Was ist Edelstahl? Eigenschaften, Typen und Anwendungen

In diesem Artikel erhalten Sie detaillierte Kenntnisse über die Eigenschaften, Arten und Anwendungen von Edelstahl. Edelstahl, von den Japanern als Sus-Material bezeichnet, ist eine Stahllegierung, die speziell für Korrosionsbeständigkeit entwickelt wurde. Obwohl die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl die am meisten gewünschte Eigenschaft ist, weist sie neben der Korrosionsbeständigkeit auch eine gute Hitzebeständigkeit, ausgezeichnete Festigkeit, Hygieneeigenschaften und Haltbarkeit auf. Wussten Sie, dass die Produktion von Edelmetallen nach Angaben des Internationalen Edelstahlforums im Jahr 52 weltweit bis zu 2020 Millionen Tonnen erreicht hat? Diese umfangreiche Verwendung von Edelstahl ist auf die überlegenen Eigenschaften von SUS-Edelstahl zurückzuführen, die ihn für eine Vielzahl von Anwendungen wünschenswert machen.

Was ist Edelstahl?

Eine Eisenlegierung mit 10.5 % Chrom und 0.2–2.11 % Nickel ist als rostfreier Stahl bekannt, der an der Luft eine Oxid-Passivierungsschicht bildet. Diese Oxidschicht schützt das innere Material vor weiterer Oxidation. Diese Passivierungsschicht ist der Hauptgrund für die hohe Korrosionsbeständigkeit von Edelstählen.

Geschichte des Edelstahls

Wer hat Edelstahl erfunden?

Der englische Metallurge Harry Brearley erfand den rostfreien Stahl. Im Jahr 1913 produzierte Sheffield in England die erste Charge rostfreien Stahls mit einem Kohlenstoffgehalt von 0.24 % und einem Chromgehalt von 12.8 %.

Woraus besteht Edelstahl?

Edelstahl ist eine Legierung hauptsächlich aus Eisen und Chrom mit einem Chromgehalt von fast 10.5 % sowie einer gewissen Menge Nickel und zusätzlichen Elementen wie Molybdän, Titan, Niob und Magnesium.

Welches Element ist Stahl?

Tabelle mit verschiedenen Stahlsorten und ihrer Elementzusammensetzung.

Warum heißt es Edelstahl?

Der Glanz und die Korrosionsbeständigkeit von Resistance-Edelstahl geben ihm den Namen „Edelstahl“. Die auf der Oberfläche von Edelstahl gebildete Oxidschicht fungiert als Schutzbarriere und verhindert eine weitere Oxidation des inneren Stahls, wodurch der Stahl „rostfrei“ wird. Im Japaner wird Widerstandsstahl auch als SUS-Material bezeichnet.

YouTube-Video, das zeigt, was Edelstahl ist und wie er hergestellt wird. https://www.youtube.com/watch?v=JAfSVE-NFNQ&pp=ygURc3RhaW4gbGVzcyBzdGVlbCA%3D

Was ist Edelstahl?

Stahllegierungen sind die Hauptklasse von Edelstahl. Edelstahl wird auch als korrosionsbeständige Legierung bezeichnet, da er aufgrund seines hohen Chromgehalts eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Symbol aus Edelstahl

„SS“ ist das Symbol für Edelstahl. Jede Sorte wird durch ihre eindeutige Bezeichnung spezifiziert, so wie Edelstahl 304 als Edelstahl 304 bezeichnet wird.

Abbildung zeigt das für Edelstahlgeräte verwendete Logo.

Ist Edelstahl eine Lösung?

Edelstahl gilt nicht als Lösung, da die Lösung eine homogene Mischung aufweist, während Edelstahl eine feste Lösung aufweist, in der verschiedene Elemente gleichmäßig in der Kristallstruktur verteilt sind, die als Legierung betrachtet wird.

Die Eigenschaften von Edelstahl verstehen

Tabelle mit Beschreibung der verschiedenen Eigenschaften von Edelstahl.

Zusammensetzung und grundlegende Eigenschaften

Edelstahl ist eine Legierung aus Eisen und Chrom mit einem Chromgehalt von 10.5 % und einem Nickelgehalt von 0.2–2.11 %. Es kann andere Elemente wie Nickel, Molybdän, Titan, Niob und Mangan enthalten.

Nachfolgend sind einige Eigenschaften von Edelstahl aufgeführt.

• Korrosionsbeständigkeit
• Hochtemperaturbeständigkeit
• Festigkeit und Haltbarkeit
• Hygienische Eigenschaften
• Ästhetische Attraktivität
• Einfache Herstellung
• Recyclingfähigkeit
• Magnetische Eigenschaften anzeigen
• Gute Kriechfestigkeit.

