Ferritische Edelstähle: Definition, Zusammensetzung, Eigenschaften, Verarbeitung, Güten, Anwendungen und mehr

Nichtrostender Stahl ist ein flexibles Material, das für seine hohe Rostbeständigkeit und langlebige Qualität bekannt ist. Es gibt ihn in verschiedenen Formen, darunter austenitischer, ferritischer, martensitischer, Duplex- und ausscheidungsgehärteter rostfreier Stahl.

Ferritischer rostfreier Stahl unterscheidet sich von austenitischem Stahl. Er hat eine kubisch-raumzentrierte Anordnung (BCC) und enthält weniger Nickel. Ferritischer rostfreier Stahl wird auch von Magneten angezogen und wird in Situationen verwendet, in denen diese Eigenschaften von Vorteil sind.

Dieser Artikel befasst sich mit ferritischem rostfreiem Stahl und behandelt seine Definition, Zusammensetzung, Haupteigenschaften, Verarbeitungsmethoden und gängige Güten. Unser Ziel ist es, Ihnen einen klaren Überblick darüber zu geben, wann und warum ferritischer nichtrostender Stahl die richtige Wahl für Ihre Bedürfnisse sein könnte.

Was ist ferritischer rostfreier Stahl?

Ferritischer rostfreier Stahl ist ein rostfreier Stahl mit einer kubisch-raumzentrierten (BCC) Kristallanordnung, die bei Raumtemperatur reinem Eisen ähnelt. Die Zusammensetzung enthält in der Regel 10,5% bis 18% Chrom (eine bestimmte Sorte kann jedoch bis zu 30% aufweisen) mit wenig oder keinem Nickel und geringem Kohlenstoffgehalt. 

Es handelt sich um eine der fünf Edelstahlklassen, die häufig in Auspuffanlagen von Kraftfahrzeugen, Haushaltsgeräten und Industrieanlagen verwendet wird. Zu den gängigen Sorten gehören 430, 409 und 439. Er ist magnetisch und kann nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden.

Chemische Zusammensetzung von ferritischem nichtrostendem Stahl

Ferritischer rostfreier Stahl besteht hauptsächlich aus Eisen, Chrom und Kohlenstoff. Eisen ist das Hauptelement und macht den größten Anteil an der Zusammensetzung aus. Chrom, das 10,5-30% ausmacht, ist der wichtigste Zusatzstoff, der die Korrosionsbeständigkeit gewährleistet. Der Kohlenstoffgehalt ist gering, in der Regel weniger als 0,1%, wodurch der Stahl weich und formbar bleibt. Andere Elemente wie Molybdän, Aluminium und Titan können in geringeren Mengen vorhanden sein, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern.

Eisen, Fe	Chrom, Cr	Kohlenstoff, C	Mangan, Mn	Silizium, Si	Phosphor, P	Schwefel, S	Nickel, Ni	Molybdän, Mo
Bilanz	10.5-30%	≤ 0,12%	≤ 1.00%	≤ 1.00%	≤ 0,040%	≤ 0,030%	≤ 0,50%	≤ 1.00%

Eigenschaften von ferritischem rostfreiem Stahl

Die folgenden 3 Merkmale sind die hervorstechendsten Eigenschaften von ferritischem nichtrostendem Stahl.

• Korrosionsbeständigkeit: Ferritischer Edelstahl ist aufgrund seines Chromgehalts von 11-30% besonders korrosionsbeständig, vor allem in chloridhaltiger Umgebung.
• Magnetismus: Im Gegensatz zu austenitischem rostfreiem Stahl ist er magnetisch, was ihn für die Induktionserwärmung geeignet macht.
• Verformbarkeit: Es hat eine gute Umformbarkeit, ähnlich wie Kohlenstoffstahl, ideal für komplexe Teile.

Diese Merkmale sind mit den chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften des ferritischen Edelstahls verbunden, die seine Zuverlässigkeit und Effizienz gewährleisten. Lassen Sie uns diese im Detail erkunden.

