Klassifizierungsmerkmale und Wärmebehandlung gängiger rostfreier Stahlwerkstoffe

Edelstahl ist eine Art Stahl. Stahl bezeichnet Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt (C) von weniger als 2 %, während bei mehr als 2 % Eisen vorliegt. Während des Schmelzprozesses werden Legierungselemente wie Chrom (Cr), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Silizium (Si), Titan (Ti) und Molybdän (Mo) hinzugefügt, um die Eigenschaften des Stahls zu verbessern und ihn korrosionsbeständig (d. h. rostfrei) zu machen. Edelstahl ist ein hochlegierter Stahl, der Korrosion in der Luft oder in chemisch korrosiven Medien widerstehen kann. Je nach Gefügezustand des normalisierten Stahls wird er in ferritischen Edelstahl, austenitischen Edelstahl und martensitischen Edelstahl eingeteilt.

01 Ferritischer Edelstahl.

Wenn der Chromgehalt 13 % erreicht, weist die Eisen-Chrom-Legierung keine γ-Phasenumwandlung auf; bei einem Chromgehalt von 12 % ist sie korrosionsbeständig, sodass Cr13-Ferritstahl zu ferritischem Edelstahl wird.

Eigenschaften: Ferritischer Edelstahl weist eine gute Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit auf, insbesondere eine gute Beständigkeit gegen Spannungskorrosion, jedoch schlechte mechanische Eigenschaften (die Streckgrenze ist höher als bei austenitischem Edelstahl, aber die Schlagzähigkeit ist gering und der Werkstoff ist spröde) sowie eine schlechte Verarbeitbarkeit. Er wird hauptsächlich für säurebeständige Konstruktionen mit geringer Beanspruchung und als oxidationsbeständiger Stahl verwendet.

1. Arten und Typen ferritischer Edelstähle

⑴ Cr13-Typ: z. B. 0Cr13, 0Cr13Al (Al: erweitert den F-Bereich, verbessert die Oxidationsbeständigkeit) usw.; wird häufig als hitzebeständiger und oxidationsbeständiger Stahl verwendet.

⑵ Cr16-19-Typ: z. B. Cr17, Cr17Ti, Cr17Mo1Nb usw.; kann Korrosion in der Atmosphäre, in Süßwasser und in verdünnten Salpetersäuremedien widerstehen.

⑶ Cr25-28-Typ: z. B. Cr25Ti, Cr26Mo1, Cr28 usw.; sind säurebeständige Stähle, die gegenüber stark korrosiven Medien beständig sind.

2.Sprödigkeit ferritischer Edelstähle    

Der Nachteil hochchromhaltiger Ferritstähle ist ihre hohe Sprödigkeit. Die Hauptgründe sind:

⑴ Grobe ursprüngliche Körner:

① Das Gefüge ist im Gusszustand grob und kann durch Phasenumwandlung beim Erwärmen und Abkühlen nicht verfeinert werden, sondern nur durch Rekristallisation infolge von Verformung;

② Ferrit weist aufgrund der schnellen Atomdiffusion eine niedrige Temperatur für Kornvergröberung und eine hohe Kornvergröberungsgeschwindigkeit auf (das Prinzip ist dasselbe wie bei F; keine interkristalline Korrosion tritt auf, und Cr diffundiert schnell). Lösung: In der Produktion wird die Endschmiedetemperatur oder Endwalztemperatur auf 750℃ oder darunter begrenzt; dem Stahl wird eine geringe Menge Titan zugesetzt, um das Kornwachstum mit Ti (C, N) zu verhindern; der Austenitanteil bei hohen Temperaturen im ferritischen Edelstahl wird erhöht, um die Kornvergröberung zu kontrollieren.

⑵ σ-Phase: Die σ-Phase weist eine hohe Härte (HRC68 oder höher) auf und ist häufig entlang der Korngrenzen verteilt. Dadurch verursacht sie eine starke Versprödung und kann interkristalline Korrosion fördern. (Schnelles Abkühlen verringert ihre Ausscheidung)   

⑶ Versprödung bei 475℃: (Nach langem Erwärmen im Temperaturbereich von 400-500℃ oder langsamem Abkühlen in diesem Temperaturbereich wird der Stahl bei Raumtemperatur sehr spröde.)

Grund: Beim Erwärmen auf 475℃ neigen die Chromatome im Ferrit dazu, sich zu ordnen und zahlreiche chromreiche Ferrite zu bilden, die eine kohärente Beziehung zur Mutterphase aufrechterhalten und dadurch Gitterverzerrungen und innere Spannungen verursachen. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Festigkeit des Stahls zu, während die Schlagzähigkeit abnimmt und die Sprödigkeit steigt.

⑷ Der Stahl enthält Verunreinigungen und Einschlüsse wie C, N und O

 3.Wärmebehandlung ferritischer Edelstähle

⑴ Das Gleichgewichtsgefüge ferritischer Edelstähle besteht aus Ferrit + Chromkarbid.

⑵ Zweck: Um ein Ferritgefüge mit gleichmäßiger Zusammensetzung zu erhalten, die Karbidausscheidung zu verringern, die Neigung zu interkristalliner Korrosion zu beseitigen sowie die Ausscheidung der σ-Phase und die Versprödung bei 475℃ zu beseitigen, werden ferritische Edelstähle nach dem Warmwalzen häufig einer Wärmebehandlung durch Abschrecken, Anlassen oder Glühen unterzogen. (Wenn Karbide ausscheiden, können Lochfraß und interkristalline Korrosion auftreten.)

