Nichtrostender Stahl: Was ist damit gemeint?

Legierter Stahl mit etwa 11 % Cr oder mehr, der durch eine Passivschicht an der Oberfläche kaum rostet. Nach dem Gefüge unterscheidet man unter anderem austenitische, ferritische und martensitische Stähle.

Japanische Bezeichnung: ステンレス鋼

„Nichtrostender Stahl“ kommt in 7 Übungsfragen aus 5 Themen vor, darunter Metallische Werkstoffe und Legierungen, Korrosion und Oberflächenbehandlung, Werkstoffverarbeitung und Fügen.

Fachgebiet: Metallische Werkstoffe und Legierungen

Selbst ausprobieren: Fragen zu Nichtrostender Stahl

Welche Aussage über die Eigenschaften des austenitischen nichtrostenden Stahls mit 18 % Cr und 8 % Ni (SUS304) trifft zu?

  1. AWegen seines hohen Cr-Gehalts ist er ein martensitischer nichtrostender Stahl und härtet beim Abschrecken in Öl oder Wasser stark auf
  2. BTrotz seines Ni-Gehalts ist er ein ferritischer Stahl mit krz-Gitter und wird auch im geglühten Zustand stark von einem Magneten angezogen
  3. CEr hat ein austenitisches Gefüge mit kfz-Gitter, härtet beim Abschrecken nicht auf und ist im geglühten Zustand nahezu unmagnetisch
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Lösung: C. Er hat ein austenitisches Gefüge mit kfz-Gitter, härtet beim Abschrecken nicht auf und ist im geglühten Zustand nahezu unmagnetisch

SUS304 enthält etwa 8 % Ni, das den Austenit stabilisiert, und behält daher auch bei Raumtemperatur ein austenitisches Gefüge mit kfz-Gitter. Da er sich beim Abkühlen nicht umwandelt, lässt er sich durch Härten nicht verfestigen; gesteigert wird die Festigkeit stattdessen durch Kaltumformung. Im geglühten Zustand ist er nahezu unmagnetisch, doch bei starker Kaltumformung wandelt sich ein Teil in verformungsinduzierten Martensit um, und der Stahl wird von einem Magneten angezogen. Als kfz-Werkstoff zeigt er auch bei tiefen Temperaturen keinen Zäh-Spröd-Übergang und eignet sich für Tieftemperaturbehälter. Durch Härten aufhärten lassen sich martensitische Sorten wie SUS420J2 mit etwa 13 % Cr und höherem Kohlenstoffgehalt. Nahezu ohne Ni, mit krz-Gitter und stark magnetisch sind ferritische Sorten wie SUS430.

Was ist der Hauptgrund dafür, dass nichtrostender Stahl an Luft und in Wasser kaum rostet?

  1. ADurch Zugabe von Ni wird das Standardelektrodenpotential der Legierung so edel wie das von Gold oder Platin, sodass sie sich kaum löst
  2. BAuf der Oberfläche wächst eine mehrere mm dicke, dichte Oxidzunderschicht, die Wasser und Sauerstoff vollständig abschirmt
  3. CEr enthält etwa 11 % Cr oder mehr, wodurch sich eine wenige nm dicke Passivschicht bildet, die sich von selbst erneuert
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Lösung: C. Er enthält etwa 11 % Cr oder mehr, wodurch sich eine wenige nm dicke Passivschicht bildet, die sich von selbst erneuert

Nichtrostender Stahl enthält etwa 11 % Cr (nach der Normdefinition 10,5 %) oder mehr; dadurch bildet sich auf der Oberfläche eine nur wenige nm dicke Passivschicht, die hauptsächlich aus Cr-Oxid besteht und die weitere Auflösung des Metalls verhindert. Wichtig ist, dass sich die Schicht in sauerstoffhaltiger Umgebung auch nach einer Verletzung von selbst erneuert. Die Passivität bleibt daher in oxidierenden Umgebungen wie Salpetersäure gut erhalten, bricht aber in sauerstoffarmen Umgebungen, bei hohem Chloridgehalt und in reduzierenden Säuren (z. B. Salzsäure) leicht zusammen. Das Potential der gesamten Legierung wird nicht so edel wie das von Gold oder Platin; die Hauptaufgabe von Ni ist die Stabilisierung des austenitischen Gefüges. Mehrere mm dicke Oxidzunderschichten entstehen bei der Hochtemperaturoxidation, neigen zu Rissen und Abplatzen und sind etwas völlig anderes als die Passivschicht.

„Nichtrostender Stahl“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Nichtrostender Stahl“ vorkommt (7)

  1. Welche Aussage über die Eigenschaften des austenitischen nichtrostenden Stahls mit 18 % Cr und 8 % Ni (SUS304) trifft zu?
  2. Was ist der Hauptgrund dafür, dass nichtrostender Stahl an Luft und in Wasser kaum rostet?
  3. Beim Schweißen austenitischer nichtrostender Stähle wie SUS304 kann in der Wärmeeinflusszone etwas abseits der Schweißnaht interkristalline Korrosion auftreten (Kornzerfall, engl. weld decay). Welche Kombination aus Ursache und Gegenmaßnahme ist richtig?
  4. Welcher Werkstoff zeigt bei tiefen Temperaturen einen deutlichen Übergang vom zähen zum spröden Verhalten (Zäh-Spröd-Übergang)?
  5. Für geglühtes Kupfer wird der Zusammenhang zwischen wahrer Spannung σ und wahrer Dehnung ε im plastischen Bereich durch σ = Kεⁿ mit K = 530 MPa und n = 0,44 beschrieben. Welcher Wert kommt der wahren Spannung bei einer wahren Dehnung von 0,10 am nächsten?
  6. Welche Aussage über die Spannungsrisskorrosion trifft zu?
  7. Bei einer bestimmten Temperatur sei p₀ der Gleichgewichts-Sauerstoffpartialdruck, bei dem reines Cr und Cr₂O₃ koexistieren. Das Wievielfache von p₀ beträgt bei derselben Temperatur etwa der Gleichgewichts-Sauerstoffpartialdruck, bei dem eine Legierung mit der Cr-Aktivität 0,10 und reines Cr₂O₃ koexistieren? Die Reaktion sei 4/3 Cr + O₂ → 2/3 Cr₂O₃.

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Verwandte Begriffe

Kubisch-flächenzentriertes Gitter (kfz) Kubisch-raumzentriertes Gitter (krz) Passivität Martensit Wärmeeinflusszone Sensibilisierung Versetzung Spannungsrisskorrosion Messing Gleichgewichts-Sauerstoffpartialdruck

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