201 vs 202 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Die Auswahl zwischen den rostfreien Stahlgüten 201 und 202 ist eine häufige Beschaffungs- und Designentscheidung für Ingenieure, Fertigungsplaner und Einkäufer, die Korrosionsbeständigkeit, mechanische Leistung und Kosten abwägen. Typische Entscheidungskontexte umfassen Blech und Band für Haushaltsgeräte, architektonische Verkleidungen, Befestigungselemente und gezogene Komponenten, bei denen eine vollständige 300er-Serie austenitische Legierung möglicherweise kostenintensiv ist.

Der kritische zusammensetzungsbezogene Unterschied zwischen den beiden Güten liegt darin, wie Nickel und Mangan eingesetzt werden, um die Austenitstabilität zu erreichen: Die beiden Legierungen verwenden unterschiedliche Nickel-zu-Mangan-Verhältnisse. Dieses Verhältnis beeinflusst die Austenitstabilität, die Kaltverformungsreaktion, die Korrosionsbeständigkeit und die Kosten; folglich werden 201 und 202 oft verglichen, wenn die Preissensitivität von Nickel und Leistungsabstriche abgewogen werden müssen.

1. Normen und Bezeichnungen

• Allgemeine internationale Bezeichnungen:
• AISI/UNS: 201 = UNS S20100; 202 = UNS S20200.
• ASTM/ASME: Beide erscheinen in mehreren ASTM-Produktstandards für kaltgewalzte oder warmgewalzte rostfreie Bänder/Bleche; konsultieren Sie die spezifische Produktspezifikation.
• EN / EN ISO: Diese Güten sind nicht 1:1 mit 300er-Serie EN-Nummern, aber Äquivalente werden oft in Lieferanten-Kreuzreferenztabellen aufgeführt.

• JIS / GB: Regionale Äquivalente existieren; überprüfen Sie die genauen chemischen Grenzen gemäß dem lokalen Standard für die Beschaffung.

• Klassifizierung: Sowohl 201 als auch 202 sind austenitische rostfreie Stähle (nicht-magnetisch im geglühten Zustand); sie sind keine HSLA-, Kohlenstoff- oder Werkzeugstähle. Sie sind Teil der „200er-Serie“ Austeniten, die als niedrignickel Alternativen zu 300er-Serie Edelstahl entwickelt wurden.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle listet typische, häufig zitierte Zusammensetzungsbereiche auf. Die tatsächlichen Grenzen variieren je nach Spezifikation und Walzwerk; überprüfen Sie immer die Walzwerkzertifikate für die Beschaffung.

Hinweise: - Der wesentliche Unterschied liegt darin, wie Nickel und Mangan ausgewogen sind. Die Güte 202 enthält typischerweise mehr Mangan und leicht mehr Chrom; Nickel ist nur geringfügig höher als in 201. Der Nettoeffekt ist ein niedrigeres Nickel-zu-Mangan-Verhältnis in 202 im Vergleich zu 201, was die Austenitstabilität und die Kaltverformungsreaktion beeinflusst. - Beide Güten verzichten auf signifikante Mengen an Molybdän (Mo) und Mikrolegierungselementen, die häufig in ferritischen oder martensitischen rostfreien Güten verwendet werden.

Wie die Legierungsstrategie die Eigenschaften beeinflusst: - Chrom sorgt für den passiven Film, der rostfreien Stählen Korrosionsbeständigkeit verleiht; beide Güten haben Cr im mittleren Teenagerbereich und bieten allgemeine atmosphärische und milde chemische Korrosionsbeständigkeit. - Nickel stabilisiert die austenitische Phase und verbessert die Zähigkeit und Duktilität bei niedrigen Temperaturen. - Mangan und Stickstoff werden als kostengünstige Austenitstabilisatoren verwendet, um den Nickelbedarf zu reduzieren. Hoher Mn erhöht die Verfestigungsrate und kann die Formbarkeit und Bearbeitbarkeit beeinflussen. - Das Fehlen von Mo schränkt die Widerstandsfähigkeit gegen Chlor-Pitting und Spaltkorrosion im Vergleich zu 300er-Serie oder Mo-haltigen Legierungen ein.

