierung X50CrMoV15 (vgl. Messerstahl).

Im Offshore-Bereich findet auch Duplexstahl, z. B. 1.4462 (X2CrNiMoN22-5-3), Anwendung. Anstelle von Nickel kann für austenitische Stähle auch das billigere Mangan als Legierungselement verwendet werden, aber die allgemeine Qualität dieser Stähle ist niedriger.

Die Beständigkeit gegenüber Korrosion sinkt mit steigendem Kohlenstoffgehalt, da Chrom eine hohe Kohlenstoffaffinität besitzt und sich zu Lasten von schützendem Chromoxid vorwiegend an den Korngrenzen hartes, sprödes Chromcarbid bildet. Außerdem neigen dann die Stähle zur interkristallinen Korrosion.

Um diesem Effekt entgegenzuwirken und damit auch die Schweißbarkeit zu verbessern, werden der Kohlenstoffgehalt niedrig gehalten und die entsprechenden Stahlsorten noch durch Zugabe von Niob oder Titan, die eine höhere Affinität zum Kohlenstoff als Chrom haben, stabilisiert. Derartig stabilisierte, rein ferritische Stähle mit 12 bis 18 % Chromgehalt wie X2CrTi12 (1.4512), X2CrTiNb18 (1.4509) und X3CrTi17 (1.4510) stellen heute die wichtigsten Werkstoffe für den Bau von Auspuffen in der Automobilindustrie dar. Annähernd 10 % der weltweiten Produktion rostfreier Stähle entfallen auf diese Anwendung. Der kostensparende Verzicht auf Nickel sowie der geringere Wärmeausdehnungskoeffizient des ferritischen Kristallgitters sind die spezifischen Vorteile dieser Stähle. Die zusätzliche Legierung mit Molybdän verbessert die Korrosionsbeständigkeit.

Bedeutung der Werkstoffnummern nach DIN EN 10027-2:2015-07

Werkstoffnummer beginnend mit	Cr-Gehalt	Gehalt an Mo, Nb, Ti
1.40	Cr-Stähle mit < 2,5 % Ni	ohne Mo, Nb und Ti
1.41	Cr-Stähle mit < 2,5 % Ni	mit Mo, ohne Nb und Ti
1.43	Cr-Stähle mit ≥ 2,5 % Ni	ohne Mo, Nb und Ti
1.44	Cr-Stähle mit ≥ 2,5 % Ni	mit Mo, ohne Nb und Ti
1.45	Cr-, CrNi- oder CrNiMo-Stähle mit Sonderzusätzen (Cu, Nb, Ti …)
1.46	Cr-, CrNi- oder CrNiMo-Stähle mit Sonderzusätzen (Cu, Nb, Ti …)		chemisch beständig und hochwarmfest
1.47	Cr-Stähle mit < 2,5 % Ni und Sonderzusätzen (Cu, Nb, Ti …)		hitzebeständig
1.48	Cr-Stähle mit ≥ 2,5 % Ni und Sonderzusätzen (Cu, Nb, Ti …)		hitzebeständig
1.49			warmfest

Einige Abkürzungen von Legierungselementen:

• Cr = Chrom
• Cu = Kupfer
• Mo = Molybdän
• N = Stickstoff
• Nb = Niob
• Ni = Nickel
• Ti = Titan

Werkstoffbezeichnungen nichtrostender und säurebeständiger Stähle

Hochlegierte Stähle enthalten mindestens ein Legierungselement mit einem Massenanteil von wenigstens 5 % und werden nach europäischer Norm durch ein X gekennzeichnet (international unter Umständen auch durch Y). Dann folgt der mit dem Faktor 100 multiplizierte Kohlenstoffgehalt in Massenprozent sowie die chemischen Elementsymbole der Legierungselemente in der Reihenfolge sinkender Massenanteile. Schließlich werden die Massenanteile der zuvor aufgeführten Legierungselemente in gleicher Reihenfolge genannt, getrennt durch Bindestriche und in Massenprozent (ohne den etwa bei niedriglegierten Stählen angewandten Multiplikatoren!). Beispiel: X12CrNi18-8 ist ein Stahl mit 0,12 % Kohlenstoff, 18 % Chrom (Cr) und 8 % Nickel (Ni).