1. Chromgehalt und Korrosionsbeständigkeit

Edelstahl ist vor allem für seine Korrosionsbeständigkeit bekannt, die auf den im Vergleich zu anderen Stahllegierungen hohen Chromgehalt zurückzuführen ist. Chrom bildet eine Passivierungsschicht über der Oberfläche von Edelstahl, die den darunter liegenden Stahl vor rauen Umgebungsbedingungen schützt.

2. Nickel, Molybdän und andere Legierungselemente

Tabelle, die die Wirkung verschiedener Legierungselemente bei der Edelstahlherstellung zeigt.

YouTube-Video mit Prüfflüssigkeit für Edelstahlqualität. https://www.youtube.com/watch?v=76xO32sp8w8&pp=ygUYdGVzdGluZyBvZiBzdGFpbmxlcyBzdGVl

Mechanische Eigenschaften

Härte, Duktilität, Formbarkeit und Zugfestigkeit

Die Tabelle mit dem normalen Trend in Bezug auf Härte, Duktilität, Formbarkeit und Zugfestigkeit von rostfreiem Stahl ist oben zu sehen.

YouTube-Video, das die Zugprüfung von Edelstahl zeigt. https://www.youtube.com/watch?v=67fSwIjYJ-E&pp=ygUYdGVzdGluZyBvZiBzdGFpbmxlcyBzdGVl

Wie stark ist Edelstahl?

Die Festigkeit des SUS-Materials variiert je nach Qualität, Zusammensetzung und Wärmebehandlung. Bei widerstandsfähigem Edelstahl werden typischerweise Zugfestigkeiten von bis zu 200 ksi (1378 MPa) oder mehr beobachtet. Nicht jeder Edelstahl verfügt über diese Festigkeit. Übliche Verbindungselemente aus Edelstahl haben eine Zugfestigkeit von etwa 75,000 lb/in^2. Übliche Verbindungselemente aus Edelstahl sind SAE-Stahl der Güteklasse 2, der schwächer ist als Edelstahl der Güteklasse 5 für High-Tech-Anwendungen.

Physikalische Eigenschaften

8 Vorteile von Edelstahl

1. Korrosionsbeständigkeit
2. Hitze- und Feuerbeständigkeit
3. Hygiene
4. Schlagfestigkeit und Festigkeit
5. Ästhetische Attraktivität
6. Sustainability
7. Hohe Kriechfestigkeit
8. 8.Hohe magnetische Eigenschaften (ferritischer Edelstahl)

Besondere Eigenschaften von Edelstahl

1. Festigkeit und Beständigkeit der Legierung: Der hohe Chromgehalt im Vergleich zu anderen Stahlsorten verleiht Edelstahl eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Weitere Legierungselemente tragen zu den positiven Eigenschaften von Edelstahl bei, darunter hohe Kriechfestigkeit, Hitze- und Feuerbeständigkeit, Hygiene und Schlagfestigkeit.

2. Die Rolle von Chrom: Der Chromgehalt sorgt für eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit durch die Bildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche, die als Schutzschicht für das innere Material dient.

3. Komponenten aus Edelstahl, CNC-Bearbeitung: Die CNC-Bearbeitung dient der Herstellung komplexer, hochwertiger und präzise bearbeiteter Edelstahlkomponenten für Hightech-Anwendungen.

4. Schweißbarkeit: Die Schweißbarkeit ist ein entscheidender Faktor bei der Fertigung komplexer Bauteile. Die Auswahl geeigneter Schweißverfahren und qualifizierter Schweißer ist dabei von zentraler Bedeutung.

5. Standard-Oberflächenbearbeitung: Geeignete Oberflächenbehandlungen wie Schleifen, Polieren und Bürsten sind für eine hervorragende, ansprechende Oberfläche unerlässlich.

6. Umweltverträglichkeit: Edelstahl kann wiederverwendet werden, da er eingeschmolzen werden kann; deshalb ist er auch ein nachhaltiges Material.

Edelstahl 6 Typen

1. Martensitischer Edelstahl

Hohe Festigkeit, magnetische Eigenschaften und Härte sind die Eigenschaften von martensitischem Edelstahl. Der Martensit-Edelstahl wird durch Wärmebehandlung hergestellt, einschließlich Hochtemperaturerwärmung des Edelstahls und anschließender schneller Abkühlung. Diese Wärmebehandlung wandelt die Mikrostruktur des Edelstahls in Martensit um. Martensit ist eine harte kristalline Struktur. Dieser martensitische Edelstahl wird in Anwendungen verwendet, bei denen neben Korrosionsbeständigkeit auch Festigkeit die wichtigste erforderliche Eigenschaft ist.

