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26.08.2003

Nichtrostende Stähle im Bauwesen


Fachinformation 09/03

Nichtrostende Stähle im Bauwesen

1912 gelang der Fa. Krupp erstmals durch die Legierung von Stahl mit ca. 18% Chrom und ca. 8% Nickel die Herstellung von nichtrostendem Stahl. In der Versuchsschmelze 2 entstand eine Stahllegierung mit austenitischem Gefüge. Sie trug die Bezeichnung V2A (Versuchsschmelze 2, Austenit).Der erste Edelstahl war „geboren“.

Für den Bereich des Bauwesens wurde der Begriff „Nichtrostender Stahl“ eingeführt.Die Verwendung von Bauteilen und Verbindungselementen aus nichtrostenden Stählen wird für den bauaufsichtlichen Bereich in der Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung des DIBt Z-30.3-6 (8/99) geregelt.

Darin ist die Mindestdicke für Erzeugnisse aus nichtrostendem Stahl mit 1,5 mm fest gelegt. Die Zulassung unterteilt Bauteile in 5 Festigkeitsklassen, deren Bezeichnung von der jeweiligen Dehngrenze RP0,2 in N/mm abgeleitet ist.Die Festigkeitsklasse S235 bezeichnet nicht kalt verfestigte Stähle. Die Festigkeitsklassen S275, S355, S460 und S690 sind Stahlerzeugnisse, die durch Kaltverfestigung höhere Streckgrenzen, bzw. Zugfestigkeiten aufweisen.

Verbindungselemente wie Schrauben, Gewindestangen, Muttern und Scheiben werden in die Festigkeitsklassen 50,70 und 80 unterteilt, wobei die Festigkeitsklasse von der jeweiligen Zugfestigkeit Rm in kN/cm² abgeleitet ist. Die Mindestgröße für metrisches Gewinde ist M6.

Gleitfeste, planmäßig vorgespannte Verbindungen sind nicht Gegenstand der Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung.

In der Zulassung sind insgesamt 15 Stahlsorten aufgenommen. Zwei Stahlsorten weisen ein ferritisches Gefüge auf, eine Stahlsorte ein ferritisch-austenitisches Gefüge. Die restlichem zwölf Stahlsorten ein austenitisches Gefüge.



Eigenschaften - Nichtrostende Stähle

In der nachstehenden Zusammenstellung sind die wesentlichen Merkmale nichtrostender Stähle aufgeführt. Die unterschiedlichen Stahlsorten weichen in ihren Eigenschaften aufgrund unterschiedlicher Legierungsbestandteile geringfügig voneinander ab. Die genauen Werte sind der DIN EN 10088-2 und DIN EN 10088-3 zu entnehmen

Elastizitätsmodul (Widerstände, Verformungen) 

 

170.000 N/mm²

Elastizitätsmodul (Zwangsschnittgrößen)

 

200.000 N/mm²

Schubmodul (Widerstände, Verformungen)

 

65.400 N/mm²

Schubmodul (Zwangsschnittgrößen)

 

76.900 N/mm²

Mittlerer Temperatur-Ausdehnungskoeffizient 16 x 10 –6

 

1/K

Dichte 

 

7,9 kg/dm³

Wärmeleitfähigkeit 

 

15 W/mK 

 

 

 

Weitere Eigenschaften nichtrostender Stähle im Vergleich zu niedrig legierten Baustählen:

  • hoher Korrosionswiderstand,
  • blanke Oberfläche,
  • geringere Festigkeitsabnahme bei hohen Temperaturen,
  • geringer Zähigkeitsverlust bei tiefen Temperaturen,
  • Eignung zur Kaltverfestigung,
  • nicht magnetisierbar (nur bei rein austenitischem Gefüge),
  • kein „linearelastisches-idealplastisches „ Werkstoffverhalten.

Korrosionsarten - Nichtrostende Stähle

Eine der wesentlichen Merkmale nichtrostender Stähle ist der hohe Korrosionswiderstand. Liegt der Massenanteil des Legierungselementes Chrom über 12%, bildet sich die für den Korrosionswiderstand entscheidende, sogenannte Passivschicht an der Oberfläche.

