100 Jahre Edelstahl

Jubiläum

Edelstahl Rostfrei ist heute unverzichtbarer Bestandteil nahezu aller Arbeits- und Lebensbereiche. Ob Industrie, Forschung, Medizin, Umwelt oder Architektur, der widerstandsfähige Hochleistungswerkstoff ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken.

01. Oktober 2012

Anfang des 20. Jahrhundert arbeiteten Forscher auf der ganzen Welt an der Entwicklung neuer, rostfreier und vor allem säurebeständigerer Stahlsorten für die chemische Industrie. Benno Strauß und Eduard Maurer von der Krupp-Forschungsanstalt in Essen, bewiesen Mut zum Querdenken, Ausdauer und Anwendernähe und entschieden das Rennen für Deutschland.

Die damals bereits bekannten Nickel- und Chromstähle waren für die steigenden Anforderungen der chemischen Industrie zu korrosionsanfällig und spröde. Strauß und Maurer senkten den Kohlenstoffanteil unter ein Prozent. Sie kombinierten Chrom und Nickel als Legierungsstoffe und entwickelten ein geeignetes Wärmebehandlungsverfahren, um Korrosionsverhalten und Festigkeit des Stahls zu verbessern. Somit begann der weltweite Siegeszug nichtrostender Stähle. 1912 wurde ihre Erfindung mit den sogenannten Pasel-Patenten geschützt. Rasant eroberte Edelstahl immer neue Anwendungen. Abgeschlossen ist die Entwicklung seines Nutzenspektrums und damit sein Erfolgskurs auch nach 100 Jahren noch lange nicht.

Der neu entwickelte, hochlegierte Stahl war die Antwort auf den damals drängenden Bedarf an rost-, säure- und hitzebeständigen Werkstoffen für den chemischen Apparatebau. Erst durch die Kombination dieser Eigenschaften in einem Werkstoff, der auch in den weiteren Verarbeitungsschritten wie Schweißen und Umformen die hohen Anforderungen erfüllte, wurden viele Prozesse wirtschaftlich. Dabei gab es am Anfang nur wenige Stahlsorten und auch die meisten der inzwischen gängigen Verarbeitungsverfahren mussten erst noch erfunden werden. Heute sind über 120 Edelstahl-Rostfrei-Sorten für unterschiedlichste Einsatzbedingungen und Anwendungen verfügbar. Die Fachwelt teilt sie nach den Gefügearten in ferritische, martensitische und austenitische Stähle ein.

Ferritisch-austenitische Duplex-Stähle ergänzen das aktuelle Spektrum dieser Werkstoffe. Mit Abstand am meisten verbreitet sind auch 100 Jahre nach ihrer Entdeckung austenitische nichtrostende Stähle, ausgehend von Benno Straußens Chromnickelstahl V2A (Versuchsschmelze 2 Austenit), dessen Bezeichnung noch heute für den weltweit am meisten hergestellten Werkstoff 1.4301 verwendet wird. Seine Korrosionsresistenz gegenüber heißen Säuren machte ihn schon bald nach seiner Entdeckung für die chemische Verfahrenstechnik unentbehrlich. 1919 meldete Krupp Edelstahl auch für medizinische Einsatzzwecke zum Patent an.

Durch Erhöhung des Nickelanteils von 8 auf 10 Prozent und Hinzulegieren von Molybdän entwickelte Benno Strauß den V4A-Stahl, der 1928 zum Patent angemeldet wurde. Er entspricht den Werkstoffnummern 1.4401, 1.4404 und 1.4571 für korrosiv und thermisch höhere Beanspruchungen, wie sie beispielsweise in der Offshore-Technik auftreten können.

Der schnelle Markterfolg des Edelstahls in den 20er-Jahren stellte die Entwicklung wirtschaftlicher Verfahren zu seiner Herstellung und Verarbeitung vor große Herausforderungen. So wurden die ersten nichtrostenden Stähle noch in ölgefeuerten, kippbaren Tiegeln hergestellt. Erst die Erfindung von Induktionsschmelzöfen vereinfachte das Verfahren. Anfang der 60er-Jahre wurde die Schmelztechnik in ein zweistufiges Verfahren – wahlweise mit Vakuum (VOD) oder Argon (AOD) – geändert. Die neue Produktionstechnik senkte die Kosten und erweiterte zugleich das Eigenschaftsspektrum nachhaltig. In den 80er-Jahren wurden mit der Einführung des kontinuierlichen Stranggießverfahrens die Voraussetzungen für endabmessungsnahes Gießen geschaffen. Rechnergestützte Regelungstechnik trieb die Reproduzierbarkeit der Edelstahlprodukte entscheidend weiter voran.

