Austenitische Stähle

Die bedeutendste Gruppe der nichtrostenden Stähle repräsentieren die austenitischen Stähle mit einem weltweiten Gesamtverbrauch von rund 70%. Ihren Namen haben sie aufgrund des austenitischen Gefüges erhalten. Durch die vorteilhafte Zusammensetzung von Legierungselementen wird eine hervorragende Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Verformbarkeit und Zähigkeit erreicht. Deshalb vertreten sie ein breites Anwendungsgebiet, von Haushaltsgeräten bis hin zur Nahrungsmittel-, chemischen- oder Maschinenbauindustrie. Austenitische Stähle sind auch bekannt unter dem Namen Chrom-Nickel Stähle, da ihre Hauptlegierungselemente Chrom und Nickel darstellen. Der Mindestgehalt an Chrom liegt bei 13,5%, wobei in der Literatur auch Werte wie 14% oder 16% zu finden sind. Zur Sicherstellung der Passivschichtausbildung werden oft höhere Werte angegeben als in der zugehörigen DIN EN ISO 3506-1 definiert sind.

Bezeichnungssystem

Bezeichnung nach DIN EN ISO 3506-1

Die austenitischen Stähle werden zu Beginn mit dem Buchstaben „A“ gekennzeichnet und untergliedern sich in mehrere Stahlsorten mit den Bezeichnungen 1 bis 5. Des Weiteren wird durch einen Bindestrich getrennt, der Faktor der Mindestzugfestigkeit von 50, 70 oder 80 angehängt.

Die Stahlsorten unterscheiden sich in ihrer chemischen Zusammensetzung, ihren Einsatzgebieten, sowie in ihrer Beständigkeit gegen Korrosion. Die meist verwendeten Stahlsorten sind die A2- und A4- Stähle, wohingegen A1 aufgrund der geringeren Korrosionsbeständigkeit weniger verwendet wird. A3 und A5 haben als Ausgangsmaterial jeweils ihre Vorgänger, sind jedoch durch Legierungselemente wie Titan, Niob oder Tantal gehärtet und weißen ein sehr gutes Verhalten gegen interkristalline Korrosion auf. Der zuletzt angegebene Faktor gibt Aufschluss über die Festigkeit der Stähle und gibt 1/10 der Mindestzugfestigkeit an.

Zum Verständnis der Bezeichnungssystematik austenitischer Stahlsorten, ist folgend ein Beispiel mit dem Stahl A2-70 dargestellt.

Werkstoffnummer

Um die verschieden legierten austenitischen Stähle eindeutig zu definieren, ist das System der Werkstoffnummer entwickelt worden, welches die Stähle in einer bis zu sieben Ziffern langen Zahlenreihenfolge kennzeichnet, wobei jeder Ziffer eine gewisse Bedeutung zukommt.

Eine Werkstoffnummer beginnt mit der Werkstoffhauptgruppennummer, wobei austenitische Stähle mit der Zahl „1“ beginnen, die für das Grundmetall Stahl steht. Nach Abtrennung durch einen Punkt folgt die Stahlgruppennummer, welche den Stahl nach Eigenschaften, Anforderungen oder Gehalt an bestimmten Legierungselementen untergliedert. Die korrosionsbeständigen austenitischen Stähle zählen fünf verschiedene Stahlgruppennummern, von 40 bis 45. Die zuletzt angefügte Zählnummer, soll einen Stahl nochmals innerhalb der Stahlgruppe ergänzend definieren. Für diese Nummer werden normalerweise zwei Stellen verwendet, wobei sie auf bis zu vier Stellen erweitert werden kann.

