430 vs 446 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einleitung

Die Auswahl zwischen den Edelstahlsorten 430 und 446 ist eine häufige Entscheidung für Ingenieure, Einkaufsleiter und Produktionsplaner, die Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperatureigenschaften, Fertigbarkeit und Kosten in Einklang bringen müssen. Typische Anwendungsbereiche sind die Materialauswahl für Gehäuse von Haushaltsgeräten und Innenraumverkleidungen (bei denen Kosten und Verformbarkeit wichtig sind) gegenüber der Wahl von Legierungen für hochtemperaturbeständige Abgasleitungen, Ofenkomponenten oder Auspuffanlagen (bei denen Oxidationsbeständigkeit und langfristige Skalierungsresistenz entscheidend sind).

Der wesentliche technische Unterschied besteht darin, dass sowohl 430 als auch 446 ferritische Edelstähle sind, 446 jedoch eine hochchromhaltige ferritische Legierung ist, die für überlegene Hochtemperatur-Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit ausgelegt ist; 430 ist ein ferritischer Generalzweckstahl mit niedrigerem Chromgehalt, optimiert für Kosten, Umformbarkeit und moderate Korrosionsbeständigkeit. Da beide ferritisch sind (kubisch raumzentrierte Struktur), werden sie häufig in der Konstruktion verglichen, wenn ferritische Metallurgie, Schweißbarkeit und kostenorientierte Entscheidungen zusammentreffen.

1. Normen und Bezeichnungen

• 430: UNS S43000 — häufig spezifiziert in ASTM/ASME (z. B. A240 für Blech/Platte), EN (z. B. 1.4016), JIS (SUS430) und GB-Normen. Klassifizierung: ferritischer Edelstahl.
• 446: UNS S44600 — verbreitet in ASTM/ASME (z. B. A240 Varianten für hochchromhaltige Ferritische), EN (z. B. 1.4762/1.4763 je nach Untergruppe), JIS (SUS446) und GB-Äquivalenten. Klassifizierung: hochchromhaltiger ferritischer Edelstahl (ferritisch).

Beide sind Edelstähle (keine Kohlenstoff-, Werkzeug- oder HSLA-Stähle). Exakte Bezeichnungsnummern und Zusammensetzungen können je nach regionaler Norm und Untergruppe variieren; stets ist die jeweils auf Zeichnungen oder Bestellungen genannte Norm zu beachten.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Tabelle: Typische Zusammensetzungsbereiche (Gew.-%) — für genaue Grenzwerte sind die spezifische Norm oder das Werkszeugnis zu konsultieren.

Hinweise: - Werte sind indikativ und abhängig von der jeweiligen Norm und dem Werk. 430 ist ein nomineller 16–18 % Cr ferritischer Edelstahl mit sehr niedrigem Ni-Gehalt und praktisch keinen festigkeitssteigernden Legierungselementen. 446 ist ein hochchromhaltiger ferritischer Edelstahl; sein erhöhter Cr-Gehalt (oft 23–27 %) ist die zentrale Legierungsstrategie zur Maximierung der Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit und Reduktion der Skalierung. Einige 446-Spezifikationen enthalten kleine Mengen Mo oder erhöhten Si-Gehalt zur weiteren Verbesserung der Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit. - Legierungsstrategie: Chrom bildet eine passive Schutzschicht und sorgt für Haftfestigkeit der Hochtemperatur-Skala. Silizium kann die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen verbessern. Niedriger Kohlenstoff stabilisiert das Ferritgefüge und verbessert die Umformbarkeit; höherer Kohlenstoff (innerhalb der Grenzwerte) kann die Festigkeit erhöhen, reduziert aber teilweise die Korrosionsbeständigkeit.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

• Mikrostruktur (im ausgelieferten, geglühten Zustand): Beide Sorten sind ferritisch mit überwiegend äquiaxen oder streifigen Ferritkörnern und bei kaltverarbeiteten Produkten teils faseriger Morphologie. Keine der Sorten wandelt sich bei Raumtemperatur in Austenit um (anders als austenitische Sorten) und sind im Wesentlichen nicht wärmebehandelbar zur Festigkeitssteigerung über phasenbedingte Härtung.
• Legierungseinfluss: Der höhere Cr- und ggf. Si-Gehalt von 446 verbessert die Bildung und Stabilität der Hochtemperatur-Oxidschicht; die Korngrenzenchemie beeinflusst Skalierungs- und Karburierungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.
• Wärmebehandlung und Verarbeitung:
• Glühen (Normalsenken) wird häufig angewendet, um Umformbarkeit zurückzugewinnen und Eigenspannungen abzubauen. Typisches Lösungsglühen für ferritische Stähle liegt über $900^\circ\mathrm{C}$, gefolgt von kontrolliertem Abkühlen; exakte Temperaturen richten sich nach der jeweils geltenden Norm.
• Normalisieren oder Abschrecken und Anlassen werden nicht üblicherweise zur Festigkeitssteigerung wie bei Kohlenstoffstählen eingesetzt; ferritische Edelstähle härten nicht durch martensitische Phasenumwandlung. Thermomechanische Verarbeitung (Kaltwalzen + Glühen) steuert die mechanischen Eigenschaften (Streckgrenze, Zugfestigkeit, Duktilität) über Kaltverfestigung und Rekristallisation.
• Die Kornfeinung durch kontrolliertes Walzen und Glühen ist wichtig für Zähigkeit und Kriechbeständigkeit bei mittleren Temperaturen. Die Mikrostruktur von 446 mit hohem Cr-Gehalt wird in erster Linie auf Skalierungsstabilität anstatt auf Härtbarkeit ausgelegt.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: Typische mechanische Eigenschaften (geglüht, Raumtemperatur). Werte sind indikativ; genaue Daten bitte dem Werkszeugnis entnehmen.

