Austenitischer vs. Martensitischer vs. Ferritischer nichtrostender Stahl

Für Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit und allgemeine industrielle Verwendung wählen austenitisch (z.B. 304 / 316). Für hohe Härte, Verschleißfestigkeit und wärmebehandelbare Teile wählen Sie martensitisch (z.B. 410 / 420). Für magnetische Anwendungen, thermische Stabilität und kostensensitive Fertigung, bei der eine mäßige Korrosionsbeständigkeit akzeptabel ist, wählen Sie ferritisch (z. B. 430). Jede Familie hat ihre eigene Kristallstruktur, Legierungschemie, Wärmebehandlung und allgemeine Verwendung. Die Auswahl der richtigen Familie hängt von der erforderlichen Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Zähigkeit, Wärmebehandlung, Bearbeitung und Kosten ab.

Was bedeuten die Begriffe Austenitisch, Martensitisch und Ferritisch?

Die drei Etiketten - austenitisch, martensitischund ferritisch - kommen von der dominanten Kristallstruktur (Phase), die im Stahl bei Raumtemperatur oder nach dem Abkühlen vorhanden ist. Diese Phase bestimmt, wie Kohlenstoff und Legierungselemente untergebracht werden, und steuert daher das mechanische und korrosive Verhalten des Stahls. Austenitische Stähle haben eine kubisch-flächenzentrierte (FCC) Austenitstruktur, die durch Nickel und andere Austenitstabilisatoren stabilisiert wird; ferritische Stähle haben eine kubisch-körperzentrierte (BCC) Ferritmikrostruktur, die durch Chrom mit wenig oder gar keinem Nickel stabilisiert wird; martensitische Stähle entstehen, wenn Austenit schnell abgekühlt wird und sich das Kristallgitter in eine übersättigte, harte Martensitphase verformt - dies ist die Grundlage für wärmebehandelbare nichtrostende Stähle.

Typische Chemikalien und repräsentative Sorten

Nachfolgend finden Sie eine kurze Übersicht über die chemischen Tendenzen und repräsentative Handelsklassen, die Sie bei Spezifikationen und Beschaffung antreffen werden.

• Austenitisch (nickelhaltig)

  • Schlüsselelemente: Chrom (≈16-20%), Nickel (≈6-12%), geringer Kohlenstoffgehalt (≤0,08%, sofern nicht stabilisiert).

  • Repräsentative Noten: 304, 316, 321, 310 (300er-Serie).

  • Verwendung: Lebensmittelausrüstung, Tanks, Rohrleitungen, architektonische, kryogene Behälter.

• Martensitische (wärmebehandelbare Chromstähle)

  • Schlüsselelemente: Chrom (≈11-17%), Kohlenstoff höher als bei Austeniten (0,1-1,2%), um das Härten zu ermöglichen; Nickel gering/abwesend.

  • Repräsentative Noten: 410, 420, 440A/C, 416 (manchmal auch Freifräsen).

  • Verwendung: Messerklingen, Wellen, Lager, Ventilteile, Verschleißteile.

• Ferritisch (chromstabilisiert, nickelarm)

  • Schlüsselelemente: Chrom (≈10,5-27%), sehr geringer Kohlenstoffgehalt, Nickel minimal.

  • Repräsentative Noten: 430, 409, 446 (hoher Chromgehalt).

  • Verwendung: Automobilverkleidungen, Abgassysteme, Geräte, Ofenkomponenten, wo Wärmeleitfähigkeit und magnetische Reaktion wichtig sind.

Mechanisches Verhalten und Reaktion auf die Wärmebehandlung

Austenitisch: typischerweise nicht härtbar durch herkömmliche Abschreckhärtung. Sie bleiben über einen breiten Temperaturbereich duktil und zäh, und viele Austenite bleiben auch bei kryogenen Temperaturen duktil. Die Festigkeit kann durch Kaltverformung oder durch die Verwendung von ausscheidungshärtenden Legierungen erhöht werden, aber typische 300er-Serien werden eher geglüht oder kaltverformt als abgeschreckt/gehärtet.