Abbildung zeigt die Mikrostruktur von martensitischem Edelstahl.

1. Besteck

2. Industrielle Ausrüstung

3. Automobilkomponenten

4. Luft-und Raumfahrt

5. Chirurgische Instrumente

Abbildung zeigt ein Messer aus martensitischem Edelstahl.

2. Ferritischer Edelstahl

Abbildung zeigt Küchengeräte aus ferritischem Edelstahl.

Die Abbildung zeigt die typische Mikrostruktur von ferritischem Edelstahl.

400 Serie

Tabelle mit Merkmalen der Edelstahlserie 400.

Untersuchung der Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten dieses chromreichen, korrosionsbeständigen Stahls

Tabelle mit Eigenschaften und Anwendungen von chromreichem korrosionsbeständigem Stahl.

Marine-Anwendungen

Küchengeräte Bauwesen Automobilindustrie Medizinische Geräte Industrieausrüstung Tabelle mit Eigenschaften und Anwendungen von chromreichem korrosionsbeständigem Stahl.

3. Austenitischer Edelstahl

Austenitischer Edelstahl hat einen Chromgehalt von etwa 18 % und einen Nickelgehalt von 8 % sowie zusätzliche Elemente wie Stickstoff und Magnesium.

Die Eigenschaften von austenitischem Edelstahl sind unten aufgeführt.

1. Korrosionsbeständigkeit

2. Nicht magnetisch

3. Hohe Duktilität und Zähigkeit

Duktilität: zwischen 40 % und 60 %.

Zähigkeit: Bereich von 50 J/cm² bis 150 J/cm².

4. Ausgezeichnete Formbarkeit

5. Hochtemperaturbeständigkeit im Bereich von -200 °C bis 900 °C, abhängig von der spezifischen Sorte, Zusammensetzung und Wärmebehandlung.

Die Abbildung zeigt die Mikrostruktur von austenitischem Edelstahl.

ANWENDUNGEN

1. Lebensmittelverarbeitung: Rohre, Tanks und Verarbeitungsmaschinen.

2. Chemische Verarbeitung: Behälter, Reaktoren und Rohrleitungssysteme.

3. Medizinische Geräte: chirurgische Instrumente und medizinische Geräte.

4. Architektur und Struktur: Handläufe, Gebäudefassaden und dekorative Elemente.

5. Automobil: Kraftstofftanks, Automobilabgassysteme und Strukturkomponenten

Abbildung zeigt Prozessbehälter aus austenitischem Edelstahl.

200er und 300er

Tabelle mit typischer Zusammensetzung von Edelstahl der Serien 300 und 400.

Merkmale Anwendungen 300er und 400er Serie aus Edelstahl

4. Duplex-Edelstahl

Der Duplex-Edelstahl weist eine austenitische und eine ferritische Struktur auf, weshalb beide Eigenschaften kombiniert sind. Duplex-Edelstahl weist eine gute Korrosionsbeständigkeit gegen Spalt- und Duplex-Edelstahl auf und verfügt über eine hohe Festigkeit. Die Atomstruktur von Duplex-Edelstahl bietet kombinierte Merkmale der Atomstruktur von austenitischem Edelstahl und der kubisch-flächenzentrierten (FCC) Kristallstruktur, die eine stabile und duktile Struktur darstellt Kombiniert mit der ferritischen Atomstruktur von rostfreiem Stahl, einer kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur (BCC), die dem Duplex-Edelstahl Festigkeit und Zähigkeit verleiht [20].

Abbildung zeigt die Mikrostruktur von Duplex-Edelstahl.

Anwendung von Duplex-Edelstahl.

• Chemikalienverarbeitung
• Öl un Gas
• Marine Zellstoff und Papier
• Baustatik

Die Abbildung zeigt Duplex-Edelstahlrohrwärmetauscher und Stahlmantel-Seitenmantel.

YouTube-Video zu verschiedenen Edelstahlsorten. https://www.youtube.com/watch?v=iPnl6vhDgXA&pp=ygUtZmVycml0aWMgbWFydGVuc2l0aWMgYXVzdGVuaXRpYyBzdGFpbmxlcyBzdGVl

5. Ausscheidungshärtender Edelstahl

Eine spezielle Edelstahllegierung, bekannt als ausscheidungshärtender Edelstahl, wird durch Wärmebehandlungsverfahren hergestellt, die seine Festigkeit erhöhen. Dies kann in den folgenden Schritten erfolgen.

• Erhitzen des Materials, damit sich alle Niederschläge auflösen.
• Durch schnelles Abkühlen entsteht eine übersättigte feste Lösung.
• Durch die Alterung bilden sich fein verteilte Niederschläge.

