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Hart und korrosionsbeständig
Härte und Korrosionsbeständigkeit sind grundlegende Qualitätskriterien für die Wertbeständigkeit und Zuverlässigkeit von Produkten aus rostfreiem Stahl. Ein neuartiges, von der Härterei Gerster AG optimiertes Vakuumhärteverfahren (HARD-INOX®-P) hebt die Korrosionsbeständigkeit gehärteter Bauteile auf das Niveau von
Chrom-Nickel und Chrom-Nickel-Molybdänstählen und bietet so neue Perspektiven in der Werkstoffauswahl und
Wärmebehandlung von Rostfreiprodukten.
Die Anwendung härtereitechnischer Methoden zur Realisierung von verschleissbeständigen Bauteilen ist nicht nur
wirksam, sondern auch sehr wirtschaftlich, weil sie das in
einem Metall innewohnende Vermögen zur Härtung verfahrenstechnisch effizient ausnützen. Über die reine Abschreckhärtung hinaus ermöglichen zudem thermochemische Diffusionsverfahren durch die Einlagerung von Kohlenstoff und Stickstoff eine gezielte Panzerung von Oberflächen gegen verschiedene Verschleiss- und Ermüdungsvorgänge. Während sich die klassischen Aufkohlungs- und Nitrierverfahren (Einsatzhärten, Karbonitrieren,
Nitrokarbuieren, Gas- und Plasmanitrieren) für die niedriglegierten Stähle bewährt haben, sind sie vom Prinzip her
nicht auf hochlegierte, korrosionsbeständige Stähle anwendbar. Der wesentliche Grund dafür liegt in der
Tatsache begründet, dass derartige Verfahren die
Korrosionsbeständigkeit der rostfreien Stähle fast gänzlich
zugrunde richten.
Hochtemperaturaufstickung (HARD-INOX®-P)
bringt die Lösung
Anders als das Element Kohlenstoff wurde die vielfältige
Wirkung des Stickstoffs im Stahl erst in den letzten beiden
Jahrzehnten umfassend untersucht. Dieser Umstand, wie
auch die Tatsache, dass die hoch-stickstofflegierten Stähle in der Technik wenig verbreitet sind, liegt in der erschwerten schmelzmetallurgischen Herstellung und der
Weiterverarbeitung dieser Stähle begründet. In Bezug auf
die Wirkung des Stickstoffs auf die Eigenschaften der
Chromstähle sind die in Forschungsprojekten gesammelten Erfahrungen indessen durchaus positiv. Ein wesentlicher Durchbruch erfolgte schliesslich mit der Realisierung
der massiven Randaufstickung von Festkörpern bei hohen
Temperaturen und unter einem kontrollierten Stickstoffpartialdruck. Auf der Basis der bekannten Auswirkungen von
Stickstoff auf die Eigenschaften von Chromstählen lassen
sich heute beeindruckende Verbesserungen hinsichtlich
Verschleiss- und Korrosionsbeständigkeit von Produkten
aus standardmässigen, rostfreien Stählen erzielen.
Günstige Wirkung des Stickstoffs im Stahl
Stickstoff als Legierungselement hinterlässt hinsichtlich
der Härtung von Stahl in etwa dieselbe Wirkung wie das
Flansch für Schmutzwasserarmatur aus ferristischem
Edelstahl 1.4104. Die Behandlung mit HARD-INOX®-P erzeugt
eine verschleissfeste (55 HRC) und korrosionsbeständige
Oberfläche wie 1.4404 in Kombination mit einem zähen Kern
(30 HRC).
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Legierungselement Kohlenstoff. Es wirkt wie Nickel, wenn
es um die Stabilisierung des austenitischen (nichtmagnetischen) Gefüges geht und es steigert wie Chrom
und Molybdän die Korrosionsbeständigkeit des Stahls.
