Materialkunde Edelstahl
Widerstandsfähige Metalle mit nicht rostenden Eigenschaften
Unter dem Begriff Edelstahl versteht der Volksmund besonders widerstandsfähige Metalle mit nicht rostenden Eigenschaften. Oft findet Edelstahl Verwendung in Reinräumen und hygienisch anspruchsvollen Arbeitsorten. Woher diese Eigenschaften kommen und wie sich die Vielfalt an Edelstählen unterscheidet, erklären wir auf den nächsten Seiten.
Weitere Informationen zu Edelstahl
- Edelstahl bezeichnet nicht zwingend einen nichtrostenden Stahl
- Der Chromanteil bestimmt die Korrosionsbeständigkeit
- Ein nichtrostender Stahl enthält mehr als 10,5 % Chromgehalt
- Verwendung in Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie
Definition von Edelstahl
Mit der Patentanmeldung auf „Stähle mit hoher Widerstandskraft gegen Korrosion“ im Jahre 1912 beginnt die Anwendung von Edelstahl rostfrei in der Industrie.
Der Begriff Edelstahl ist eine Sammelbezeichnung für über 160 verschiedene Legierungen. Im Sprachgebrauch haben sich Synonyme wie V2A, V4A oder Inox verbreitet,
die anfänglich von Herstellern und Verarbeitern verwendet wurden. Edelstahl Rostfrei ist ein Sammelbegriff für die nicht rostenden Stähle.
Sie enthalten mindestens 10,5 % Chrom (Cr) und weisen gegenüber unlegierten Stählen eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit auf.
Höhere Cr-Gehalte und weitere Legierungsbestandteile, wie z. B. Nickel (Ni) und Molybdän (Mo), erhöhen die Korrosionsbeständigkeit weiter.
Darüber hinaus kann das Hinzulegieren bestimmter anderer Elemente auch weitere Eigenschaften positiv beeinflussen.
Edelstahl rostfrei – Eigenschaften
- korrosionsbeständig
- hygienisch
- hochfest
- verschleißfest
- schweißbar
- temperaturbeständig
- leitfähig
- langlebig
- wirtschaftlich
- wartungsarm
Entgegen der allgemeinen Annahme ist Edelstahl nicht immer frei von Korrosion. Ausschlaggebend sind die Legierungspartner und deren Kontakt zur Stahloberfläche.
Sind eisenhaltige rostfähige ferritische Metalle vorhanden, kann auch Edelstahl rosten. So ist Flugrost oder auch tiefe Korrosion nicht ausgeschlossen.
Korrosionsbeständig – warum ist Edelstahl rostfrei?
Die im Stahl enthaltenen Legierungsbestandteile führen dazu, dass sich an der Oberfläche eine dünne, transparente „Passivschicht“ bildet.
Obwohl sie nur wenige Atomlagen dick ist, schützt sie den Werkstoff auch bei Oberflächenbeschädigungen. Dieser Edelstahl benötigt deshalb keine zusätzliche
Beschichtung und keinen metallischen Überzug wie Verzinkung oder Lackierung, um korrosionsbeständig zu bleiben.
Chromatome des Stahls bilden zusammen mit Sauerstoffatomen eine dichte und reaktionsträge Oxidschicht, die ein Voranschreiten der Oxidation und damit ein Rosten des Stahls unterbindet.
Hygienisch – warum ist Edelstahl hygienisch?
1. Die Oberfläche von Edelstahl, bestehend aus Chromoxid, ist auch nach häufigem Reinigen weiterhin sehr glatt.
Keime finden keinen geeigneten Nährboden. Die gleichbleibende glatte Oberfläche erleichtert die Reinigung.
2. Edelstahl reagiert nicht mit gebräuchlichen Reinigungs- oder Desinfektionsmitteln. Die Oberfläche bleibt unbeschadet.
Dieses Merkmal entsteht u. a. durch die Passivschicht des Edelstahls. Sie verhindert, dass Ionen aus dem Material austreten.
Diese Ionen verhindern Keimbildung, indem sie die Zellen von Bakterien zerstören.
3. Bei Beanspruchung gibt Edelstahl keine Partikel ab. Somit werden Nahrungsmittel, Flüssigkeiten oder andere organische Stoffe
bei Kontakt mit Edelstahl nicht verunreinigt. Behälter oder Oberflächen aus Edelstahl eignen sich deshalb hervorragend,
wenn Lebensmittel verarbeitet oder gelagert werden.