3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsreaktion

• Mikrostruktur (im geglühten Zustand): Sowohl 201 als auch 202 sind bei Raumtemperatur hauptsächlich vollständig austenitisch, wenn sie gemäß Spezifikation verarbeitet werden. Kleine Mengen Delta-Ferrit oder andere geringfügige Phasen können je nach genauer Zusammensetzung und thermischer Geschichte auftreten, aber diese Güten sind so ausgelegt, dass sie im geglühten Zustand austenitisch sind.
• Reaktion auf Wärmebehandlung:
• Austenitische rostfreie Stähle werden nicht durch konventionelle Abschreck- und Anlasverfahren gehärtet. Weder 201 noch 202 können durch Wärmebehandlung martensitisch gemacht werden.
• Die Lösungsglühen (typisches Glühen bei etwa 1010–1120 °C, gefolgt von schnellem Abkühlen) stellt die Duktilität wieder her und löst durch Kaltverformung entstandene Phasen auf.
• Kaltverformung (Walzen, Ziehen) ist der Hauptweg, um die Festigkeit in diesen Legierungen zu erhöhen: Die Verfestigung erhöht die Streckgrenze und Zugfestigkeit, während die Dehnung und Zähigkeit verringert werden.
• Thermomechanische Verarbeitung (kontrollierte Kaltverformung + Rekristallisationsglühen) wird die Korngröße und Textur festlegen und somit die endgültige Formbarkeit und Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen.
• Praktische Implikation: Design und Verarbeitung sollten davon ausgehen, dass die Eigenschaften von der Kaltverformung und der Glühgeschichte dominiert werden, nicht von der abschreckbaren Härtbarkeit.

4. Mechanische Eigenschaften

Die absoluten mechanischen Eigenschaften hängen stark von der Produktform (kaltgewalztes Blech, Band, Coil oder kaltgezogene Stange) und dem Zustand (vollständig geglüht vs. verschiedene Kaltverformungsgrade) ab. Die folgende Tabelle fasst das vergleichende Verhalten zusammen, anstatt spezifische Walzwertwerte anzugeben.

Welcher ist stärker/zäher/duktiler und warum: - Festigkeit: Beide Güten sind im geglühten Zustand ähnlich. Unterschiede sind hauptsächlich prozessbedingt; da Mangan und Stickstoff die Verfestigung beeinflussen, kann 201 manchmal eine höhere verfestigte Festigkeit zeigen, abhängig von den genauen Zusammensetzungen und der Kaltverringerungsgeschichte, aber dies ist nicht universell. - Zähigkeit und Duktilität: Beide behalten hohe Zähigkeit und gute Duktilität im geglühten Zustand aufgrund der austenitischen Matrix; Unterschiede sind gering und anwendungsspezifisch.

5. Schweißbarkeit

• Allgemeine Aussichten: Austenitische 200er-Serie rostfreie Stähle lassen sich leicht durch gängige Schmelz- und Widerstandsschweißverfahren schweißen. Sie härten sich nicht durch Wärmebehandlung, und Schweißnähte bleiben duktil und zäh.
• Beeinflussende Faktoren: Kohlenstoffgehalt, Mangan, Stickstoff und Reststoffe beeinflussen die Anfälligkeit für Heißrissbildung, den Ferritgehalt in der Schmelzzone und die mechanischen Eigenschaften nach dem Schweißen.
• Nützliche Schweißbarkeitsindizes (für qualitative Interpretation):
• Kohlenstoffäquivalent (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Pcm (Pitting-/Rissanfälligkeitsindex): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretation (qualitativ):
• Sowohl 201 als auch 202 sind niedriglegiert und moderat legiert; ihr $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ sind im Allgemeinen niedrig im Vergleich zu hochlegierten Stählen, was auf eine gute Schweißbarkeit hinweist.
• Ein höherer Mangan- und Stickstoffgehalt (der als Austenitstabilisatoren verwendet wird) kann in bestimmten Schweißsituationen die Anfälligkeit für Heißrisse fördern oder den Ferritgehalt im Schweißmetall verändern; die Verwendung von geeignetem Füllmaterial (oft ein kompatibles 300er-Serie Füllmaterial) und die Kontrolle der Wärmezufuhr mindern Defekte.
• Vorwärmen und Nachbehandlung sind in der Regel nicht erforderlich für Korrosions- oder Wasserstoffkontrolle, aber das Schweißen von dickeren Abschnitten oder unterschiedlichen Metallen sollte qualifizierten Verfahren folgen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Als rostfreie Legierungen mit Chrom ≈16–19 Gew% bieten beide Güten allgemeinen Widerstand gegen atmosphärische Korrosion, Lebensmittel und viele milde Chemikalien. Sie sind weniger korrosionsbeständig als 300er-Serie (304/316) in chloridhaltigen Umgebungen.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) wird verwendet, um die Widerstandsfähigkeit gegen Chlor-Pitting zu bewerten, wenn Mo/N und andere Pitting-Hemmer vorhanden sind: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Für 201 und 202 ist Mo ≈ 0 und N ist niedrig; daher sind die PREN-Werte im Vergleich zu Mo-haltigen Legierungen niedrig. Verwenden Sie PREN nur, wenn Mo und N signifikant sind — andernfalls zeigt der Index, dass diese Güten nicht für aggressive Chlorumgebungen vorgesehen sind.
• Oberflächenschutz:
• In den meisten Anwendungen werden diese als rostfrei verwendet (keine zusätzliche Beschichtung); für hochaggressive Umgebungen kann Oberflächenschutz wie Passivierung, Elektrolyse oder Schutzbeschichtungen erforderlich sein.
• Für anspruchsvolle Außen- oder Küsteneinsätze sollten höherlegierte Güten oder Schutzbeschichtungen in Betracht gezogen werden (Feuerverzinkung wird typischerweise nicht auf rostfreiem Stahl verwendet, wo ein inhärentes rostfreies Verhalten erforderlich ist).