Martensitisch: konzipiert für wärmebehandelbar - Austenitisieren, Abschrecken, Anlassen - wodurch durch die martensitische Umwandlung eine hohe Härte und Festigkeit erreicht wird. Martensit ist viel härter, aber im Allgemeinen weniger korrosionsbeständig und zäher als Austenit. Wärmebehandlungspläne wirken sich stark auf das Verhältnis zwischen Zähigkeit und Härte aus.

Ferritisch: werden nicht durch herkömmliches Abschrecken gehärtet (wie austenitische Werkstoffe), haben aber eine bessere Wärmeleitfähigkeit und eine geringere Wärmeausdehnung. Die mechanischen Eigenschaften sind mäßig; viele ferritische Werkstoffe werden eher wegen ihrer Stabilität und magnetischen Eigenschaften als wegen ihrer Spitzenfestigkeit ausgewählt.

Korrosionsbeständigkeit und Umweltfreundlichkeit

• Austenitisch Stähle (304, 316) bieten die beste allgemeine Korrosionsbeständigkeit unter den drei Werkstoffen, insbesondere wenn Nickel und Molybdän vorhanden sind (316 enthält Mo für die Chloridbeständigkeit). Wählen Sie Austenitwerkstoffe für nasse, chloridhaltige Umgebungen, Lebensmittel und Sanitäranwendungen.

• Martensitisch Noten haben schlechtere Korrosionsbeständigkeit als austenitische Werkstoffe, da ein höherer Kohlenstoffgehalt und weniger Nickel die Passivschichtstabilität verringern; sie erfordern Schutzbeschichtungen oder die Wahl einer speziellen Legierung, wenn Korrosion ein Problem darstellt.

• Ferritisch Stähle bieten gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und weisen eine akzeptable allgemeine Korrosionsbeständigkeit auf, wenn der Chromgehalt ausreichend ist; sie sind oft eine kostengünstige Alternative, wenn extreme Korrosionsbeständigkeit nicht entscheidend ist.

Hinweise zur Fertigung - Schweißen, Umformen, Bearbeitung, Oberflächenbehandlung

• Schweißen:

  • Austenitische Werkstoffe lassen sich sehr gut schweißen; Schweißzusatzwerkstoffe und Nachschweißverfahren sind gut entwickelt. Sensibilisierung (Chromkarbidausscheidungen an der Korngrenze) kann in bestimmten Wärmeeinflusszonen ein Problem darstellen, es sei denn, es werden stabilisierte oder Low-C-Sorten verwendet.

  • Martensitische Stähle erfordern im Allgemeinen eine Vorwärmung und eine kontrollierte Wärmebehandlung nach dem Schweißen, um Risse zu vermeiden und die Härte zu kontrollieren. Das Schweißen von martensitischem nichtrostendem Stahl ist anspruchsvoller.

  • Ferritische Werkstoffe können geschweißt werden, entwickeln jedoch bei Überhitzung Kornwachstum und eine geringere Zähigkeit; die richtige Wahl des Schweißzusatzes und die Kontrolle der Wärmezufuhr sind wichtig.

• Umformen und Tiefziehen: Austenitische Werkstoffe eignen sich aufgrund ihrer hohen Duktilität am besten für die Schwerumformung und das Tiefziehen. Ferritische Werkstoffe sind bearbeitbar, aber weniger duktil; martensitische Werkstoffe können im geglühten Zustand umgeformt werden, werden aber anschließend gehärtet.

• Bearbeitungen: Martensitische und einige ferritische Legierungen lassen sich gut bearbeiten, wenn sie sich im richtigen Zustand befinden; austenitische Legierungen können gummiartig sein und erfordern optimierte Werkzeuge und Parameter.

Magnetische Reaktion und NDT-Überlegungen

• Austenitisch: typischerweise nicht-magnetisch im geglühten Zustand (eine gewisse Kaltverformung kann zu leichtem Ferromagnetismus führen). Dies ist nützlich für Anwendungen, bei denen magnetische Neutralität erforderlich ist.

• Martensitisch und ferritisch: beide magnetisch unter den meisten Bedingungen; dies ist diagnostisch nützlich in der Fertigung und bei der ZfP (Magnetpulverprüfung).