Der rasante Erfolg rostfreier Stähle lässt sich eindrucksvoll an den Produktionsmengen ablesen: Von 18 t anno 1914 schnellte der Bedarf auf 56 t im Folgejahr. 1950 betrug die weltweite Produktionsmenge 1,0 Mio. t, 1987 bereits 8,2 Mio. t, 2005 gar 24,7 Mio. t. 2011 wurden insgesamt 33,8 Mio. t Edelstahl Rostfrei produziert.

Chemische Industrie als Motor der Werkstoffentwicklung

Treibende Kraft bei der Erfindung von Edelstahl war die chemische Industrie, die gegenüber erhitzten Gasen und Dämpfen widerstandsfähige Werkstoffe für Anlagen und Komponenten suchte. Parallel zur Ausdifferenzierung der Legierungsvarianten wurden in den Folgejahren immer neue Verfahren und Produkte entwickelt. Zunehmend gewannen Schweißbarkeit und Umformbarkeit an Bedeutung. Wachsende Anlagengrößen in der Chemieindustrie verlangten aus Blechen geschweißte Behälter und längsnahtgeschweißte Rohre, um die Apparate zu verbinden.

In schneller Folge kamen Kessel, Kolonnen, Wärmetauscher, Zentrifugen, Transport- und Lagertanks, Armaturen oder Pumpen aus rost-, säure- und hitzebeständigem Edelstahl auf den Markt. Ob zur Herstellung und Verarbeitung von Säuren, Hydrierung von Kohle oder Teer, Destillation von Flüssigkeitsgemischen, zur Textilfaserproduktion, in der Petrochemie, für die Mineralgewinnung, zur Fest-Flüssig-Trennung in Kläranlagen oder in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie.

Für die Erdölförderung werden vermehrt Rohrleitungen aus ferritisch-austenitische Duplex-Stählen eingesetzt. Diese bereits 1933 entdeckten Edelstähle sind deutlich fester als andere nichtrostende Stähle. Sie widerstehen den mechanischen Belastungen durch Wellen, Strömungen und Außendruck bis in 3000 Meter Meerestiefe ebenso wie chemischen Angriffen im Rohrinneren durch Öl oder Erdgas und Salzwasser an der Außenwand der Rohre. Die höhere Grundfestigkeit ermöglicht zudem dünnere Wandstärken im Vergleich zu klassischen austenitischen nichtrostenden Stählen.

Ende der 80er-Jahre wurde mit Lean-Duplex eine Alternative zu etabliertem Duplex-Stahl und austenitischen nichtrostenden Stählen entwickelt. Dank des geringeren Nickelgehaltes gewann der Werkstoff 1.4362 Anfang des 21. Jahrhunderts angesichts volatiler Nickelpreise stark an Bedeutung. Verglichen mit herkömmlichen Wärmetauschern aus Edelstahlrohren können Plattenwärmetauscher aus Lean-Duplex-Blechen Größe, Gewicht und Kosten um über 50 Prozent senken. Ferner wird Lean Duplex auch im Bauwesen zunehmend verarbeitet.

Seit 1985 wird in Japan ferritischer Edelstahl in Trinkwassersystemen

verwendet. Auch in der übrigen Welt setzen sich durchgängige Systeme aus ferritischem und austenitischem nichtrostendendem Stahl im Wettbewerb gegen Rohre, Fittings, Übergangsstücke oder Abzweigungen aus Eisen und verzinktem Stahl, Kupfer oder Kunststoff zunehmend durch. Sie verhindern Lochfraß, korrodierende Leitungen als Nährboden für Bakterien, gelöste Schwermetalle und Metallionen im Trinkwasser, die das Wasser kontaminieren.

Zur Gewinnung, Verteilung, und Entsorgung verlässt sich deshalb auch die Wasserwirtschaft auf nichtrostenden Stahl, da er trotz der gegebenen wechselnden Korrosionsbelastungen einen absolut störungsfreien Betrieb sichert. Dies gilt insbesondere für die Meerwasserentsalzung die vor dem Hintergrund immer knapper werdender Trinkwasserressourcen zunehmend an Bedeutung gewinnen wird. In der Industrie reduzieren Wasserrohre aus Edelstahl Leckagen und dadurch ausgelöste Betriebsstörungen auf ein Minimum.

