Nickel ist neben Chrom eines der wichtigsten Legierungselemente für rostfreien Edelstahl. Der Nickelanteil in sogenannten Nickelstählen liegt meist zwischen 8 % und 12 %, was ausreichend ist, um Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Bei Duplexstahl genügt aufgrund des hohen Chromanteils auch ein geringerer Nickelanteil. Ab einem Nickelgehalt von 9 % gelten die Legierungen als versprödungsfrei bei niedrigen Temperaturen. Enthalten die Legierungen kein Eisen mehr und bestehen nur noch aus Nickel sowie anderen Elementen, spricht man von Nickelbasislegierungen, die zu den Superlegierungen zählen und per Definition nicht mehr als Stahl bezeichnet werden. Die häufigsten Legierungszusätze für Stahl sind in der folgenden Übersicht aufgeführt.

Aufgrund des großen Interesses an Werkstoffthemen rund um Stahl und Schmieden sowie dem Erfolg des Beitrags

„Wasserstoff und Kältetechnik – Kryotechnik ist die eigentliche Schlüsseltechnologie der Zukunft!“,

der von einem anderen Nachrichtenportal auch hier veröffentlicht wurde (Danke!), folgt nun eine Informationsreihe, die sich speziell mit Nickel-Anwendungen beschäftigt. Weitere Beispiele sowie Links zu Veröffentlichungen finden sich im Inhaltsverzeichnis des Schmiede-Blogs drop-forge.com des Autors und der dortigen Unterseite „Nickel - Ein besonderer Werkstoff gegen Korrosion und Versprödung“.

Nickel — Ein besonderer Werkstoff als Schutz gegen Korrosion und Versprödung

Nickel (Ni) ist ein einzigartiger Werkstoff, der aufgrund seiner besonderen Eigenschaften bezüglich Korrosion und Versprödung in zahlreichen Industrien und Anwendungen unverzichtbar ist. Besonders hervorzuheben sind seine Korrosionsbeständigkeit in sauren und basischen Umgebungen in der Chemieindustrie, in Meerwasser und bei Flüssigsalzanwendungen in der Energieindustrie, sowie seine besondere Kältebeständigkeit, die Nickellegierungen auch in der Kryotechnik unersetzbar macht.

Versprödung tritt auf, wenn äußere oder innere Einflüsse die Mikrostruktur eines Materials derart verändern, dass seine Zähigkeit und mechanische Belastbarkeit verringert werden. Dieser Effekt kann beispielsweise durch die Diffusion von Fremdatomen (wie Wasserstoff oder Stickstoff), die Bildung von Phasen oder Ausscheidungen, thermische Alterung oder mechanische Belastungen ausgelöst werden. Dabei wird die Kohäsionsenergie an kritischen Stellen reduziert, was Rissbildung und Rissausbreitung begünstigt. Diese Prozesse beeinträchtigen die mechanische Integrität des Materials und erhöhen das Risiko von Materialversagen, insbesondere unter hohen Belastungen oder in extremen Umgebungen.

Diese Versprödung betrifft insbesondere druckbelastete Bauteile und Komponenten wie Druckbehälter, Rohrleitungen, Anschlüsse, Rohrverbindungen und Ventile. Darüber hinaus sind auch mechanische Teile wie geschmiedete Haken und Anschlagmittel in der Hebe- und Zurrtechnik betroffen. Dies ist besonders relevant im Schiffsbau (seewasserresistente Komponenten) und in der Transportlogistik (Gabelstapler, Krananlagen, Ketten, Haken, Ösen). Um den verschiedenen Arten der Versprödung standzuhalten, müssen diese Bauteile aus speziell entwickelten Materialien und Legierungen gefertigt werden.

Aufgrund der besonderen Bedeutung geschmiedeter mechanischer Bauteile und Komponenten in der Transportlogistik wurde diesem Thema ein eigener Beitrag gewidmet:
"Schmiedeteile in der Hebe- und Zurrtechnik: Geschmiedete Anschweiß-Zurrpunkte zum Sichern und Heben von Lasten".

Bekannteste Beispiele für Nickel- und Chromhaltige Stähle und Legierungen

• 1.4435 (X2CrNiMo18-14-3)
  • Austenitischer Edelstahl mit hohem Molybdän- und Nickelgehalt
  • Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, besonders in chloridhaltigen Medien
  • Gute Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung
  • Einsatzgebiete: Wasserstoffleitungen, Speicherbehälter, chemische Industrie
• 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2)
  • Ähnlich wie 1.4435, aber mit geringerem Molybdängehalt
  • Gute Korrosionsbeständigkeit in Wasserstoffumgebungen
  • Einsatzgebiete: Moderate Wasserstoffanwendungen, geringerer Druck
• 1.4876 (Alloy 800)
  • Nickelbasislegierung mit guter Hochtemperaturstabilität
  • Hohe Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung
  • Einsatzgebiete: Wasserstoffverarbeitung in Hochtemperaturbereichen, Petrochemie
• 1.7380 (10CrMo9-10)
  • Ferritisch-perlitischer Stahl mit Chrom und Molybdän
  • Geeignet für Hochdruck-Wasserstoffanwendungen bei moderaten Temperaturen
  • Einsatzgebiete: Wasserstoffspeicher und Druckbehälter
• Duplex- und Superduplex-Stähle (z. B. 1.4462, 1.4410)
  • Kombination aus austenitischen und ferritischen Gefügen
  • Hervorragende mechanische Eigenschaften und gute Beständigkeit gegen Wasserstoffangriff
  • Einsatzgebiete: Wasserstoffumgebungen mit hohem Druck und Korrosion, z. B. Offshore

Die oben genannten Stähle 1.4404, 1.4435 sowie der 1.4571 sind Varianten des weit verbreiteten austenitischen Edelstahls F316L, der aufgrund seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und guten Schweißbarkeit in zahlreichen industriellen Anwendungen, insbesondere im Kraftwerksbereich, weit verbreitet ist – etwa in Nuklearventilen und Rohrverbindungen in den Kühlkreisläufen nuklearer Reaktoren sowie in konventionellen thermischen Kraftwerken.

Der Autor, Thomas Henneke, hat Mathematik und Physik studiert und ist heute Geschäftsführender Gesellschafter der Gesenkschmiede KB Schmiedetechnik GmbH in Hagen (NRW). Gelegentlich verfasst er populärwissenschaftliche Artikel über Stahl und seine vielfältigen Anwendungsbereiche. Seit kurzem betreibt er den Schmiede-Blog drop-forge.com, auf dem er sowohl über technische Themen als auch über die Region Sauerland berichtet.

Die KB Schmiedetechnik GmbH ist eine hochzertifizierte Präzisionsschmiede in Hagen mit knapp 100 Mitarbeitenden, gelegen zwischen Solingen und Dortmund, am westlichen Rande des Sauerlandes. Das Unternehmen hat sich auf die Kleinserienfertigung sicherheitsrelevanter Gesenkschmiedeteile im Gewichtsspektrum von 200 g bis 130 kg spezialisiert und arbeitet mit einer breiten Palette von Materialien, darunter alle Stahlsorten einschließlich Duplexstähle, Nickelbasislegierungen und Titan. Eine ausführliche Beschreibung der maschinellen Ausstattung, Zertifizierungen und weiteren Leistungen finden Sie im Blog drop-forge.com unter "Equipment".