Die Beständigkeit dieser Chromoxidschicht ist die wesentliche Voraussetzung zur Erhaltung des Korrosionswiderstandes. Dazu ist ein ständiger Austausch mit Sauerstoffmolekülen erforderlich. Wird dieser Sauerstoffaustausch durch Verschmutzungen, Zunder, Anlauffarben, enge Spalte und Anwesenheit von Elektrolyten aus Chlor- oder Schwefelverbindungen beeinträchtigt, kann die schützende Wirkung der Passivschicht nicht mehr aufrecht erhalten werden.

Der Korrosionswiderstand nimmt sodann je nach Beanspruchung deutlich ab und es kann zu Korrosionsarten wie Flächenkorrosion, Lochkorrosion, Spaltkorrosion, Spannungsriss-korrosion und Kontaktkorrosion führen.

Darüber hinaus kann bei einzelnen Legierungen, z. B. Werkstoffnummer 1.4301 und 1.4401, durch Schweißen oder andere thermische Bearbeitungsverfahren interkristalline Korrosion auftreten. In diesem Zusammenhang wird besonders auf die Tabelle 8 (Anlage 6) und Tabelle 9 (Anlage 7) der Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung, hingewiesen.


Produkte aus nichtrostenden Stählen

Bandstahl, Glattblech, Tränenblech, Stabstähle aus Rund, Vierkant, Sechskant, Hohlprofile geschweißt, Hohlprofile nahtlos, Walzprofile (I, U, L, T, Z, Sonderprofile), Betonstahl, Verbindungsmittel, Ankerschienen, Schmiedestücke.
Die angebotenen warmgewalzten oder warmstranggespreßten Profile entsprechen häufig den genormten Walzprofilen aus niedrig legiertem Stahl. Genaue Querschnittswerte sollten beim Hersteller erfragt werden, da sie nicht genormt sind.

Besonderheiten bei der Verarbeitung nichtrostender Stähle

Thermisches Trennen

Das Brennschneidverfahren unter Verwendung von Sauerstoff- und Acetylengemischen, wie es bei niedrig legierten Stählen üblich ist, lässt sich für nichtrostende Stähle nicht ohne Weiteres anwenden.
Geeignete thermische Trennverfahren sind hier:
Plasmaschneiden, Laserstrahlschneiden, Elektronenstrahlschneiden.Im Bereich der Schnittoberflächen kommt es bei den kaltverfestigten Stahlsorten (S275, S355, S460, S690) zu Entfestigungen, die bei den Tragfähigkeitsnachweisen zu berücksichtigen sind. Anlauffarben oder Zunder sind vollständig zu entfernen.


Schweißen

Schweißverbindungen aus verschiedenen Stahlsorten, sogenannte Mischverbindungen, sind zulässig. Hierbei muss mit Verzug und Erhöhung der Schweißspannungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeiten und Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten gerechnet werden. Anlassfarben und Zunderschichten sind vollständig zu entfernen. Durch das Einbringen der Schweißwärme kommt es bei kaltverfestigten Stählen zu einem Festigkeitsabfall. Vorwärmen, wie dies bei niedrig legierten Baustählen unter Umständen gefordert wird, ist nicht erforderlich. Auf die Dickenbegrenzung geschweißter Bauteile, hier insbesondere für die Stahlsorten 1.4301 und 1.4401, mit max. 6 mm für Bleche und Bänder, wird besonders hingewiesen.


Schraubenverbindungen

Gewindeteile mit hoher axialer Beanspruchung neigen beim Aufdrehen der Mutter oder sonstigen Einschraubvorgängen zum „Kaltverschweißen“ (Fressen) der sich berührenden Gewindeteile.
Das Eindrehverhalten lässt sich durch Verwendung kaltverfestigter Werkstoffe, gerollter statt geschnittener Gewinde, Schmierung, bzw. Beschichtung der Gewindeteile verbessern.



Die hier vorgenommenen Hinweise zu Bauteilen und Verbindungselementen aus nichtrostenden Stählen stellen nur einen Auszug dar und haben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Weitere Hinweise sind der einschlägigen Fachliteratur zu entnehmen. In diesem Zusammenhang wird auf die Schriftenreihe der „Informationsstelle Edelstahl Rostfrei, Postfach 102205 in 40013 Düsseldorf, verwiesen.