Interpretation: - Festigkeit: 446 kann in einigen Produktformen aufgrund der chemischen Zusammensetzung und Verarbeitung eine etwas höhere Festigkeit aufweisen, aber keine der Sorten wird primär für hochfeste Anwendungen eingesetzt; die Festigkeit wird vorwiegend durch Kaltumformungsgrad und Produktform bestimmt. - Zähigkeit und Duktilität: 430 ist typischerweise duktiler und besser umformbar bei Raumtemperatur, während 446 — mit höherem Cr- und manchmal auch C- oder Si-Gehalt — häufig eine etwas geringere Duktilität und Kerbschlagzähigkeit, besonders bei tiefen Temperaturen, zeigt. Beide schneiden im Vergleich zu austenitischen Edelstählen bei kryogener Kerbschlagzähigkeit schlechter ab. - Diese mechanischen Eigenschaften sind stark verarbeitungsabhängig (Blech vs. Platte vs. Rohr) und sollten durch Lieferantendaten bestätigt werden.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffäquivalent, der Legierung und der thermischen Ausdehnung ab. Ferritische Edelstähle lassen sich mit gängigen Verfahren meist gut schweißen, haben jedoch spezifische Fallstricke (Kornwachstum, spröde Delta-Ferrit-Kontrolle ist hier nicht relevant, da beide ferritisch sind; jedoch können Sensibilisierung und Sigma-Phasenbildung bei erhöhten Temperaturen im Einsatz problematisch werden).

Nützliche Schweißbarkeitsindizes (qualitative Orientierung): - Häufig verwendete Kohlenstoffäquivalentformel: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Schweißbarkeitsindex bezogen auf Lochfraß/Korrosion: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Bewertung: - 430: Niedriger Kohlenstoff- und Legierungsgehalt sorgen für allgemein gute Schweißbarkeit mit gängigen Lichtbogen- und Widerstandsschweißverfahren. Die Korrosionsbeständigkeit nach Schweißen ist für viele Innen- und Serviceumgebungen ausreichend. Die Verzugneigung ist gering, da der Wärmeausdehnungskoeffizient niedriger als bei austenitischen Stählen ist. - 446: Höherer Chrom- und teils höherer Kohlenstoff- oder Siliziumgehalt können die Neigung zu Kornwachstum und lokalen Versprödungen im Wärmeeinflussgebiet erhöhen, wenn nicht korrekt geschweißt wird. Vorwärmen ist selten nötig, jedoch sind sorgfältige Auswahl der Schweißzusatzwerkstoffe und kontrollierte Wärmeeinbringung wichtig, um erhöhte Härte und Mikrostrukturveränderungen zu vermeiden. 446 ist dabei weniger nachsichtig als 430 — größere Aufmerksamkeit auf Zusatzwerkstoffchemie und Nachbehandlung ist geboten. - Schweißverfahrensspezifikationen (WPS) und Zusatzwerkstoffauswahl sind immer mit Lieferanten abzustimmen; für kritische Baugruppen sind Schweißversuche ratsam.

6. Korrosions- und Oberflächenschutz

• Edelstahlverhalten:
• 430: Moderate Korrosionsbeständigkeit in schwach korrosiven Umgebungen (atmosphärisch, innen, leicht sauer). Nicht geeignet für chloridehaltige oder marine Umgebungen. Bietet gute Beständigkeit gegen mild oxidierende Atmosphären bei Umgebungstemperaturen.
• 446: Der hohe Chromgehalt verbessert die Beständigkeit gegenüber Hochtemperaturoxidation und Zunderbildung deutlich; es zeigt bessere Leistungen als 430 in Rauchgasen, Ofenatmosphären sowie in einigen sulfidierenden oder karbonisierenden Umgebungen. Zudem ist es bei erhöhten Temperaturen widerstandsfähiger gegen Loch- und Spaltkorrosion.
• PREN (Lochkorrosionsbeständigkeit) wird üblicherweise für austenitische/duplex Legierungen angewendet, kann aber auch referenziert werden: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Interpretation: Der PREN-Wert ist für ferritische Werkstoffe nur eingeschränkt direkt anwendbar, da ihr Lochkorrosionsverhalten gegen Chloride anders ist; dennoch führen der höhere Cr-Gehalt (und möglicher Mo-Gehalt) in 446 zu einer höheren effektiven Beständigkeit gegen Lochkorrosion und Oxidation im Vergleich zu 430.
• Oberflächenschutz bei nicht-rostfreien Stählen: Nicht anwendbar, da beide Edelstahl sind; für verbesserte Optik oder zusätzlichen Schutz können beide lackiert, passiviert oder durch mechanisches Polieren veredelt werden. Für aggressive Umgebungen sind Beschichtungen oder höher legierte Alternativen zu erwägen.