Die relative Wirkung von Stickstoff auf die Korrosionsbeständigkeit wird in der Literatur weitläufig durch einen
PREN-Wert angegeben (PREN: Pitting Resistance Equivalent Number). Die PREN-Zahl ermöglicht ein auf die
Korrosionsbeständigkeit, insbesondere der Beständigkeit
gegen Lochfrasskorrosion, bezogenes Ranking von Stahllegierungen mit unterschiedlichen Gehalten an Chrom,
Molybdän und Stickstoff. Stähle mit höheren PRENWerten sind erfahrungsgemäss korrosionsbeständiger als
Stähle mit tieferen PREN-Werten.
Deutliche Leistungssteigerung für rostfreie Stähle
Die Hochtemperaturaufstickung (HARD-INOX®-P) von
Halbzeugen oder Produkten aus rostfreien Stählen kann
für verschiedene, leistungssteigernde Modifikationen des
Randgefüges genutzt werden – wie im Kasten aufgeführt.
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Die Grafik veranschaulicht den Nutzen dieses Verfahrens.
Ein noch härtbarer Chromstahl vom Typ 1.4021 kann
härtemässig in Richtung eines 1.4034 gesteigert werden,
bietet aber dem 1.4034 gegenüber eine deutlich höhere
Beständigkeit gegen Korrosion. Höherlegierte, härtbare
Legierungen vom Typ 1.4057 oder 1.4122 können hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und Härte auf ein Niveau
der stickstofflegierten Varianten vom Typ 1.4108 oder
1.4123 veredelt werden. Beeindruckend ist die Feststellung, dass in ferritischen Legierungen, welche keine
(1.4016, 1.4113) oder nur äusserst geringe Härtbarkeiten
aufweisen (1.4104), eine martensitische Randschicht mit
beachtlich hohen Härtewerten erzeugt werden kann. Ein
Vergleich der martensitischen oder ferritischen Stähle mit
den austenitischen Stählen vom Typ 1.4301 und 1.4435
zeigt, dass die Korrosionsbeständigkeit von Chrom-Nickel
und Chrom-Nickel-Molybdänstählen auch mit härtbaren,
nickel-freien Stählen realisiert werden kann.
Grosses technisches und wirtschaftliches Potenzial
Der grosse Nutzen dieser Technologie liegt in der Steigerung der Lebensdauer und Wertbeständigkeit von rostfreien Produkten und der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
begründet. Viele Produkte, bei denen aus Gründen der
Korrosionsbeständigkeit auf einen austenitischen ChromNickel oder Chrom-Nickel-Molybdänstahl zurückgegriffen
werden musste, können heute auf der Basis eines nickelfreien, ferritischen Stahles zusätzlich auf hohe Verschleiss- und Kratzfestigkeit veredelt werden. Die Herstel-
lung von kratzfesten Haushaltwaren oder andern Konsumgütern des täglichen Gebrauchs, ist somit nicht nur
technisch machbar, sondern auch bezahlbar. Umgekehrt
kann die Zuverlässigkeit von vielen Produkten, die heute
neben einem Verschleiss auch einem korrosiven Angriff
unterliegen, ebenso wirtschaftlich erhöht werden. Eine
Vielzahl von Anwendungsbeispielen findet sich in der
Automobilindustrie, der Kunststoffindustrie, in der Lebensmittelindustrie, in der chemischen Industrie, in der
Off-Shore-Industrie wie auch in der Energietechnik.
Leistungssteigernde Modifikationen
des Randgefüges dank (HARD-INOX®-P)
für eine Härtesteigerung von martensitisch rostfreien
Stählen vom Typ 1.4021, 1.4057, 1.4122 und ähnlichen
für die Ausbildung eines martensitisch gehärteten
Randgefüges in ferritisch-rostfreien Stählen vom Typ
1.4016, 1.4104 oder 1.4113
für die Ausbildung eines rein austenitischen Randgefüges in duplex (austenitisch-ferritisch) rostfreien Stählen vom Typ 1.4462
für die Steigerung der Korrosionsbeständigkeit in den
meisten rostfreien Stählen
Information: Michel Saner, sanerm@gerster.ch=
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