02 Austenitischer Edelstahl

Austenitischer Edelstahl wurde mit 18 % Cr-8 % Ni als typischer Zusammensetzung entwickelt. (Austenitischer Edelstahl des Typs 18-8) Eigenschaften: hohe Korrosionsbeständigkeit (höher als bei M-Edelstahl, niedriger als bei F-Edelstahl), hohe Plastizität, Zähigkeit und Tieftemperaturzähigkeit, leichte Verarbeitung zu verschiedenen Stahlformen, gute Schweißeignung, nicht magnetisch usw.; insgesamt weist er gute mechanische Eigenschaften auf und ist die größte Edelstahlgruppe.

1、Typische Stahlsorten, Eigenschaften und Anwendungen

⑴ Cr-Ni-Edelstahl: 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni11Nb, 00Cr18Ni10, 00Cr17Ni7Cu2 (Zugabe von Ti und Nb zur Verringerung interkristalliner Korrosion; Zugabe von Cu zur Verringerung von Spannungskorrosion und zur Erweiterung des A-Bereichs)

⑵ Cr-Mn-N-, Cr-Mn-Ni-N-Edelstahl (durch Zugabe von Mn und N kann Ni ersetzt werden) Typische Stahlsorten: 1Cr17Mn13N, 1Cr18Mn8Ni5N (Analyse: WCr﹪>12﹪ Edelstahl; Edelstahl mit Mn, Ni und N ist austenitischer Edelstahl, während Edelstahl mit Cr und Al F-Edelstahl ist.) Die Mischkristallverfestigung durch N verleiht dem Stahl eine höhere Streckgrenze, Plastizität und Zähigkeit.

⑶ Metastabiler austenitischer Edelstahl: Während der Kaltverformung tritt eine teilweise martensitische Umwandlung auf, sodass der Stahl zusätzlich zur Kaltverfestigung durch Martensit verfestigt wird. Ergänzung: Eine Verformung zwischen Ms und Md induziert eine M-Phasenumwandlung, während eine Verformung über Md den A mechanisch stabilisiert.

2、Gleichgewichtsgefüge und Wärmebehandlung austenitischer Edelstähle

Das Gleichgewichtsgefüge austenitischer Edelstähle des Typs 18-8 ist ein komplexes Mehrphasengefüge aus Austenit + Ferrit + Karbiden; durch Lösungsglühen wird tatsächlicher einphasiger Austenit erhalten. Zweck ist es, sowohl Ferrit als auch Karbide in A aufzulösen, um ein einphasiges A zu erhalten.

03 Martensitischer Edelstahl

1、Martensitischer Edelstahl enthält 12--18 % Cr. Im Vergleich zu ferritischem Edelstahl weist seine Zusammensetzung folgende Merkmale auf:

⑴ Die Obergrenze des Chromgehalts ist niedriger (bei einem zu hohen Gehalt entsteht F).

⑵ Er enthält außerdem eine bestimmte Menge Kohlenstoff, Nickel und andere γ-Phasen stabilisierende Elemente. (Der Nickelgehalt darf nicht zu hoch sein.)

⑶ Dieser Stahltyp weist eine schlechtere Korrosionsbeständigkeit und Schweißeignung als austenitische und ferritische Edelstähle sowie eine geringere Plastizität als A-Edelstahl auf. Da er jedoch eine gute Kombination aus mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit besitzt (eine gewisse Korrosionsbeständigkeit aufweist und bestimmten Belastungen standhalten kann),

2、Wird zur Herstellung von Maschinenteilen, medizinischen chirurgischen Instrumenten, Messwerkzeugen, rostfreien Lagern, Federn usw. verwendet.

3、Vergleich der Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften von A- (austenitischen), F- (ferritischen) und M-Edelstählen: M-Edelstahl weist eine schlechte Korrosionsbeständigkeit auf, kann jedoch bestimmten Belastungen standhalten; A-Edelstahl besitzt eine mittlere Korrosionsbeständigkeit und durchschnittliche Festigkeit, jedoch eine gute Plastizität und Zähigkeit; F-Edelstahl weist eine gute Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit auf, ist jedoch spröde.

4、Typische Stahlsorten, Zusammensetzung und Anwendungen

⑴① Kohlenstoffarmer 13-%-Cr-Stahl: z. B. 1Cr13, 2Cr13;

② Kohlenstoffarmer 17-%-Cr-2-%-Ni-Stahl (Ni: stabilisiert A): Cr wird überwiegend durch Mischkristallverfestigung wirksam. ① und ② entsprechen korrosionsbeständigen Vergütungsstählen: Wärmebehandlung = Abschrecken + Hochtemperaturanlassen. (Die Legierung verschiebt den S-Punkt nach links, daher ist die Wirkung ähnlich wie bei Vergütungsstahl.)

⑵ Mittelgekohlter 13-%-Cr-Stahl: z. B. 3Cr13, 4Cr13; entspricht korrosionsbeständigem Werkzeugstahl; Abschrecken + Niedertemperaturanlassen

⑶ Hochgekohlter 18-%-Cr-Stahl: z. B. 9Cr18 usw.; entspricht korrosionsbeständigem Werkzeugstahl. Abschrecken + Niedertemperaturanlassen

2、Wärmebehandlung martensitischer Edelstähle

3、⑴ Weichglühen: entspricht der Vorwärmebehandlung. Nach dem Schmieden und Walzen bildet sich im Stahl durch Luftkühlung Martensit um, wodurch das Schmiedestück gehärtet wird und Risse an seiner Oberfläche entstehen können; außerdem lässt es sich nur schwer bearbeiten.

① Hochtemperaturanlassen

② Vollständiges Glühen

⑵ Vergüten

⑶ Abschrecken und Niedertemperaturanlassen