Edelstahl Werkstoff-Übersicht
Anwendungsbereiche für Edelstahl
Edelstahl findet auf Grund seiner besonderen Eigenschaften in vielen Bereichen Verwendung. Sei es in speziellen Branchen mit hoher Anforderung
an die Hygiene, wie der Pharma- und Lebensmittelindustrie, oder aber in Bereichen mit einer hohen Anforderung an eine Korrosionsbeständigkeit,
wie z. B. dem Einsatz im Offshore Bereich. Auch im Alltag ist der Werkstoff Edelstahl präsent und findet Gebrauch im Besteck mit Edelstahl 18/10
(robuster Chromnickelstahl mit 18 Prozent Chrom und 10 Prozent Nickel).
Edelstahl im Alltag
Die glänzende Edelstahloptik sorgt für Anwendungsbereiche des Werkstoffs in Designobjekten der Architektur,
alltäglichen Gegenständen wie Kühlschränken, Blenden für Staubsauger etc.
Sind Produkte im Außenbereich platziert können Beschichtungen Stähle korrosionsbeständig machen. Haben die Produkte auch eine dekorative Funktion,
wird oft zu Edelstahl gegriffen. Die Vereinbarkeit aus Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit sorgt dafür.
So finden wir Edelstahl in Möbeln, Geländern, Briefkästen usw.
Edelstahl für extreme Bedingungen
Der Edelstahl V4A mit den gängigen Edelstahlsorten 1.4401,
1.4404, 1.4435 und 1.4571 findet wegen seiner guten Säurebeständigkeit und besonders hohen Korrosionsbeständigkeit
in ganz speziellen Einsätzen Verwendung. Der Einsatzbereich von V4A (1.4571) reicht vom Offshore Bereich zu Tanks und Rohren
für Chemietanker, der Lagerung von Chemikalien, der Nahrungsmittelindustrie bis zur Pharmazie- und Papierindustrie.
V4A ist dem V2A-Edelstahl ähnlich, wird aber mit einem Zusatz von 2 % Molybdän legiert. Daraus resultiert die höhere Widerstandsfähigkeit
gegen Korrosion auch in chloridhaltigen Medien. Diese Eigenschaften von Edelstahl A4 sorgen für die Einsatzgebiete in extremen Bedingungen,
wie z. B. in unmittelbarer Nähe zu Salzwasser. Aufgrund des hohen Salzgehaltes des Wassers und der Luft in diesen Umgebungen ist der Werkstoff V2A
ungeeignet und der teurere Einsatz von V4A ist zwingend erforderlich.
A4-legierte Befestigungen lösen immer mehr feuerverzinkte Befestigungen auf europäischen Autobahnen ab. Viele Lärmschutzwände und Leitplankensysteme
im Brückenbereich werden mit Gewindestangen aus Edelstahl A4 verankert. Ebenfalls werden die Tragsysteme der Leitungen für die Brückenentwässerung mit A4 befestigt.
Edelstahl im Hygienebereich
Der Anwendungsbereich von Edelstahl in Hygienebereichen liegt an der glatten, schützenden und stabilen Chrom-Oxidschicht.
Diese Schicht sorgt für die Korrosionsbeständigkeit von Edelstählen. Korrosionsbeständigkeit bedeutet, dass das Grundmaterial bei Kontakt mit Lebensmitteln
(bspw. Fruchtsäuren) und weiteren Umwelteinflüssen (z. B. Sauerstoff und Reinigungsmittel) nicht angegriffen wird.
Ein weiterer positiver Aspekt für den Einsatz von Edelstahl im Hygienebereich ist die Wirkung von Edelstahl auf Lebensmittel.
Er hinterlässt keine schädlichen Stoffe oder Partikel und führt so zu keiner Verunreinigung und Veränderung der Nahrungsmittel.
Darüber hinaus lässt sich Edelstahl sehr gut reinigen, wodurch Keime und Bakterien keine Angriffsfläche haben und die Hygienebedingungen optimal sind.
Für die meisten Anwendungen im Lebensmittelbereich sind die austenitischen Edelstahlsorten sehr gut geeignet (1.4301, 1.4404).
Bei sehr hohen Korrosionsbelastungen (bspw. bei hohen Salzgehalten in der Fertigung wie Pökeln etc.) muss häufig auf Duplex-Stähle zurückgegriffen werden.