Die Welt der Stahlwerkstoffe ist weitaus komplexer, als man auf den ersten Blick sieht. Haben Sie sich jemals gefragt, warum einige Edelstähle stark und korrosionsbeständig sind, während andere zu Rissen neigen? Die Antwort liegt in einem entscheidenden Faktor: dem Ferritgehalt. Dieser Artikel untersucht den "intrinsischen Code", der die Leistung von Edelstahl bestimmt, indem er untersucht, wie sich der Ferritgehalt auf die Materialeigenschaften auswirkt.

Ferrit, eine kristalline Struktur in Edelstahl, ist ein Schlüsselfaktor für die physikalischen und mechanischen Eigenschaften einer Legierung. Stellen Sie sich Edelstahl als eine Struktur vor, die aus mikroskopischen "Bausteinen" aufgebaut ist - die Anordnung dieser Bausteine (die Mikrostruktur) bestimmt direkt die Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Materials. Ferrit ist einer dieser wesentlichen Bausteine.

Konkret ist Ferrit eine raumzentrierte kubische Gitterstruktur aus Eisen, die geringe Mengen an Kohlenstoff und anderen Legierungselementen lösen kann. In Edelstahl ist das Vorhandensein von Ferrit mit den folgenden Eigenschaften verbunden:

• Hohe Festigkeit: Ferrit trägt zu einer höheren Zug- und Streckgrenze bei.
• Beständigkeit gegen Chlorid-Spannungsrisskorrosion: Ferritische Edelstähle eignen sich gut für korrosive Umgebungen, wie z. B. Anwendungen in der Schifffahrt oder der chemischen Industrie.
• Magnetismus: Im Gegensatz zu austenitischem Edelstahl ist Ferrit magnetisch - eine Eigenschaft, die zur Bestimmung des Ferritgehalts genutzt werden kann.

Der Ferritgehalt muss sorgfältig ausbalanciert werden - weder zu hoch noch zu niedrig - je nach Art des Edelstahls. Bei Duplex- und Super-Duplex-Edelstählen ist der Ferritgehalt ein entscheidender Wert, der sich auf Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit auswirkt.

• Schweißbarkeit: Ein optimaler Ferritgehalt reduziert das Risiko von Erstarrungsrissen beim Schweißen, die die Integrität der Verbindung beeinträchtigen können.
• Korrosionsbeständigkeit: Übermäßiger Ferrit kann die Korrosionsbeständigkeit in bestimmten Umgebungen verringern.
• Mechanische Eigenschaften: Ein höherer Ferritgehalt erhöht die Festigkeit, kann aber die Duktilität und Zähigkeit verringern.

Eine genaue Messung des Ferritgehalts ist für die Beurteilung der Materialqualität unerlässlich. Gängige Methoden sind:

• Metallografische Mikroskopie: Eine traditionelle, aber zeitaufwändige Methode, die eine mikroskopische Untersuchung beinhaltet.
• Magnetische Prüfung: Das Ferritoskop misst die magnetische Permeabilität, um den Ferritgehalt zu schätzen - eine schnelle, zerstörungsfreie Methode, die sich ideal für Feldtests eignet.
• Röntgenbeugung: Hochpräzise, aber teuer und komplex.

Beim Stahlherstellung und Schweißen ist die Vorhersage des Ferritgehalts unerlässlich. Das DeLong-Diagramm verwendet Chrom- und Nickeläquivalente (Cr _eq und Ni _eq ), um die Ferritbildung während des Schweißens abzuschätzen. Obwohl es nützlich ist, ist dieses Modell nicht endgültig - tatsächliche Bedingungen wie Abkühlraten müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

304 Edelstahl, der häufig in der Lebensmittelverarbeitung, in medizinischen Geräten und im Bauwesen verwendet wird, verhält sich in Guss- und Walzformen unterschiedlich:

• Guss 304: Enthält 8–20 % Ferrit, um Erstarrungsrisse zu verhindern.
• Walz 304: Konstruiert mit 1–6 % Ferrit, um Schmiederisse zu verhindern; der meiste Ferrit löst sich nach dem Lösungsglühen auf.

Beim Lösungsglühen wird Edelstahl über 1000 °C erhitzt, gefolgt von raschem Abkühlen, um die Duktilität und Zähigkeit zu erhöhen. Während dieses Verfahren den Ferritgehalt reduziert, behält Guss-Edelstahl aufgrund seiner ursprünglichen Zusammensetzung höhere Werte bei.

Für exakte Messungen verwenden Labore fortschrittliche Mikroskopie oder hochempfindliche magnetische Instrumente, um eine Präzision von 0,5–1 % zu erreichen. Nach dem Glühen enthalten austenitische Stähle wie 304, 316L, 309 und 310 typischerweise weniger als 2 % Ferrit.

Super-Duplex-Edelstähle kombinieren Ferrit- und Austenitphasen (40–60 % Ferrit) für überlegene Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Diese Legierungen sind ideal für anspruchsvolle Anwendungen in rauen Umgebungen.