Chemische Eigenschaften

Die chemischen Eigenschaften von ferritischem rostfreiem Stahl beziehen sich auf sein Verhalten in chemischen Umgebungen, insbesondere auf seine Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, wobei die wichtigsten Eigenschaften folgende sind:

Chemisches Eigentum	Leistung	Beschreibung
Korrosionsbeständigkeit	Milde Reaktion.	Gute Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion.
Widerstandsfähigkeit gegen spannungsbedingte Risse (SCC)	Sehr geringe Reaktion.	Höhere Beständigkeit im Vergleich zu austenitischen nichtrostenden Stählen, insbesondere in chloridhaltiger Umgebung.
Beständigkeit gegen örtliche Korrosion und Spaltkorrosion	Mäßige Reaktion.	Mäßige Beständigkeit in chloridhaltigen Umgebungen.
Geringe Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung	Minimale Reaktion.	Geringere Anfälligkeit, geeignet für Wasserstoffeinwirkung.
Chemische Beständigkeit	Keine Reaktion.	Stabil in verschiedenen chemischen Umgebungen.
Oxidationsbeständigkeit	Keine Reaktion.	Hohe Widerstandsfähigkeit gegen Rost bei hohen Temperaturen.

Physikalische Eigenschaften

Die physikalischen Eigenschaften von ferritischem rostfreiem Stahl sind ausschlaggebend für seine Auswahl für technische und industrielle Anwendungen, insbesondere für den Wärmeaustausch und magnetische Anwendungen. In der nachstehenden Tabelle finden Sie die wichtigsten physikalischen Eigenschaften:

Physikalische Eigenschaft	Spezifische Werte	Beschreibung
Dichte	7,7-8,1 g/cm³	Relativ hohe Dichte, die für Stabilität bei strukturellen Anwendungen sorgt.
Wärmeleitfähigkeit	16-25 W/m-K	Gute Wärmeübertragungseigenschaften, die es für den Wärmeaustausch geeignet machen.
Thermische Ausdehnung	10-12 µm/m-K	Geringere Wärmeausdehnung im Vergleich zu austenitischen nichtrostenden Stählen, wodurch das Risiko thermischer Verformung verringert wird.
Hitzebeständigkeit	Bis zu 800°C	Behält seine Festigkeit und rostet auch bei hohen Temperaturen nicht.
Elektrischer spezifischer Widerstand	600-750 nΩ-m	Mäßiger elektrischer Widerstand, wird in Situationen verwendet, in denen die elektrische Leitfähigkeit nicht wesentlich ist.
Magnetische Permeabilität	500-2000 H/m	Hohe magnetische Permeabilität, ideal für magnetische Anwendungen.
Schmelzpunkt	1425-1510°C	Hoher Schmelzpunkt, der die Haltbarkeit unter hohen Temperaturen gewährleistet.

Mechanische Eigenschaften

Die physikalischen Eigenschaften von ferritischem rostfreiem Stahl bestimmen seine Festigkeit und Haltbarkeit bei Bauanwendungen. In der nachstehenden Tabelle finden Sie die wichtigsten mechanischen Eigenschaften:

Mechanische Eigenschaften	Spezifische Werte	Beschreibung
Zugfestigkeit	400-600 MPa	Die höchste Kraft, die es bei Dehnung oder Zug aushalten kann.
Streckgrenze	250-450 MPa	Die Spannung, bei der es beginnt, seine Form dauerhaft zu verändern.
Dehnung	20-30%	Die Fähigkeit, sich zu dehnen, bevor es bricht.
Härte	150-200 HB	Widerstandsfähigkeit gegenüber Eindrücken oder Kratzern.
Elastizitätsmodul	200 GPa	Das Verhältnis von Kraft zu Dehnung bei elastischer Verformung.
Schlagzähigkeit	Mäßig	Fähigkeit, Energie zu absorbieren und Stößen zu widerstehen.
Magnetische Eigenschaft	Hoch	Starke magnetische Eigenschaften, die es für magnetische Anwendungen geeignet machen.
Zähigkeit	Mäßig	Die Fähigkeit, Energie zu absorbieren und sich dauerhaft zu verformen, ohne zu brechen.
Verformbarkeit	Gut	Leichte Formbarkeit in die gewünschten Formen.
Schweißeignung	Gut	Es kann geschweißt werden, ohne an Festigkeit oder Haltbarkeit zu verlieren.
Ermüdungswiderstand	Mäßig	Widerstandsfähigkeit gegen Schäden bei zyklischer Belastung.

