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Austenitische Werkstoffe

 

Austenitische Stähle

Man kann solche Stähle in drei Hauptgruppen teilen:

  1. normale austenitische Stähle, nicht stabilisiert, mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt, hitzebeständig;
  2. stabilisierte austenitische Stähle ;
  3. austenitische Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.

Sie besitzen keine Umwandlungspunkte A1 und A3, d. h. sie besitzen eine reine austenitische Struktur.Man unterscheidet zwei Gruppen:

1.      Fe-C-Cr-Ni

2.      Fe-C-Cr-Ni-Mo

Nach AISI als „Serie 300“ bezeichnet.

AISI 301 - 302 - 302B - 304 - 305 - 308 - 384

Sie unterscheiden sich von Ni-Gehalt. Wenn der Ni-Gehalt größer wird, verkleinert sich die Kaltverfestigung bei der Verarbeitung. Solche Stähle besitzen normale Eigenschaften bei Raumtemperatur, aber sehr gute bei sehr niedrigen Temperaturen (vor allem Kerbschlagzähigkeit); außerdem weisen sie eine hohe Dauerfestigkeit auf, mit niedriger Empfindlichkeit für Einschnitte.

AISI 309 - 309S - 310 - 314

Mit hohem Nickelgehalt. Hitzbeständige Stähle. Sehr gute Eigenschaften, was Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen betrifft.

AISI 316 - 317

Mit Mo, welches eine gute Beständigkeit gegen Grübchenbildungskorrosion und „stress corrosion“ zur Folge hat. Bessere mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen.

AISI 321 - 347 - 348

Sogenannte stabilisierte Stähle. Sie stammen aus dem 304 und 316 mit Titan und Niob. Die wichtigste Eigenschaft ist, dass solche Stähle die Bildung von Chromoxyden vermeiden, und infolgedessen wird eine bessere Korrosionsbeständigkeit gewährleistet. Merkmalelement ist der Titangehalt (etwa 0,3-0,4%).

AISI 304L - 316L

Varianten von 304 und 316, wobei bei diesen Stählen der Kohlenstoffgehalt niedriger ist (< = 0,03%), so dass die Karbidausscheidung bei Temperaturen zwischen 450 und 850°C so groß wird, dass die Bildung von geschweißten Strukturen ermöglicht wird, ohne keinerlei Ausscheidung von Karbiden innerhalb der geschweißten Stellen. Ähnliche Eigenschaften bei Raumtemperatur, niedrige Eigenschaften bei höheren Temperaturen.

AISI 316SL (Basel Norm)

Hoher Molybdängehalt (>= 2,5%).
Sehr gute allgemeine Korrosionsbeständigkeitseigenschaften.

Auflösungsfähigkeit

Man erwärmt den Stahl mit einer ausreichend hohen Temperatur, damit die aus Verarbeitungsverfahren stammende strukturalische Veränderung beseitigt werden können; Mit diesem Verfahren bleibt das Material in einer bestimmten Temperatur, wodurch alle Karbide (vor allem die Chromkarbide) sich mit der Lösung verbinden, außerdem muss das Abkühlungsverfahren langsam genug sein, um die Karbidausscheidungen (geschieht zwischen 450 und 850º C) zu vermeiden. Dadurch ist der Stahl in der maximalen Erweichungslage. Drei Faktoren spielen eine wichtige Rolle, nämlich die Temperatur (etwa 1000-1100º C), Geschwindigkeit der Behandlung (abhängig von der Dicke des Materials) und die Geschwindigkeit der Abkühlung. Bei einer solchen Temperatur ist bei austenitischen Stählen ein Wiederaufkohlen auf der Oberfläche sehr wahrscheinlich, das heißt, dass das Risiko einer Karbidausscheidung ziemlich groß ist (man muss auch prüfen, ob die Atmosphäre im Ofen nicht aufgekohlt ist). Die Abkühlung muss schnell geschehen. Durch ein Rekristallisationsglühen mit hohen Temperaturen erhält man eine größere Korndimension; dadurch kann die Korrosion noch schwerer werden.

Sensibilisierung an interkristalline Korrosion

Ein Verfahren, das nur im Labor verwendet wird, um die Empfindlichkeit an IK-Korrosion festzustellen. Bei Stählen aus den Gruppen „normale austenitische Stähle“ erfolgt bei einer Temperatur zwischen 450 und 850º C eine Chromkarbidausscheidung, mit dementsprechender Reduzierung des Chromgehaltes und deshalb einer höheren Wahrscheinlichkeit der IK-Korrosion. Um ein solches Problem zu vermeiden, verwendet man stabilisierte Elemente, wie z. B. Titan und Niob, die sich einfacher mit Kohlenstoff als mit Chrom verbinden. Damit wird die Verarmung des freien Chroms in der Legierung vermieden und deshalb verhindert man die Sensibilisierung des Stahles (in diesem Fall ist die Sensibilisierung zwischen 1250-1300º C).

Entspannung

Dadurch werden die aus dem Produktionsverfahren entstehenden internen Spannungen beseitigt. Für Federbandstähle (extrem hartes Material) wird die Bruchbelastung durch eine Entspannung größer gemacht, um die elastischen Eigenschaften zu vergrößern, mit einer Wärmebehandlung unter 450º C (Temperatur der Sensibilisierungshärtbargkeit). Da die Materialdicke einige Zehntel mm beträgt ist die Zeit der Wärmebehandlung sehr kurz (einige Sekunden). Die Entspannung ist kompliziert für geschweißte Materialien. Um Spannungen für solche Materialien zu beiseitigen muss man das Material glühen, danach besteht beim Abkühlen an den geschweißten Stellen das Risiko der "stress corrosion".