Zeitlose Ästhetik, nachhaltige Technik im Bauwesen

Schon wenige Jahre nach seiner Erfindung hat Edelstahl Rostfrei als Baustoff die Phantasie von Architekten und Planern beflügelt. Die jeweils höchsten Gebäude der zurückliegenden 100 Jahre erhielten durch Edelstahl ihre unverwechselbare Note: Den Anfang machte 1929 das Chrysler-Building in New York, dessen Haube bis heute etwa 4500 großformatige Schindeln aus nichtrostendem Stahl zieren.

Auch die Petronas-Towers in Kuala Lumpur, das Atomium in Brüssel, der Burj Khalifa in Dubai oder das neue Wahrzeichen New Yorks, das One World Trade Center, unterstreichen mit korrosionsbeständigem Stahl ihre unvergängliche Bedeutung. 1976 wurde das stark korrodierte Metallskelett der amerikanischen Freiheitsstatue durch nichtrostenden Stahl ersetzt. In der Bibliothèque Nationale de France in Paris nahm 1992 die Erfolgsgeschichte von Edelstahlgewebe ihren Anfang. Heute ist der Werkstoff in der Architektur omnipräsent.

Ob als Tragwerk, korrosionssichere Beton- und Mauerwerksbewehrung, schützende Fassade, konventionelle Dachabdeckung oder Gründach, Blitzschutz, Decke oder Fußboden, im Schwimmbadbau, für die Altbausanierung, für Aufzüge, Rolltreppen, Türen oder Tore, Brüstungen oder als multifunktionale, zunehmend sogar medialisierte Hüllen für Parkhäuser, Hotels, Stadien, Bahnhöfe oder Flughäfen: Nichtrostende Stähle decken das gesamte Spektrum der Architektur ab.

Bleche, Gitter, Tafeln, Gewebe, Geflechte, Hohlprofile, Stäbe, Seile, Schrauben, Klemmen oder Punkthalter, naturbelassen, matt, geprägt, gebürstet, farbig, mit innovativen Beschichtungen gegen Graffiti, Fingerabdrücke, mit Lotuseffekt oder integrierten LEDs – Edelstahl Rostfrei macht’s möglich.

Im Wettbewerb mit Verbundmaterialien punkten Edelstähle vor allem auch durch ihre vollständige Recyclebarkeit ohne Qualitätseinbuße. In der aktuellen Klimaschutz- und Energiespardebatte gibt die Ökobilanz des Werkstoffs seinem vermehrten Einsatz zusätzlichen Auftrieb.

Robustes Multitalent für Automobil- und Eisenbahnbau

Schon früh erkannte auch die Automobilindustrie das Potenzial von Edelstahl Rostfrei. 1936 produzierte Ford in Detroit Prototypen von sechs Edelstahlkarosserien. Seit den 50er-Jahren werden Auspuffteile aus nichtrostendem Stahl gefertigt. In den späten 60ern baute Porsche seinen legendären 911er in einer Variante aus korrosionsbeständigem Stahl, die heute im Deutschen Museum in München zu sehen ist. Aktuell werden aus Chromnickelstahl hochwertige Auspuffanlagen in einem Stück gebaut.

In Systemen zur Kraftstoffeinspritzung, Rußpartikelfiltration oder Abgasbehandlung ist der Hochleistungswerkstoff schon lange unverzichtbar: Den dort herrschenden extremen Betriebsbedingungen – Temperaturen bis 700 °C, Drücke bis 3 bar, aggressive Medien und mechanische Schwingungen – hält er wie kein anderer Werkstoff dauerhaft Stand. Auf Grund seiner hohen Dehnungswerte und Festigkeiten findet er zunehmend Einsatz als Verstärkung für A- und B-Säulen, Überrollbügel, Schutz- und Rahmenkomponenten. Die dünnen und damit leichten Bauteile senken Werkstoffkosten, Fahrzeuggewicht und Kraftstoffverbrauch.

Mit diesem effizienten Eigenschaftsprofil ist Edelstahl Rostfrei auch in Schienenfahrzeugen weltweit am Zug. 1934 baute Edward G. Budd, Philadelphia, den nur 104 Tonnen schweren Burlington Zephyr mit Diesellokomotive und drei Wagen. Für den Korpus des innovativen Zugs setzte er 23 t kaltgewalzten, nichtrostenden Stahl ein. Damit war dieser für 72 Passagiere ausgelegte Zug ein echtes Leichtgewicht und doppelt so schnell wie herkömmliche Züge, die mit Dampflokomotiven angetrieben wurden. Er wurde zur Technikikone, die heute zur Dauerausstellung im Industrie- und Wissenschaftsmuseum von Chicago gehört.