Möchten Sie mehr über die Eigenschaften von austenitischen Stählen erfahren? Bitte lesen Sie dies austenitischer Übersichtsartikel.

Verarbeitung von ferritischem nichtrostendem Stahl

Im Gegensatz zu austenitischem, martensitischem, Duplex- und ausscheidungshärtendem rostfreiem Stahl erfordert ferritischer rostfreier Stahl eine besondere Behandlung während der Produktion. Im Folgenden gehen wir auf diese besonderen Verarbeitungsmethoden und die zu beachtenden Aspekte ein.

1. Bildung von

Ferritischer nichtrostender Stahl beginnt mit einem einfachen Schmelz- und Gießverfahren. Anschließend lässt er sich leicht umformen, ähnlich wie Kohlenstoffstahl. Im Gegensatz zu austenitischem rostfreiem Stahl härtet ferritischer Stahl während der Umformung nicht wesentlich aus, so dass er nicht häufig geglüht werden muss.

2. Wärmebehandlung

Ferritischer rostfreier Stahl wird in der Regel einer Lösungsbehandlung und einem Glühen unterzogen, um Spannungen abzubauen und die Duktilität zu verbessern. Im Gegensatz zu martensitischem Stahl wird er luftgekühlt und nicht abgeschreckt. Er kann nicht wie ausscheidungshärtende Stähle durch Erhitzen verfestigt werden.

Vorsicht ist geboten, um eine Versprödung bei 475°C zu vermeiden, die bei längerer Einwirkung auftreten kann und zu einer verminderten Zähigkeit führt.

3. Kaltwalzen

Das Kaltwalzen von ferritischem rostfreiem Stahl trägt dazu bei, seine magnetischen Eigenschaften zu erhalten, im Gegensatz zu austenitischem Stahl, der während dieses Prozesses an Magnetismus verlieren kann. Die Festigkeit und Härte von ferritischem Stahl nimmt nach dem Kaltwalzen deutlich zu. 

Seine Umformbarkeit ist jedoch relativ schlecht, so dass es während des Prozesses zu Faltenbildung und Verformung neigt. Um eine gute Umformqualität zu gewährleisten, müssen die Walzparameter wie Reduktion und Walzgeschwindigkeit sorgfältig kontrolliert werden.

4. Bearbeitung

Die Bearbeitung von ferritischem nichtrostendem Stahl ist in der Regel einfacher als die von austenitischem nichtrostendem Stahl. Er neigt weniger zum Fressen, was ihn für verschiedene Bearbeitungsvorgänge besser geeignet macht. Sein stabiles Gefüge trägt zu einer konstanten Bearbeitungsleistung bei.

5. Schweißen

Beim Schweißen von ferritischem nichtrostendem Stahl ist Vorsicht geboten, um Kornwachstum und Sprödigkeit zu vermeiden. Zu den gängigen Verfahren gehören WIG-, MIG- und Punktschweißen. Im Gegensatz zu austenitischem Stahl muss ferritischer Stahl unter Umständen nach dem Schweißen wärmebehandelt werden, um die Zähigkeit wiederherzustellen. 

Seine geringere Wärmeausdehnung trägt zur Verringerung des Schweißverzugs bei. Um eine Sensibilisierung zu vermeiden, ist es wichtig, bei niedrigeren Temperaturen zu schweißen und die Wärmezufuhr zu minimieren.

Phasenumwandlung von ferritischem rostfreiem Stahl

Die Phasenumwandlung in ferritischem nicht rostendem Stahl, die beim Schweißen und bei der Wärmebehandlung von entscheidender Bedeutung ist, wird hauptsächlich durch die Legierungszusammensetzung bestimmt, insbesondere durch Chrom und andere Elemente. In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Aspekte dieser Umwandlungen behandelt.

