Hart und korrosionsbeständig

Mit härtereitechnischen Methoden lassen sich verschleißbeständige Bauteile nicht nur wirksam, sondern auch sehr wirtschaftlich realisieren: weil die Methoden das in einem Metall innewohnende Vermögen zur Härtung verfahrenstechnisch effizient ausnützen. Dies ist heute ein übliches Vorgehen im Herstellungsprozess von chirurgischen Instrumenten. Über die reine Abschreckhärtung hinaus lassen sich Oberflächen durch das Einlagern von Kohlenstoff und Stickstoff gegen verschiedene Verschleiß- und Ermüdungsvorgänge gezielt panzern, wenn thermochemische Diffusionsverfahren eingesetzt werden. Für die niedriglegierten Stähle haben sich die klassischen Aufkohlungs- und Nitrierverfahren (Einsatzhärten, Karbonitrieren, Nitrocarbuieren, Gas- und Plasmanitrieren) bewährt, doch sind sie vom Prinzip her nicht auf hochlegierte, korrosionsbeständige Stähle anwendbar. Der wesentliche Grund dafür ist, dass derartige Verfahren die Korrosionsbeständigkeit der rostfreien Stähle fast gänzlich zu Grunde richten.

Anders als beim Element Kohlenstoff wurde die vielfältige Wirkung des Stickstoffs im Stahl erst in den letzten beiden Jahrzehnten umfassend untersucht, und die hoch-stickstofflegierten Stähle sind in der Technik wenig verbreitet. Der Grund dafür ist, dass die schmelzmetallurgische Herstellung und Weiterverarbeitung dieser Stähle schwierig ist. Doch sind die in Forschungsprojekten zur Wirkung des Stickstoffs auf Chromstähle gesammelten Erfahrungen durchaus positiv.

Ein Durchbruch erfolgte 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 Verbesserungen bei Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit von Produkten aus standardmäßigen, rostfreien Stählen erzielen.

Stickstoff als Legierungselement hinterlässt beim Härten von Stahl in etwa dieselbe Wirkung wie das Legierungselement Kohlenstoff. Es wirkt wie Nickel, wenn es um die Stabilisierung des austenitischen 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 PREN-Werten sind erfahrungsgemäß korrosionsbeständiger als Stähle mit tieferen Werten.

Die Hochtemperaturaufstickung Hard-Inox-P von Halbzeugen oder Produkten aus rostfreien Stählen kann für verschiedene Modifikationen des Randgefüges genutzt werden. 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. Dabei kann in ferritischen Legierungen, die keine oder nur äußerst geringe Härtbarkeiten aufweisen, eine martensitische Randschicht mit hohen Härtewerten erzeugt werden. 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.

Der Nutzen dieser Technologie liegt in der Steigerung der Lebensdauer und Wertbeständigkeit von rostfreien Produkten und der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Viele Produkte, bei denen aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit auf einen austenitischen Chrom-Nickel 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 Herstellung von kratzfesten Produkten des täglichen Gebrauchs, ist somit nicht nur technisch machbar, sondern auch bezahlbar.

Umgekehrt kann die Zuverlässigkeit vieler Produkte, die heute neben Verschleiß auch einem korrosiven Angriff unterliegen, ebenso wirtschaftlich erhöht werden. In der Medizintechnik können wiederverwendbare, chirurgische Instrumente profitieren, die oft mit aggressiven Medien gereinigt werden müssen.

Weitere Anwendungsbereiche von Hard-Inox-P finden sich in der Automobilindustrie, der Kunststoffindustrie, der chemischen Industrie und der Energietechnik.

Michel Saner Härterei Gerster, Egerkingen/Schweiz

Je höher der PREN-Wert, desto korrosionsbeständiger ist der Stahl