Typische Anwendungen - praktische Auswahlregeln

• Wählen Sie austenitisch (Serie 300), wenn Korrosionsbeständigkeit, Hygiene, hohe Duktilität, kryogene Zähigkeit oder komplexe Fertigung im Vordergrund stehen (z. B. Lebensmittel, Pharmazeutika, chemische Anlagen).

• Wählen Sie martensitisch wenn: Verschleißfestigkeit, Kantenfestigkeit oder hohe Härte erforderlich sind (z. B. Besteck, Pumpenwellen, Ventilscheiben). Erwarten Sie eine nachträgliche Wärmebehandlung.

• Wählen Sie ferritisch wenn: magnetische Reaktion, gute Wärmeleitfähigkeit, niedrige Kosten und mäßige Korrosionsbeständigkeit ausreichen (z. B. Automobilverkleidungen, Auspuffteile, Ofenkomponenten).

Praktische Beschaffung & MWAlloys Angebot

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Vergleichstabelle (nützlich für Beschaffung/Spezifikation)

Quellen für Chemie, gängige Sorten und Verhalten, zusammengefasst aus technischen Seiten und Datenblättern der Industrie.

Wie soll man wählen?

1. Ist Korrosion die oberste Priorität? → Austenitisch (316 für Chloride).

2. Ist die Härte/Verschleiß kritisch? → Martensitisch + geeignete Wärmebehandlung.

3. Benötigen Sie magnetisches Material mit niedrigen Kosten? → Ferritisch.

4. Wird das Bauteil stark geschweißt? → Austenitische Werkstoffe bevorzugen oder für ferritische Werkstoffe mit kontrollierter Wärmezufuhr auslegen.

FAQs

1. Welche Edelstahlfamilie eignet sich am besten für Küchengeräte?
   Der Austenit 304 ist die übliche Wahl; 316 wird verwendet, wenn Chlorid- oder Salzeinwirkung zu erwarten ist.

2. Können martensitische nichtrostende Stähle geschweißt werden?
   Ja, aber das Schweißen martensitischer Güten erfordert in der Regel eine Wärmebehandlung vor und nach dem Schweißen, um Rissbildung zu vermeiden und die Endhärte zu kontrollieren.

3. Sind ferritische nichtrostende Stähle magnetisch?
   Ja, ferritische Werkstoffe sind magnetisch, und diese Eigenschaft wird bei Anwendungen und der zerstörungsfreien Prüfung häufig genutzt.

4. Warum sind austenitische Stähle nicht durch Abschrecken härtbar?
   Aufgrund ihrer Legierungszusammensetzung (hohe Ni- und Cr-Stabilisatoren) bleibt der FCC-Austenit beim Abkühlen stabil; sie wandeln sich beim Abschrecken nicht in Martensit um wie Kohlenstoffstähle.

5. Welche Familie hat die beste Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen?
   Austenitische Stähle behalten ihre ausgezeichnete Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen bei.

6. Welches sind die gängigen martensitischen Edelstahlsorten für Bestecke?
   420er und 440er sind typische Messer, weil sie eine feine Härtung vertragen.

7. Ist rostfreier Stahl 304 magnetisch?
   Normalerweise nicht im geglühten Zustand, obwohl Kaltverformung oder bestimmte Bearbeitungen einen leichten Magnetismus erzeugen können.

8. Welche Familie ist am besten gegen Spannungsrisskorrosion geschützt?
   Ferritische und Duplex-Edelstähle widerstehen Chlorid-Spannungskorrosionsrissen oft besser als Standard-Austenit-Stähle.

9. Können Sie martensitische Stähle beschichten, polieren oder veredeln?
   Ja, martensitische Stähle können auf Hochglanz poliert und beschichtet werden, aber bei der Oberflächenbehandlung müssen Härte und Eigenspannungen berücksichtigt werden.

10. Wenn das Budget begrenzt ist, aber eine gewisse Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, was ist dann am besten?
    Ferritische Güten (z. B. 430) bieten oft eine akzeptable Beständigkeit zu geringeren Kosten als nickelhaltige Austenite.