Eigenschaften und Mängel von rostfreiem Stahl
Technische Merkmale
Die Grundanforderung an nichtrostende Stähle ist die Korrosionsbeständigkeit, die von der Zusammensetzung der Legierung, ihrem Gefügezustand, der Aggressivität der korrosiven Umgebung und den auftretenden Belastungen abhängt. Die Korrosionsbeständigkeit wird durch die Bildung einer starken Passivschicht auf der Oberfläche des Produkts bestimmt, die das Eindringen der korrosiven Substanz in die tieferen Schichten des Materials verhindert.
Chrom
Es ist eines der stärksten Passivierungsmittel in oxidierenden Umgebungen. Es bildet einen sehr dünnen, unsichtbaren Oxidfilm auf der Legierungsoberfläche, der nur wenige Atomschichten dick ist. Die Filmdichte und die Korrosionsbeständigkeit steigen mit zunehmendem Chromanteil. Ein Cr-Gehalt von 12-13 % macht den Stahl rostfrei und widerstandsfähig gegen Luft- und Bodenfeuchtigkeit. Eine Erhöhung des Chromgehalts auf 28-30 % macht die Legierung beständig gegen aggressive Atmosphären. Chrom ist ein ferritisches Element, daher werden Legierungen mit hohem Chromgehalt (16-30 %) als ferritisch eingestuft. Die Ferritbeständigkeit macht die Legierungen unempfindlich gegen Härtung, so dass sie sich durch geringe Festigkeitseigenschaften auszeichnen, was ihren Anwendungsbereich einschränkt. Rein ferritische Stähle auf der Basis von 25-28% Cr (X25, X28 usw.) mit geringen Zusätzen von Titan oder Stickstoff (zur Kornfeinung) werden als hitzebeständige, nicht tragende Stähle verwendet.
Festigkeit und Duktilität
Diese Eigenschaften eines Metalls hängen von vielen Faktoren ab: von der Kristallstruktur, der Bindungsenergie der Atome im Kristallgitter, der Reinheit des Metalls, der chemischen Zusammensetzung, der Reinheit der Grenzflächen und anderen Faktoren. Nach modernen Konzepten wird die plastische Verformungsbeständigkeit hauptsächlich durch die Anzahl der Unvollkommenheiten in der Kristallgitterstruktur, insbesondere der Versetzungen, bestimmt. Eine hohe Festigkeit kann erreicht werden, indem die Anzahl der Versetzungen verringert oder umgekehrt erheblich erhöht wird.
Festigkeitssteigerung
Die Frage der Schaffung defektfreier Werkstoffe ist in der praktischen Anwendung noch nicht gelöst, aber die Verfestigung durch Erhöhung der Anzahl von Versetzungen und anderen Unvollkommenheiten ist weit verbreitet. Die Verfestigung von nichtrostenden Stählen, die Mischkristalle sind, erfolgt durch die Wechselwirkung von Fremdatomen, die nicht das Gitter des Grundmischkristalls bilden, mit Versetzungen. Eine bedeutendere Verfestigung von Stählen erfolgt jedoch durch die Scherblockierung von hochdispersen Teilchen einer anderen Phase als Ergebnis von Legierung und geeigneter Wärmebehandlung. Die Verfestigung entspricht einem feinen Gefüge mit 20-50 nm (200-500 A) Ausscheidungen der zweiten Phase, die gleichmäßig über das gesamte Kornvolumen verteilt sind. Die Zunahme der Ausscheidungen auf 100 nm (1000 A) und mehr führt zu einer Erweichung der Legierung.
Martensitische Sorten
Wenn sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch hohe Festigkeit erforderlich sind, werden martensitische Chromsorten mit einem geringeren Chromgehalt (12-18 %) verwendet, die gehärtet werden können. Ihr Kohlenstoffgehalt beträgt in der Regel 0,1-0,4 % (Sorten 1X13-4X13). Wenn nach dem Härten eine hohe Härte erreicht werden soll, kann der Kohlenstoffgehalt auf 1 % erhöht werden (Sorte 9X18). Legierungen dieser Art werden für die Herstellung von Messern, Scheren, chirurgischen Werkzeugen und Kunststoffformen verwendet, und Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt werden für die Herstellung von Kugellagern verwendet, die in korrosiven Umgebungen arbeiten. Alle sind jedoch für hohe Temperaturen ungeeignet.
Legieren
Mit steigender Temperatur werden die Atome im Kristallgitter schwächer, die Beweglichkeit der Atome nimmt ab und die Verstärkungsphase (hauptsächlich Chromkarbide) wird gröber. Dies führt zu einer Erweichung der nichtrostenden Stahllegierung. Die langfristige Erhaltung der Festigkeit bei hohen Temperaturen wird durch die Verlangsamung der Diffusionsprozesse begünstigt, die durch eine optimale Legierung erreicht werden kann.
Gießtechnik
Um die Qualität der Barrenoberfläche zu verbessern und die Titanporosität zu verringern, muss nichtrostender Stahl mit hoher Geschwindigkeit gegossen werden, die Metalloberfläche in der Form muss mit einer reduzierenden Atmosphäre oder Schlacke geschützt werden und der Metallstrahl muss während des Gießens mit Inertgasen geschützt werden.
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