Stabile Ferritphase:

Ferritischer nichtrostender Stahl liegt hauptsächlich in der kubisch-raumzentrierten Ferritphase (BCC) vor. Diese Phase ist von Raumtemperatur bis zu etwa 912°C stabil.

Chromgehalt und Phasenstabilität:

• Hoher Chromgehalt (11-30%): Der Stahl widersteht normalerweise der Umwandlung in andere Phasen, selbst bei hohen Temperaturen.
• Temperatur der Phasenumwandlung:
  • Tritt typischerweise oberhalb von 950°C auf.
  • Bei dieser Temperatur kann sich Ferrit in Austenit umwandeln, insbesondere wenn bestimmte Legierungselemente hinzukommen.

Auswirkungen des Chromgehalts:

• Rund 13% Chrom: Der Stahl wechselt beim Abkühlen von Ferrit zu Austenit und wieder zurück zu Ferrit.
• Schnelle Kühlung mit Kohlenstoff: Dabei kann sich Martensit bilden, der später wieder zu Ferrit angelassen werden kann.
• Über 17% Chrom: Der Stahl bleibt bei allen Temperaturen in der ferritischen Phase.
• Über 25% Chrom: Es kann sich die σ-Phase bilden, die bei Raumtemperatur zu Sprödigkeit führt.

Sensibilisierung in ferritischem rostfreiem Stahl

Zur Sensibilisierung kommt es, wenn ferritischer rostfreier Stahl 450°C bis 850°C ausgesetzt wird. In diesem Bereich bilden sich an den Korngrenzen Chromkarbide, die den Chromgehalt verringern und zu einer geringeren Korrosionsbeständigkeit führen. Dadurch wird der Stahl anfälliger für interkristalline Korrosion. Um dies zu verhindern, ist eine sorgfältige Wärmekontrolle beim Schweißen und bei der Wärmebehandlung erforderlich.

Was sind die Vor- und Nachteile von ferritischem nichtrostendem Stahl?

Obwohl ferritischer nichtrostender Stahl einzigartige Vorteile aufweist, die ihn für bestimmte Anwendungen geeignet machen, hat er aufgrund seiner inhärenten Eigenschaften auch gewisse Nachteile. Diesen Nachteilen kann mit verschiedenen Methoden begegnet werden. Das Verständnis dieser Vor- und Nachteile ist entscheidend für die Wahl des richtigen Materials für Ihre Bedürfnisse.

Vorteile von ferritischem rostfreiem Stahl

• Korrosionsbeständigkeit: Ferritischer rostfreier Stahl bietet eine gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in milden Umgebungen.
• Magnetische Eigenschaften: Es behält seine magnetischen Eigenschaften, was bei bestimmten Anwendungen wie der Induktionserwärmung von Vorteil sein kann.
• Verformbarkeit: Es ist leicht zu formen und kann wie Kohlenstoffstahl bearbeitet werden, wodurch es sich für komplexe Konstruktionen eignet.
• Stärke und Zähigkeit: Ferritischer rostfreier Stahl bietet eine gute Mischung aus Festigkeit und Haltbarkeit für viele Anwendungen.
• Kostengünstig: In der Regel sind die Kosten geringer als bei austenitischen nichtrostenden Stählen, da die Legierungskosten niedriger sind.

Nachteile und wie man sie beseitigt

• Geringere Zähigkeit: Ferritischer rostfreier Stahl kann bei niedrigeren Temperaturen weniger zäh sein. Verbessern Sie die Zähigkeit mit legierten Sorten oder einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen.
• Eingeschränkte Wärmebehandelbarkeit: Er kann nicht für eine höhere Festigkeit wärmebehandelt werden. Für solche Anwendungen werden Materialien wie austenitische Stähle oder martensitische Stähle verwendet.
• Anfälligkeit für Sensibilisierung: Es kann bei bestimmten Temperaturen sensibilisiert werden. Vermeiden Sie diese Temperaturen und kontrollieren Sie die Heiz- und Kühlraten sorgfältig.
• Probleme mit der Schweißbarkeit: Das Schweißen kann aufgrund der möglichen Sprödigkeit schwierig sein. Verwenden Sie die richtigen Schweißverfahren und führen Sie nach dem Schweißen eine Wärmebehandlung durch, um diese Probleme zu lösen.