Diese ausscheidungshärtenden Edelstähle bieten eine Zugfestigkeit von etwa 850 MPa bis fast 1,700 MPa.

Abbildung zeigt den Ausscheidungshärtungsprozess.

YouTube-Video-Leitfaden zur Ausscheidungshärtung von rostfreien Stählen. https://www.youtube.com/watch?v=lalTnoYKY4k&pp=ygUkcGVydGljaXBhdGlvbiBoYXJkZW5uZyBzdGFpbmxlcyBzdGVl

6. Hitzebeständiger Edelstahl

In diesem hitzebeständigen Edelstahl sind bestimmte austenitische und ferritische Güten enthalten. Hitzebeständiger Edelstahl kann Temperaturen bis zu 550 °C standhalten, was die Schlüsseleigenschaft dieses Stahls darstellt [25].

Fortgeschrittene Themen in Edelstahl

Kristallstrukturen aus gebeiztem Stahl

Ferrit: Die Atomstruktur von ferritischem Edelstahl ist kubisch-raumzentriert und weist hohe magnetische Eigenschaften auf. Dieser ferritische Edelstahl wird unter anderem für die Herstellung von Autoabgasanlagen, Waschmaschinen und Arbeitsplatten verwendet.

Austenit: Austenitischer Edelstahl besitzt eine kubisch-flächenzentrierte Atomstruktur und ist nicht magnetisch. Im Vergleich zu ferritischem Edelstahl lässt er sich leichter formen, ist daher weniger spröde und besser schweißbar. Es gibt zwei Haupttypen von austenitischem Edelstahl: Typ 304 und 316.

Austenitischer Edelstahl wird zur Herstellung von Küchengeräten, Besteck und Kochgeschirr verwendet.

Die Abbildung zeigt die Umwandlung der Atomstruktur von ferritischem Edelstahl in die Atomstruktur von austenitischem Edelstahl.

Martensit: Martensitische Edelstähle besitzen eine raumzentrierte Struktur mit einer verlängerten Achse, die eine tetragonale Struktur bildet.

Lochfraßkorrosion verstehen

Lokalisierte Formen der Korrosion, auch Lochfraßkorrosion genannt, verursachen Metalloberflächenkorrosion durch die Bildung von Löchern und Grübchen. Diese Art von Korrosion tritt auf, wenn die Passivierungsschicht auf Edelstahl aufgrund einer rauen Umgebung mit Halogenidionen wie Chlorid, extremen pH-Werten oder Umwelteinflüssen beeinträchtigt wird Schadstoffe, die die Oxidschicht auf Edelstahl aufbrechen können.

Die Lochfraßkorrosion beginnt mit nichtmetallischen Einschlüssen oder kleinen Oberflächeneinschlüssen. Die elektrochemischen Reaktionen in diesen Grübchen verhindern die Selbstheilung der Passivierungsschicht und führen zu Grübchenwachstum.

Abbildung zeigt Lochfraß in Edelstahl.

Jenseits von Edelstahl: Kupferlegierungen

Edelstahl bietet im Vergleich zu Kupferlegierungen, die eine gute Formbarkeit, Leitfähigkeit und Ästhetik bieten, eine gute Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit.

Die Abbildung zeigt einen Vergleich zwischen den Eigenschaften von Edelstahl und einer Kupferlegierung.

Abbildung zeigt Kochgeschirr aus Kupferlegierung und Edelstahl.

Inox-Stahl vs. Edelstahl

Sowohl Edelstahl als auch Edelstahl sind dieselben korrosionsbeständigen Legierungen, die unterschiedlich benannt werden. Inox-Stahl stammt aus dem Französischen und wird hauptsächlich in Europa verwendet [31].

Edelstähle vom Typ 304 und 316: Es findet eine gleichmäßige Korrosion statt

Typ 316 weist im Vergleich zu Typ 304 aufgrund des höheren Molybdängehalts eine überlegene Korrosionsbeständigkeit auf, weshalb es in rauen Umgebungen wie Meerwasser und chemischen Prozessen eingesetzt wird.

Fazit

Edelstahl ist eine korrosionsbeständige und oxidierbare Eisenlegierung mit einem Chromgehalt von mindestens 10.5 % und einem Nickelgehalt von mindestens 0.2–2.11 %. Aufgrund seiner glänzenden, rostfreien Oberfläche wird Edelstahl auch „rostfrei“ genannt. Edelstahl ist vor allem für seine Korrosionsbeständigkeit, Kriechfestigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Ästhetik bekannt. Edelstahl ist vor allem für seine Korrosionsbeständigkeit bekannt, weshalb die meisten Anwendungen von Edelstahl in rauen Umgebungen stattfinden.