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Formen: Beide Güten sind im geglühten Zustand formbar. Tiefziehen und komplexe Formen sind möglich, erfordern jedoch Werkzeuge, die auf höhere Verfestigungsraten im Vergleich zu 300er-Serie Legierungen angepasst sind.
• Bearbeitbarkeit: 200er-Serie Legierungen lassen sich im Allgemeinen weniger gut bearbeiten als freischnitthaltige Kohlenstoffstähle; ihre höhere Verfestigung und die Tendenz zur Verfestigung an der Werkzeugoberfläche bedeuten höhere Schnittkräfte und schnellen Werkzeugverschleiß, es sei denn, Werkzeuge und Vorschübe sind optimiert. 202 wird oft als ähnlich zu 201 in der Bearbeitbarkeit angesehen; die spezifische Bearbeitbarkeit hängt von der Produktform und dem Temperament ab.
• Oberflächenbehandlung: Polieren, Bürsten und Oberflächenveredelung sind typisch; die Kontrolle von Wärmeverfärbungen durch Schweißen und eine geeignete Passivierung werden empfohlen, um die Korrosionsbeständigkeit nach der Verarbeitung wiederherzustellen.

8. Typische Anwendungen

Auswahlbegründung: - Wählen Sie basierend auf der Korrosionsumgebung (mild vs. moderat), den erforderlichen Formbarkeit (Tiefziehen vs. einfaches Biegen), den Erwartungen an die Oberflächenbeschaffenheit und den Materialkosten. Für stark chloridhaltige Einsätze wählen Sie höherlegierte Güten.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: Sowohl 201 als auch 202 wurden entwickelt, um den Nickelgehalt zu reduzieren und somit die Kosten im Vergleich zu 300er-Serie Legierungen zu senken, wenn die Nickelpreise hoch sind. Die relativen Kosten zwischen 201 und 202 schwanken mit den Märkten für Legierungselemente (Ni, Mn, Cr). Historisch gesehen ist 201 oft etwas günstiger als 202, aber lokale Angebot und Nachfrage sowie die Preisdifferenz zwischen Nickel und Mangan bestimmen die tatsächlichen Beschaffungskosten.
• Verfügbarkeit: 201 wird weit verbreitet produziert und ist allgemein in Blech, Band, Coil und einigen gezogenen Produkten erhältlich. Die Verfügbarkeit von 202 variiert je nach Region und Produktform; in einigen Märkten wird es als Alternative zu 201 angeboten, wenn Leistung oder Lieferantenpräferenz dies nahelegen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ)

Empfehlungen: - Wählen Sie 201, wenn: - Die Kosten der Hauptfaktor sind und die Einsatzbedingungen allgemein sind (innen, Haushaltsgeräte, dekorative Verkleidungen). - Sie einen kosteneffektiven austenitischen Edelstahl mit guter Zähigkeit und akzeptabler Korrosionsbeständigkeit für milde Umgebungen benötigen. - Wählen Sie 202, wenn: - Sie eine geringfügig verbesserte allgemeine Korrosionsbeständigkeit oder leicht unterschiedliche Formbarkeitseigenschaften benötigen, die durch das veränderte Ni/Mn-Verhältnis angeboten werden. - Der Beschaffungsmarkt günstige Preise oder bessere Verfügbarkeit für 202 in der erforderlichen Produktform zeigt.

Abschließende Hinweise: - Beide Güten funktionieren als austenitische rostfreie Stähle und werden für kostenempfindliche, allgemeine Anwendungen ausgewählt. Der entscheidende technische Unterschied ist die Nickel- vs. Manganstrategie zur Stabilisierung von Austenit; diese Zusammensetzungsanpassung verändert die Verfestigung, die Korrosionsleistung und die Preissensitivität. Für kritische Komponenten sollten immer die erforderlichen Walzwerkzertifikate, Produktform und Temperament spezifiziert und geschweißte Baugruppen mit qualifizierten Verfahren validiert werden.