Wesentliche Aspekte der Wärmebehandlung von austenitischem Edelstahl

Der Kernwert von austenitischem Edelstahl liegt in seiner ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in sauerstoffreichen, oxidierenden Umgebungen und sauren Bedingungen. Diese Korrosionsbeständigkeit ist jedoch nicht absolut; sie hängt stark davon ab, ob die Materialoberfläche einen schützenden Passivfilm bilden und aufrechterhalten kann. Die Wärmebehandlung, insbesondere die entscheidende Lösungsglühung, spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Wirksamkeit dieses Passivfilms.

Da austenitischer Edelstahl keine Festphasenumwandlung von Raumtemperatur bis zu hohen Temperaturen durchläuft, besteht der Hauptzweck seiner Wärmebehandlung nicht darin, die Härte zu verändern, sondern vielmehr Probleme zu beheben, die während der Verarbeitung auftreten, und die Mikrostruktur zu optimieren. Die Lösungsglühung beinhaltet das Erhitzen des Stahls auf eine ausreichend hohe Temperatur, um während der Verarbeitung ausgeschiedene Carbide vollständig wieder in die austenitische Matrix aufzulösen, gefolgt von raschem Abkühlen auf Raumtemperatur. Dieser rasche Abkühlungsprozess ist entscheidend, er "friert" den homogenen Festlösungszustand ein, der bei hohen Temperaturen erreicht wurde, und verhindert die erneute Ausscheidung von Carbiden während des Abkühlens. Dies gewährleistet die gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente innerhalb der Matrix und legt den Grundstein für die Bildung eines stabilen Passivfilms.

Probleme treten auf, wenn die Abkühlgeschwindigkeit während der Lösungsglühung zu langsam ist. Mit sinkender Temperatur nimmt die Löslichkeit von Kohlenstoff in Austenit ab, wodurch sich Kohlenstoffatome vorzugsweise mit Chrom verbinden und chromreiche Carbide an den Korngrenzen ausscheiden. Dies führt direkt zu einer signifikanten Reduzierung des Chromgehalts in den Bereichen in der Nähe der Korngrenzen, ein Phänomen, das als Sensibilisierung bezeichnet wird. Chromverarmte Korngrenzen werden extrem anfällig und lösen schwere interkristalline Korrosion aus, die sogar in gewöhnlichen korrosiven Umgebungen auftreten kann. Die Sensibilisierung schwächt auch die Beständigkeit des Materials gegen Lochfraßkorrosion erheblich, da der lokale Abbau des Passivfilms die Korrosion nach innen ausbreiten lässt. Darüber hinaus verringert die ungleichmäßige Verteilung von Chrom die Beständigkeit gegen gleichmäßige Korrosion.

Eine weitere häufige Ausfallart für austenitischen Edelstahl ist die Spannungsrisskorrosion. Sie erfordert zwei notwendige Bedingungen: Spannung und eine spezifische korrosive Umgebung. Für Anwendungen, die in erster Linie seine Korrosionsbeständigkeit und nicht seine Festigkeit nutzen, erfordern die Gefahren von Eigenspannungen besondere Aufmerksamkeit. Spannungsarmglühen kann Eigenspannungen effektiv beseitigen und so das Risiko von Spannungsrisskorrosion verringern.

Sobald eine Sensibilisierung auftritt, kann sie durch erneutes Erhitzen des Stahls auf über 850 °C behoben werden, um die Carbide wieder aufzulösen, gefolgt von erneutem raschen Abkühlen. Daher ist die richtige Lösungsglühung (Erhitzen und rasches Abkühlen) der kritischste Wärmebehandlungsprozess, um sicherzustellen, dass austenitischer Edelstahl seine optimale Korrosionsbeständigkeit erreicht. Eine unsachgemäße Wärmebehandlung, insbesondere eine, die zu einer Sensibilisierung führt, beeinträchtigt die Korrosionsbeständigkeit, auf die er sich verlässt, erheblich.