Kurznamen

Neben der Werkstoffnummer gibt es einen Kurznamen für die exakte chemische Zusammensetzung, zur eindeutigen Kennzeichnung austenitischer Stähle. Anhand des Beispiels X5CrNi18-10 soll der Aufbau dieser näher erläutert werden. Austenitische Stähle zählen zu den hochlegierten Stählen und werden deshalb auch nach deren Schema gekennzeichnet. Um sie von anderen Stahlsorten abzuheben, beginnen diese mit einem „X“. Danach folgt die Kohlenstoffkennziffer, welche den 100-fachen Wert des Kohlensotffgehaltes wiedergibt. Anschließend werden die legierten Elemente mit ihren chemischen Symbolen in abnehmender Reihenfolge nach ihrem Gehalt aufgelistet. Sollten die Gehalte gleich sein, werden sie in alphabetischer Reihenfolge angegeben. Zuletzt erfolgen dann die exakten prozentualen Massengehalte der zuvor aufgelisteten Legierungselemente, welche als gerundeter ganzer Wert angegeben und durch einen Bindestrich voneinander getrennt werden.

Zusammenführung der Bezeichnungen

Alle Werkstoffnummern sowie die dazugehörigen Kurznamen können einer Stahlsorte zugeordnet werden. Um einen Überblick über die Zusammenhänge der verschiedenen Bezeichnungen sowie deren Eigenschaften zu bekommen, sind alle wichtigen Werkstoffe in der folgenden Tabelle aufgelistet. Die mit einem Stern gekennzeichneten Stahlsorten weißen auf einen „Low-carbon Stahl“ hin, welcher bevorzugt gegen interkristalline Korrosion eingesetzt wird. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht jede Werkstoffnummer oder Kurzname exakt einer Stahlsorte zugeordnet werden kann, da sich die chemische Zusammensetzung der Legierungselemente zwischen den Stahlsorten überschneiden kann.

Bezeichnung von Muttern und Schrauben

Nichtrostende Schrauben und Muttern müssen nach dem Bezeichnungssystem der DIN EN ISO 3506-1 bzw. -2 gekennzeichnet werden. Die Kennzeichnung von Sechskantschrauben und Zylinderschrauben mit Innensechskant oder Innensechsrund mit einem Gewindedurchmesser d ≥ 5 mm muss das Herstellerzeichen, die Stahlsorte sowie die Festigkeitsklasse sichtbar und deutlich aufweisen. Andere Schraubenarten müssen auf die gleiche Art und Weise am Kopf gekennzeichnet werden (1), (2). Falls Schrauben die Anforderungen der Zug- und Torsionsfestigkeit aufgrund ihrer Geometrie nicht erfüllen können, werden diese nur mit der Stahlsorte und nicht zusätzlich mit der Festigkeitsklasse gekennzeichnet (3). Stiftschrauben, welche einen Gewindedurchmesser d ≥ 6 mm müssen auf dem gewindefreien Teil mit Stahlsorte und Festigkeitsklasse gekennzeichnet werden. Kann die Kennzeichnung auf dem gewindefreien Teil nicht aufgebracht werden, so ist diese nur mit der Kennzeichnung der Stahlsorte auf der Kuppe des mutterseitigen Endes zulässig (4).

Muttern, welche einen Gewindedurchmesser von d ≥ 5 mm aufweisen, müssen mit der Stahlsorte und Festigkeitsklasse sichtbar und deutlich gekennzeichnet werden. Die Kennzeichnung auf nur einer Fläche der Mutter ist zugelassen. Wird diese jedoch auf der Auflagefläche angebracht, muss diese vertieft angebracht werden. Die Aufbringung der Kennzeichnung auf der Schlüsselfläche ist nur wahlweise zulässig. Erfüllen Muttern aufgrund ihrer Geometrie oder des Gewindes nicht die Anforderung an die Prüfkräfte, dürfen diese nur mit der Stahlsorte aber nicht mit der Festigkeitsklasse gekennzeichnet werden.

Legierungselemente

Legierungselemente sind chemische Elemente, welche metallischen Werkstoffen absichtlich zugesetzt werden, um deren Eigenschaften zu beeinflussen. In austenitischen Stählen werden Legierungselemente hauptsächlich für die Beeinflussung mechanischer Eigenschaften und dem Verhalten gegen Korrosion eingesetzt. Welche Abkürzungen die wichtigsten chemischen Elemente besitzen und welche Eigenschaften diese in austenitischen Stählen verbessern bzw. verschlechtern wird in der folgenden Tabelle aufgezeigt.