Warm- und Hochwarmfeste Stähle

Warmfeste und hochwarmfeste Stähle sind metallische Werkstoffe die bei höheren Temperaturen eingesetzt werden können und hohe Stabilität gegen temperaturbedingtes plastisches Kriechen und Veränderung der Werkstoffeigenschaften besitzen. Die maximale Einsatztemperatur liegt bei ca. 400 bis ca. 620 °C, im oberen Temperaturbereich sprich man von hochwarmfesten Stählen. Warmfeste und hochwarmfeste Stähle sollen bei erhöhten Temperaturen möglichst hohe mechanische Belastungen aufnehmen und einen ausreichenden Widerstand gegenüber Hochtemperaturkorrosion aufweisen. Bewertungskriterium der Festigkeit bei hohen Temperaturen ist z.B. die 1%-Zeitdehngrenze Rp1/1000. Die 1%-Zeitdehngrenze Rp1/1000 gibt die Spannung an, bei der nach 1000 Stunden eine dauerhafte Dehnung von 1% vorhanden ist.
Während bei den herkömmlichen unlegierten Stählen die mechanischen Festigkeiten mit zunehmender Einsatztemperatur deutlich abfallen, werden bei den warmfesten Stählen durch legierungstechnische Maßnahmen die Festigkeitseigenschaften bei höheren Temperaturen wesentlich verbessert. Dabei werden die Stähle vorwiegend mit Chrom, Molybdän, Vanadium und Wolfram legiert, wodurch diese Stähle eine gute Kriechfestigkeit und eine ausreichende Gefügestabilität aufweisen.
Die Auswahl der Stähle ist abhängig von deren Einsatztemperatur, den mechanischen Beanspruchungen, dem Einsatzgebiet und dem Anwendungszweck. Die Gruppe der warmfesten und hochwarmfesten Stähle Stähle umfasst zahlreiche unterschiedliche Stahlsorten.
Niedriglegierte, warmfeste Stähle für Einsatztemperaturen im unteren Temperaturbereich werden normalgeglüht oder martensitisch-bainitisch vergütet eingesetzt. Diese Stähle werden durch Karbide und Karbonitride der Elemente Cr, Mo,W,V und Nb verfestigt.
Hochwarmfeste Stähle für den Einsatz im oberen Temperaturbereich enthalten 9 bis 12 % Cr und werden vergütet eingesetzt. Diese Stähle werden ebenfalls durch Karbide und Karbonitride von Cr,Mo,W,W und Nb verfestigt. Durch spezielle Legierungsabstimmung und Wärmebehandlung erzielt man allerdings thermisch stabilere Ausscheidungen, vorrangig Nb- Karbonitride und verbesserte Zunderbeständigkeit.
Da die Ausscheidungen durch die Zeitstandbeanspruchung allmählich vergröbern oder sich wieder auflösen verliert der Verfestigungsmechanismus an Wirksamkeit und es besteht für die Anwendung der normalisierten bzw. vergütetenStähle eine obere Grenztemperatur. Austenitische Stähle auf Cr-Ni-Basis zeigen bei Temperaturen über 600°C einen deutlich höheren Kriechwiderstand und kommen z.T. halbwarmverfestigt oder ausscheidungsgehärtet zum Einsatz.
Die Anwendung von warmfesten und hochwarmfesten Stählen hängt eng mit der Entwicklung der Energietechnik zusammen und liegen im Bereich der Dampf- und Gasturbinen, der Petrochemie und z.B. Ventile im Verbrennungsmotoren. Die Stähle werden entsprechend der thermischen Auslegung unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit ausgewählt. Für höchste thermische Beanspruchungen ist mitunter die Anwendung von Ni-Basislegierungen erforderlich.