7. Fertigung, Zerspanbarkeit und Umformbarkeit

• Umformbarkeit:
• 430: Gute Umformbarkeit im geglühten Zustand; geeignet für Tiefziehen, Biegen und Stanzen, wie es häufig bei Haushaltsgeräten und architektonischen Anwendungen benötigt wird.
• 446: Weniger duktil; Umformbarkeit ist insbesondere bei dickeren Querschnitten geringer. Biegeradien und Werkzeugsätze müssen aufgrund höherer Kaltverfestigung und Rückfederung angepasst werden.
• Zerspanbarkeit:
• Beide ferritischen Qualitäten lassen sich mit geeigneten Werkzeugen und Schnittgeschwindigkeiten gut zerspanen. 430 gilt im Allgemeinen als besser zerspanbar als 446 wegen des geringeren Chromgehalts und günstigerer Spanbildung.
• 446 neigt bei hohen Schnitttemperaturen zur Bildung harter Zunder-Schichten und durch die höhere Legierung zu erhöhtem Werkzeugverschleiß; hier sind Hartmetallwerkzeuge und ausreichende Kühlung zu empfehlen.
• Oberflächenbearbeitung: Beide erlauben mechanisches Polieren, Schleifen und Bürsten. 446 erfordert bei Heißumformung oft aggressivere Nachbearbeitung zum Entfernen von hartnäckigem Oxidzunder.
• Planung der Schweiß- und Umformabfolge ist wichtig: Vorwärmen und Umformen vor dem endgültigen Glühen erhöht die Duktilität und verringert die Rissgefahr bei 446.

8. Typische Anwendungen

Auswahlkriterien: - Wählen Sie 430, wenn Kosten, Umformbarkeit und akzeptable lokale Korrosionsbeständigkeit im Vordergrund stehen und die Einsatztemperaturen niedrig bis mittel sind. - Wählen Sie 446 bei kontinuierlicher oder zyklischer Hochtemperatureinwirkung, aggressiven oxidierenden Atmosphären oder wenn langfristiger Zunderschutz trotz höherer Materialkosten und geringerer Umformbarkeit erforderlich ist.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: 430 ist ein volumenstark hergestellter, ferritischer Edelstahl mit meist niedrigeren Kosten. 446 mit deutlich höherem Chromgehalt und oft speziellerer Verarbeitung verursacht einen Aufpreis pro Kilogramm/Meter und ist weniger wirtschaftlich bei großvolumigen, niedrig beanspruchten Teilen.
• Verfügbarkeit: 430 ist in zahlreichen Produktformen (Blech, Platte, Coil, Band, Rohr) breit verfügbar. 446 ist verfügbar, jedoch in weniger Walzprodukten und Dicken; längere Lieferzeiten und Mindestbestellmengen oder Spezialhersteller können erforderlich sein.
• Beschaffungs-Hinweis: Bei kostenbewussten Projekten sollten Gesamtkosten über den Lebenszyklus geprüft werden: 446 kann trotz höherer Anschaffungskosten Wartungs- und Austauschkosten bei Hochtemperatureinsatz reduzieren.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle: Kurzer Vergleich (qualitativ)

Empfehlungen: - Wählen Sie 430, wenn Sie einen kostengünstigen, gut umformbaren ferritischen Edelstahl für Innenanwendungen oder milde Einsatzbedingungen suchen, bei denen Hochtemperatureinwirkung keine große Rolle spielt (Haushaltsgeräte, HLK-Paneele, Zierleisten, allgemeine Blechbauteile). - Wählen Sie 446, wenn das Material kontinuierlicher oder zyklischer Hochtemperaturbelastung, Rauchgasen oder oxidierenden/karbonisierenden Atmosphären ausgesetzt wird und langzeitige Zunder- und Oxidationsbeständigkeit erforderlich ist (Ofen- und Kesselteile, Schornsteininnenrohre, Hochtemperatur-Auspuff- und Rauchgasbauteile), und Sie höhere Materialkosten sowie restriktivere Fertigungsbedingungen akzeptieren können.

Abschließend: 430 und 446 sind ferritische Edelstähle; die richtige Wahl erfordert eine Abwägung von Einsatztemperatur, Umweltbedingungen (oxidierende/Halogen/Chlorid-Belastung), Umformbarkeit, Schweißverfahren und Lebenszykluskosten. Bitte prüfen Sie immer Zusammensetzung und mechanische Kennwerte anhand von Werkstoffprüfzeugnissen und validieren Sie Schweißverfahren sowie Umformversuche bei kritischen Bauteilen.