In den 50er Jahren setzten Turbinenschaufeln aus hochlegierten Stählen in den ersten mit Gasturbinen angetriebenen Lokomotiven neue Maßstäbe. Für Schienenfahrzeuge der neuesten Generation ist der Gedanke innovativer Leichtbaukonzepte aktueller denn je: Festigkeit bei geringer Materialdicke, Crash- und Feuerbeständigkeit machen Edelstahl Rostfrei heute zum führenden Werkstoff für alle Arten anspruchsvoller und zugleich wirtschaftlicher Wagenkastenkonstruktionen.

Denn durch die hochwertige Optik des nichtrostenden Stahls kann vielfach auf eine Außenlackierung verzichtet werden, wodurch auch die bisher üblichen regelmäßigen Neulackierungen entfallen. Eine nachgewalzte Oberfläche schützt die Wagen vor Graffiti und macht sie insgesamt unempfindlicher gegenüber Vandalismus. Unvergessen sind die 26,4 m langen DB-N-Wagen mit ihrem heute leider überspritzen Pfauenaugenmuster, im Volksmund ›Silberlinge‹ genannt, gebaut ab Ende der 50er. Mit Massen ab 31 t waren sie deutlich leichter als übliche Reisezugwagen.

Höhenflug in Luft- und Raumfahrt

Der legendäre Edward G. Budd war es auch, der Edelstahl Rostfrei im Flugzeugbau einsetzte. Nachdem er zunächst Felgen aus Edelstahl entwickelt hatte, stellte er 1931 mit der BB-1 Pioneer das erste Ganz-Edelstahl-Flugzeug vor. 1943 setzte die vollständig aus punktverschweißtem Edelstahlblech gefertigte Transportmaschine RB1-Conestoga den materialtechnischen Höhenflug fort.

Auch die Quer- und Seitenruder sowie Triebwerkteile des Überschallflugzeugs Concorde, das 1969 zu seinem Jungfernflug startete, wurden aus Edelstahl Rostfrei gebaut. Im gleichen Jahr landete nichtrostender Stahl an Bord der Apollo 11 mit den ersten Menschen auf dem Mond.

Bis heute ist der Hochleistungswerkstoff in zahlreichen Bereichen der Raumfahrt vertreten. Dabei setzt man auch auf seine außergewöhnliche Optik: Auf dem weltweit ersten Flughafen für Weltraumtouristen, dem Spaceport America in New Mexico, macht eine futuristische Dachkonstruktion aus farbigem Edelstahl den Traum von der Reise ins All greifbar. Voraussichtlich ab 2014 werden hier die ersten Hobbyastronauten zu einer einstündigen Reise in den Orbit starten.

Früher Stapellauf im Schiffbau

Fast 80 Jahre früher war Edelstahl mit einem anderen Passagierschiff Pionier zu Wasser: 1936 lief die für knapp 2300 Reisende konzipierte RMS Queen Mary in Southampton vom Stapel und erreichte in viereinhalb Tagen New York. Konstruktion und Einrichtung des Luxusliners wurden durch Edelstahl Rostfrei in vielfältigen Bereichen geprägt: Ob Kücheneinrichtung oder Schwimmbecken, Innenverkleidungen oder Turbinenschaufeln – der auch im aggressiven Meeresklima dauerhaft korrosionsbeständige, zugleich aber auch höchst dekorative Werkstoff setzte umfassend Maßstäbe.

Bis heute zählen nichtrostende Stähle zur unverzichtbaren Ausstattung von Kreuzfahrtschiffen, Yachten und Fähren. Beschläge, Handläufe, Möbel oder komplette Rohrleitungssysteme für Trinkwasser und Entsorgung, Pumpen oder Armaturen – die luxuriöse Anmutung und wartungsarme Funktionalität machen Edelstahl im Schiffbau unentbehrlich.

Keimfreiheit für Medizin, Getränke- und Nahrungsmittelindustrie

Bereits kurz nach der Entdeckung nichtrostender Stähle wurde Anfang der 20er-Jahre zunehmend ihre Bedeutung auch für medizinische Geräte, Werkzeuge und Räumlichkeiten erkannt. Ausschlaggebend war auch hier seine Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen und aggressiven Chemikalien, die selbst häufiger Sterilisierung und Desinfektion problemlos standhält.

Trotz mechanischer, thermischer oder chemischer Dauerbeanspruchung wird die glatte und harte Werkstoffoberfläche weder rau noch rissig, sodass sich auch nach intensivem Gebrauch keine Bakterien und Pilze ansiedeln. 1926 wurden die ersten Implantate aus Edelstahl entwickelt. Auch heute entsprechen künstliche Kniegelenke aus nichtrostendem Stahl dem Stand der Forschung.