Gängige Güten und Anwendungen von ferritischem Edelstahl

Ferritischer nichtrostender Stahl umfasst verschiedene Sorten, die jeweils besondere Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungen aufweisen. Die Kenntnis dieser Sorten und ihrer Anwendungen hilft bei der Auswahl des richtigen Materials für verschiedene Anforderungen.

Ferritische Stahlsorte	Anwendungsbereich	Spezifische Anwendungen
304	Allgemeine Verwendung	Küchenausstattung, Fahrzeugverkleidung, Geräte
430	Haushaltsgeräte	Innenausstattung von Geschirrspülern, Backofenverkleidungen, Küchenspülen
446	Hochtemperatur	Ofenteile, Wärmetauscher, Abgasanlagen
409	Automobilindustrie	Auspuffanlagen, Katalysatoren, Fahrzeugverkleidungen
444	Korrosive Umgebungen	Chemische Verarbeitungsanlagen, Schiffsanwendungen
409L	Automobil und Industrie	Auspuffanlagen, Automobilkomponenten, Industriemaschinen
430F	Bearbeitung	Präzisionswellen, Schrauben, Bolzen und andere Verbindungselemente
441	Automobilindustrie und Luft- und Raumfahrt	Abgassysteme, Motorkomponenten, Luft- und Raumfahrtanwendungen

Was Sie auch interessieren könnte

Im Folgenden gehen wir auf weitere wichtige Aspekte und häufige Fragen ein, damit Sie eine fundierte Entscheidung über ferritischen Edelstahl treffen können.

Wie identifiziert man ferritischen Edelstahl?

Ferritischer rostfreier Stahl ist an seinen magnetischen Eigenschaften und seiner kubisch-raumzentrierten (BCC) Kristallanordnung zu erkennen. Er enthält in der Regel Chrom und hat im Vergleich zu austenitischem Edelstahl weniger Nickel.

Ist rostfreier Stahl der Serie 400 ferritisch?

Ja, die nichtrostenden Stähle der Serie 400 sind in der Regel ferritisch. Sorten wie 409 und 430 sind gängige Beispiele für ferritischen nichtrostenden Stahl.

Ist rostfreier Stahl der Serie 300 ferritisch?

Nein, die Edelstahl der Serie 300s sind hauptsächlich austenitisch. Sie enthalten höhere Mengen an Nickel und Chrom, die zu einer austenitischen Struktur führen, anstatt ferritisch zu sein.

Was ist der Unterschied zwischen ferritischem und austenitischem nichtrostendem Stahl?

Ferritische nichtrostende Stähle haben eine kubisch-raumzentrierte Struktur (BCC), sind magnetisch und haben einen geringeren Nickelgehalt. Austenitische nichtrostende Stähle haben eine kubisch-flächenzentrierte (FCC) Struktur, sind nicht magnetisch und enthalten mehr Nickel und Chrom.

Ist Ferrit stabiler als Austenit?

Ferritische nichtrostende Stähle sind im Allgemeinen weniger fest als austenitische Stähle, bieten aber eine bessere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Austenitische nichtrostende Stähle bieten in der Regel eine höhere Festigkeit und Zähigkeit.

Zusammenfassung & Sonstiges

In diesem Artikel werden kurz die Definition, die Zusammensetzung, die Eigenschaften, die Güten, die Anwendungen und andere wichtige Aspekte von ferritischem Edelstahl erläutert. Wenn Sie mehr über rostfreien Stahl oder andere Stahlsorten erfahren möchten, lesen Sie unser Blog oder Kontakt zu unseren Metallspezialisten.

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