Europäische Norm Werkstoff-Nr.	Europäische Norm Kurzname	ASTM/AISI Bezeichnung	UNS-Nummer
1.4016	X6Cr17	430	S43000
1.4509	X2CrTiNb18	441	S44100
1.4510	X3CrTi17	439
1.4512	X2CrTi12 (alt X6 CrTi 12)	409	S40900
1.4526	X6CrMoNb17-1	436	S43600
1.4310	X10CrNi18-8 (alt X12 CrNi17 7)	301	S30100
1.4318	X2CrNiN18-7	301LN
1.4307	X2CrNi18-9	304L	S30403
1.4306	X2CrNi19-11	304L	S30403
1.4311	X2CrNiN18-10	304LN	S30453
1.4301	X5CrNi18-10	304	S30400
1.4948	X6CrNi18-11	304H	S30409
1.4303	X4CrNi18-12 (alt X5 CrNi18 12)	305	S30500
1.4541	X6CrNiTi18-10	321	S32100
1.4878	X10CrNiTi18-10 (alt X12 CrNiTi18 9)	321H	S32109
1.4404	X2CrNiMo17-12-2	316L	S31603
1.4401	X5CrNiMo17-12-2	316	S31600
1.4406	X2CrNiMoN17-11-2	316LN	S31653
1.4432	X2CrNiMo17-12-3	316L	S31603
1.4435	X2CrNiMo18-14-3	316L	S31603
1.4436	X3CrNiMo17-13-3	316	S31600
1.4571	X6CrNiMoTi17-12-2	316Ti	S31635
1.4429	X2CrNiMoN17-13-3	316LN	S31653
1.4438	X2CrNiMo18-15-4	317L	S31703
1.4539	X1NiCrMoCu25-20-5	904L	N08904
1.4547	X1CrNiMoCuN20-18-7	F 44	S31254
1.4462	X2CrNiMoN22-5-3	F 51	S31803

Schrauben

Auf Befestigungsschrauben aus rostfreien Stählen steht häufig die Bezeichnung A2-70. Hierbei steht A2 für die Stahlsorte (A für austenitisch, 2 für die Sorte), 70 für die Festigkeitsklasse bzw. die Zugfestigkeit in kp/mm² (veraltet) entsprechend 1/10 der Zugfestigkeit 700 MPa. Für den Offshore-Bereich und für Anlagen der Meerwasserentsalzung sind Bauteile aus dem Sonderwerkstoff X2CrNiMoN17-13-5 (Werkstoffnummer 1.4439/Alloy 317 LN) unbedingt zu bevorzugen. Beim Ersetzen von Schrauben mit konventionellem Werkstoff durch Niro-Schrauben ist zu beachten, dass die Werkstoffkennwerte (Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Dehngrenze etc.) dieser Niro-Schrauben meist unter denen konventioneller Schrauben mit Festigkeitsklasse größer gleich 5.6 nach EN ISO 898-1 liegt. Ein einfaches Ersetzen nach dem 1:1-Prinzip ist gerade bei sicherheitsrelevanten Verbindungen genau zu prüfen. Außerdem kann bei Kontakt zwischen Niro- und normalen Stählen aus elektrochemischen Gründen zusätzliche Korrosion auftreten.

Schrauben als mechanische Verbindungselemente aus nichtrostenden Stählen und deren Bezeichnungen sind genormt nach:

• EN ISO 3506-1 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 1: Schrauben mit festgelegten Stahlsorten und Festigkeitsklassen
• EN ISO 3506-2 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 2: Muttern mit festgelegten Stahlsorten und Festigkeitsklassen
• EN ISO 3506-3 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 3: Gewindestifte und ähnliche nicht auf Zug beanspruchte Verbindungselemente
• EN ISO 3506-4 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 4: Blechschrauben
• EN ISO 3506-6 Mechanische Verbindungselemente – Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Stählen – Teil 6: Allgemeine Regeln für die Auswahl von nichtrostenden Stählen und Nickellegierungen für Verbindungselemente

Unterschieden werden nach Teil 1 vier Gruppen von Schrauben aus nichtrostenden Stählen:

• austenitisch: mit den Sorten A1, A2, A3 (Festigkeitsklassen jeweils 50 / 70 / 80), A4, A5 (Festigkeitsklassen jeweils 50 / 70 / 80 / 100) und A8 (Festigkeitsklassen 70 / 80 / 100)
• ferritisch: mit der Sorte F1 (Festigkeitsklassen 45 / 60)
• martensitisch: mit den Sorten C1 (Festigkeitsklassen 50 / 70 / 110), C3 (Festigkeitsklasse 80), C4 (Festigkeitsklassen 50 / 70)
• Duplex (austenitisch-ferritisch): mit den Sorten D2, D4, D6, D8 (Festigkeitsklassen jeweils 70 / 80 / 100)

Für Muttern nach Teil 2 (normale Typ 1 und hohe Typ 2) gilt die gleiche Einteilung; für niedrige Muttern (Typ 0) sind die Werte jeweils zu halbieren und mit vorangestellter „0“ zu kennzeichnen (z. B. F1-022).