Die strengen Hygienevorschriften für chirurgische Instrumente und OP-Ausstattungen gelten analog in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie. In der Milch- und Fleischverarbeitung prädestiniert die gute Verformbarkeit und fugenlose Verarbeitung den Werkstoff für hygienegerechten Anlagenbau und wirtschaftliche Produktionsabläufe. Großküchen, Molkereibetriebe, Brauereien, Winzer und Safthersteller setzen seit Jahrzehnten auf nichtrostenden Stahl. Seiner außergewöhnlichen chemikalischen und thermischen Stabilität verdankt er den umfangreichen Einsatz für Herstellung, Lagerung und Transport säurehaltiger Produkte. Da er inert ist, beeinträchtigt er weder Geschmack noch Aussehen der Erzeugnisse.

Werkstoff für neues Lebensgefühl

Das faszinierende Eigenschaftsspektrum und die aufmerksamkeitsstarke Präsenz in Architektur und Technik ebnete nichtrostenden Stählen schon früh den Weg in die privaten Haushalte: 1921 erschien das erste rostfreie Besteck, immer mehr Gegenstände des täglichen Bedarfs folgten. In den 50ern entwarf der Pionier des Industriedesigns, Wilhelm Wagenfeld, eine Vielzahl legendärer Gebrauchsgüter aus Edelstahl Rostfrei.

Die organische Form seiner industriell hergestellten Bestecke, Schalen, Eierbecher, Pfeffer- und Salzstreuer, Butterdosen und Vasen verschaffte ihm ebenso wie dem modern anmutenden Werkstoff weltweite Anerkennung. Prägenden Einfluss hatten auch die puristischen Entwürfe skandinavischer Designer, die dem unprätentiösen Charakter nichtrostender Stähle kongenial entsprachen.

1956 revolutionierten die ersten Rasierklingen aus Edelstahl von Wilkinson Sword die Bartpflege. 1958 begann der Siegeszug der Waschmaschine mit Trommeln aus nichtrostendem Stahl.

Zur selben Zeit wurden Spülen aus dem pflegeleichten, dauerhaft blanken Werkstoff zum Inbegriff moderner Küchenausstattung. Unaufhaltsam eroberte Edelstahl Rostfrei mit Qualitätssiegel fortan seine führende Rolle als Werkstoff für Kochgeschirr, Kücheneinrichtungen, Armaturen, Sanitärobjekte, Heizungen, Haushaltsgeräte und Accessoires für Küche und Bad.

Höchstleistung für Hightech-Industrien

In der Energiewirtschaft, Reinraumtechnik, Umwelttechnik oder Telekommunikation und Elektronik setzt die Beständigkeit von Edelstahl gegen unterschiedlichste Korrosionsbeanspruchungen regelmäßig neue Standards.

Ob im Kraftwerk- oder Windradbau, in Wärmetauschern oder Rauchgasfiltern, für Sonnenkollektoren oder Biogasanlagen – der Hightech-Werkstoff wird durch individuelle Legierungen auf die permanent steigenden Anforderungen exakt eingestellt. In der Telekommunikation werden hauchdünne Edelstahlfolien und Präzisionsbänder eingesetzt, die mit Nickel und Gold nanometerdünn beschichtet werden. Bis zu 10 Millionen Schaltungen müssen die daraus gestanzten Schnappscheiben zuverlässig leisten.

Jungbrunnen für Ideen von morgen

Seit 100 Jahren bietet Edelstahl Rostfrei für ein nahezu grenzenloses Leistungsspektrum intelligenten Mehrwert. Multifunktional, wartungsarm und hochbelastbar erschließt er permanent neue Anwendungen. Zeitlos zeitgemäß trägt er steigenden Anforderungen weltweiter Ingenieurkunst Rechnung. Steigende Erwartungen an Umweltverträglichkeit, Werterhalt und Wirtschaftlichkeit machen Edelstahl Rostfrei mit Qualitätssiegel in immer neuen Ausprägungen zur universell gefragten Lösung und verhelfen ihm zu ›ewiger Jugend‹.

Dr. Hans-Peter Wilbert

Zahlen & Fakten

Der rasante Erfolg rostfreier Stähle lässt sich eindrucksvoll an den Produktionsmengen ablesen: Von 18 Tonnen anno 1914 schnellte der Bedarf auf 56 Tonnen im Folgejahr. 1950 betrug die weltweite Produktionsmenge 1,0 Millionen Tonnen, 1987 bereits 8,2 Millionen Tonnen, 2005 gar 24,7 Millionen Tonnen. 2011 wurden insgesamt 33,8 Millionen Tonnen Edelstahl Rostfrei produziert.

Erschienen in Ausgabe: 06/2012