Der Einfluss der Gefügestruktur von austenitischem Edelstahl auf die mechanischen Eigenschaften

Die austenitischen Edelstähle umfassen die Eisen-Chrom-Nickel-Reihe oder die Eisen-Chrom-Mangan-Reihe. Ihre mechanischen Eigenschaften zeigen eine stabile und ausgezeichnete Leistung sowohl im Hoch- als auch im Niedertemperaturbereich. Es gibt keinen Umwandlungspunkt während der Lösungsglühbehandlung bei 920 - 1150℃. Die schnelle Abkühlung führt zu nicht-magnetischem, stabilen 301 (17 Chrom - 7 Nickel), der am ehesten zur Härtung neigt. Die nach Stahlart gezeigte Kaltverfestigungsleistung wird durch die Stabilität der Austenitstruktur im Stahl bestimmt. 

Die Stabilität der Austenitstruktur kann durch eine Rechenformel bestimmt werden, die die Korngröße (GSN) einschließt: Md30 = 551 - 462(Kohlenstoff + Stickstoff) - 92Si - 81Mn - 137Cr - 29(Nickel + Kupfer) - 18.5Mo - 68Nb - 14(ASTMG.S.N - 8.0) Der Md30-Wert (die Temperatur, bei der nach 30 % Verformung 50 % Martensit gebildet wird) ist kleiner. Dann wird die Austenit-Mikrostruktur stabiler, und die Kaltverfestigungseigenschaft ist geringer. Dieses Phänomen wird durch die verarbeitungsinduzierte Anomalie verursacht. In Bezug auf die Mikrostruktur wird die flächenzentrierte kubische Kristallform (γ) einer Kaltverarbeitung unterzogen und in die raumzentrierte kubische Kristallform (α) umgewandelt, um Martensit-Anomalie zu bilden. Diese Anomalie wird auch von der Verarbeitungstemperatur und der Verarbeitungsgeschwindigkeit beeinflusst, was darauf hinweist, dass die Kaltverfestigungsleistung von den Verarbeitungsbedingungen beeinflusst wird. Jetzt kann durch geschickte Einstellung der Verarbeitungstemperatur das zuvor unmögliche Ultra-Tiefziehen unter bestimmten Temperaturbedingungen erfolgreich durchgeführt werden. 

Während der Verarbeitung des Materials wird der Verformungshärtungskoeffizient (n-Wert) als Indikator für die Verarbeitungseigenschaften verwendet. Der maximale Verformungshärtungskoeffizient für austenitischen Edelstahl 304 beträgt 0.50, während der für ferritischen Edelstahl 430 nur 0.22 beträgt. 

Der repräsentative Stahltyp des austenitischen Edelstahls, 304, gehört zur quasi-stabilen Austenitreihe. Nach der Lösungsglühbehandlung ist er nicht magnetisch. Nach der Verarbeitung bei Raumtemperatur wandelt er sich leicht in eine martensitische Struktur um und wird magnetisch. Bei Edelstahl 305 hingegen bleibt er nach der Verarbeitung nicht magnetisch, da seine Austenit-Mikrostruktur relativ stabil ist und auch nach der Kaltverarbeitung keine Umwandlung in Martensit erfolgt. In der praktischen Anwendung kann Edelstahl 301, wenn die Verformungshärtungseigenschaften effektiv genutzt werden, um ihn in einen hochfesten Edelstahl umzuwandeln, weit verbreitet zur Herstellung von Federn oder Automobilteilen verwendet werden. 

Der austenitische Edelstahl hat nicht die Probleme mit niedriger Kerbschlagzähigkeit oder 475℃-Sprödigkeit, die bei ferritischen Edelstählen üblich sind. Allerdings wird in der Anwendungsumgebung von 600-800℃ die a-Phase oder Karbide ausgeschieden. Die Ausscheidung der a-Phase hängt von seiner chemischen Zusammensetzung, Gefügestruktur und Verarbeitungsbedingungen ab. 304-Edelstahl verursacht keine Typ-II-Versprödung, aber 309S- oder 310S-Edelstähle mit hohem Chrom- und Nickelgehalt können auch bei langfristiger Erhitzung auf 600-800℃ die a-Phase ausscheiden. Daher muss auf seine Versprödungstendenz geachtet werden. 

Es sollte auch beachtet werden, dass beim Verarbeiten von austenitischem Edelstahl Phänomene wie verzögertes Rissbilden oder Bruch während der Nutzung auftreten können. Bei Edelstählen wie 301 oder 304, die tiefgezogen und tiefverarbeitet werden, kann, wenn sie für kurze Zeit bei Raumtemperatur gelassen werden, in schweren Fällen Rissbildung unter Geräuschen auftreten. Dies ist eigentlich ein verzögertes Bruchphänomen. Die Ursache dafür liegt in Wasserstoff, Eigenspannungen und martensitischer Umwandlung. Die Lösungen bestehen darin, die austenitische Phase zu nutzen, um den Edelstahl zu stabilisieren, oder die Eigenspannungen durch Nachbehandlungswärmebehandlung und andere Methoden zu entfernen.