Zum Abschätzen der Korrosionsbeständigkeit eines rostfreien Stahls kann die Wirksumme (auch PRE-Wert) dienen. Je höher diese ist, desto beständiger ist die Legierung gegen Lochfraß oder Spaltkorrosion. Legierungen mit einer Wirksumme über 33 gelten als seewasserbeständig.

Schweißen von nichtrostenden Stählen

Eine Auswahl geltender Normen:

• EN 1011-3 Schweißen – Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe – Teil 3: Lichtbogenschweißen von nichtrostenden Stählen
• EN ISO 3581 Schweißzusätze – Umhüllte Stabelektroden zum Lichtbogenhandschweißen von nichtrostenden und hitzebeständigen Stählen – Einteilung
• EN ISO 14343 Schweißzusätze – Drahtelektroden, Bandelektroden, Drähte und Stäbe zum Lichtbogenschweißen von nichtrostenden und hitzebeständigen Stählen – Einteilung
• EN ISO 17633 Schweißzusätze - Fülldrahtelektroden und Füllstäbe zum Metall-Lichtbogenschweißen mit und ohne Gasschutz von nichtrostenden und hitzebeständigen Stählen – Einteilung

Andere korrosionsbeständige Legierungen

Nicht mehr zu Stählen gezählt werden Cr-Ni-Legierungen, die weniger als 50 % Eisen enthalten und noch bessere Eigenschaften bezüglich Korrosions- und Warmfestigkeit haben. Diese so genannten Superlegierungen gehören zu den hochwarmfesten Legierungen und basieren auf einem um 1906 zum ersten Mal beschriebenen Legierungstyp NiCr8020. Durch Zusätze von Aluminium und Titan werden diese aushärtbar und bei hohen Temperaturen die Festigkeit stark gesteigert. Moderne Handelsnamen sind z. B. Inconel, Incoloy, Hastelloy, Cronifer, Nicrofer. Letztere ist eine hochkorrosionsbeständige Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung, die noch in verschiedene Legierungen unterteilt ist, je nach Zusatz (Nicrofer 3127, Nicrofer 5923, H-C4 oder H-C22).

Anwendung finden solche Legierungen hauptsächlich in Strahltriebwerken, Kraftwerksindustrie (Gasturbinen), Öl- und Gasindustrie, Umwelttechnik (REA) sowie in der chemischen Verfahrenstechnik, also überall dort, wo hohe Festigkeit bei sehr hohen Temperaturen oder unter hoch korrosiven Bedingungen auf lange Dauer gewährleistet sein muss.

Siehe auch

• Invar – Legierung mit sehr geringem Wärmeausdehnungskoeffizient aus 64 % Eisen und 36 % Nickel.
• Aperam – börsennotierter Hersteller von rostfreiem Stahl und Elektroblech mit Sitz in Luxemburg
• PREN – Maß für die Korrosionsfestigkeit

Literatur

• Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulze (Hrsg.): Werkstoffkunde (Springer-Lehrbuch), 11. Ausgabe, Springer-Vieweg, Heidelberg/Berlin [u. a.] 2013, ISBN 978-3-642-17716-3, S. 266 ff.
• Manfred Rasch (Hg.): 100 Jahre nichtrostender Stahl. Historisches und Aktuelles. Klartext, Essen 2012.

Weblinks

Commons: Rostfreier Stahl – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Weitere Datenblätter über Edelstahl und deren Verarbeitung (Memento vom 23. März 2010 im Internet Archive)
• Umwandler für Werkstoffnormen rostfreier Stähle
• Artikel über rostfreien Stahl
• Schrauben-Lexikon: Rostfrei A1 bis A5
  • Publikationen der Informationsstelle Edelstahl Rostfrei. 19. Juni 2017; abgerufen im 1. Januar 1.  weitere Datenblätter über Edelstahl und deren Verarbeitung
• Einsatz von rostfreiem Edelstahl (Artikel aus IHKS-Fachjournal – Ausgabe 2004/2005)
• Edelstahlrohre in der Trinkwasser-Hausinstallation (Artikel aus IHKS-Fachjournal – Ausgabe 2003/2004)
• Nicrofer 3127 hMo
• Nicrofer 5923 hMo