100 Jahre Edelstahl Rostfrei

Anfang des 20. Jahrhundert arbeiteten Forscher auf der ganzen Welt an der Entwicklung von neuen, rostfreien und vor allem säurebeständigeren Stahlsorten für die chemische Industrie. Benno Strauß und Eduard Maurer, Mitarbeiter 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, die Väter des Edelstahls, senkten den Kohlenstoffanteil auf unter ein Prozent. Erstmals kombinierten sie Chrom und Nickel als Legierungsstoffe und entwickelten ein geeignetes Verfahren zur Wärmebehandlung, 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 der Werkstoff immer neue Anwendungen. Abgeschlossen ist die Entwicklung seines Nutzenspektrums und damit der Erfolgskurs von Edelstahl Rostfrei 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 Informationsstelle Edelstahl Rostfrei erst noch erfunden werden. Heute stehen über 120 Edelstahl-Rostfrei-Sorten für die unterschiedlichsten Einsatzbedingungen und Anwendungen zur Verfügung. 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. Ausgang war der von Benno Strauß erfundene Chromnickelstahl V2A, abgekürzt für ‚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 Legierungsanteils von Nickel von 8 auf 10 % und Hinzulegieren von Molybdän entwickelte Benno Strauß den V4A-Stahl, der 1928 zum Patent angemeldet wurde. Er entspricht den heutigen 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 des vorigen Jahrhunderts 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 Herstellungskosten und erweiterte zugleich das Eigenschaftsspektrum nachhaltig. In den 80er-Jahren wurden mit der Einführung des kontinuierlichen Stranggiessverfahrens die Voraussetzungen für ein endabmessungsnahes Gießen geschaffen – ein weiterer qualitativer und wirtschaftlicher Meilenstein. Rechnergestützte Regelungstechnik trieb die Reproduzierbarkeit der Edelstahlprodukte Informationsstelle Edelstahl Rostfrei entscheidend weiter voran und die wachsende technologische Differenzierung erschloss immer neue Anwendungsgebiete.

Der rasante Erfolg von nichtrostenden Stählen lässt sich eindrucksvoll an den Produktionsmengen ablesen. Von 18 000 kg 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. Die heutige Bedeutung des Werkstoffs zeigt sich auch im Internet: Allein die Suchmaschine Google verweist auf 320 000 Beiträge zum Begriff „nichtrostender Stahl„. Ob Industrie, Forschung, Maschinen- und Anlagenbau, Architektur und Bauwesen, Medizin, Umwelt oder Alltag – ohne nichtrostenden Stahl ist die Welt heute nicht mehr vorstellbar.

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 des neuen Werkstoffs 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, bei der Mineralgewinnung, zur Fest-Flüssig-Trennung in Kläranlagen oder in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie: Das Anwendungsspektrum chemikalienresistenter und temperaturbeständiger nichtrostender Stähle ist heute nahezu grenzenlos. Einen entscheidenden Beitrag zur Sicherheit leistet Edelstahl in Tankschiffen mit mehrschaligen Tanks zum Transport von Chemikalien, tiefgekühlten Gasen oder Lebensmitteln. Bei der Erdölförderung kommen für Rohrleitungen auch vermehrt ferritisch-austenitische Duplex-Stähle zum Einsatz. Diese bereits 1933 entdeckten Edelstähle sind deutlich fester als andere nichtrostende Stähle. Sie widerstehen den mechanischen Belastungen durch Wellen, Strömungen und Außendruck in bis zu 3000 m Meerestiefe ebenso wie chemischen Angriffen im Rohrinneren durch das geförderte Öl oder Erdgas und Salzwasser an der Außenwand der Rohre. Ihre höhere Grundfestigkeit ermöglicht zudem dünnere Wandstärken im Vergleich zu klassischen austenitischen nichtrostenden Stählen. Ende der 80er-Jahre wurde mit Lean-Duplex eine Alternative zum etablierten Duplex-Stahl und austenitischen nichtrostenden Stählen entwickelt. Dank seines 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 – bei gleicher Leistung – Größe, Gewicht und Kosten um über 50 Prozent senken. Außer in chemischen Umgebungen 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 ferritischen und austenitischen 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.

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, so dass sich auch bei intensivem Gebrauch keine Bakterien und Pilze ansiedeln. 1926 wurden die ersten Implantate aus Edelstahl entwickelt. Auch heute entsprechen künstliche Kniegelenke aus nichtrostendem Stahl dem aktuellen Stand der Forschung.

Die strengen Hygienevorschriften für chirurgische Instrumente und OP-Ausstattungen gelten analog in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie. Auch hier gewährleistet die spezifische Oberflächenbeschaffenheit des Werkstoffs eine problemlose, keimfreie Reinigung und verhindert zuverlässig, dass ein Nährboden für Mikroorganismen entsteht. In der Milch- und fleischverarbeitenden Industrie prädestiniert die gute Verformbarkeit und fugenlose Verarbeitung den Werkstoff für hygienegerechten Anlagenbau und wirtschaftliche Produktionsabläufe. Großküchen, Molkereibetriebe, Brauereien, Winzer und Safthersteller setzen schon seit Jahrzehnten auf nichtrostenden Stahl. Seiner außergewöhnlichen chemikalischen und thermischen Stabilität – selbst bei extremen Temperaturwechseln, wie sie für die Entkeimung von Milch oder Pasteurisieren von Fruchtsäften erforderlich sind – verdankt Edelstahl Rostfrei den umfangreichen Einsatz für Herstellung, Lagerung und Transport säurehaltiger Produkte. Da er zudem absolut inert und somit geschmacksneutral ist, beeinträchtigt er weder Geschmack noch Aussehen der Erzeugnisse.

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. Seine zeitlose Ästhetik, pflegeleichte Beständigkeit und Funktionalität machen ihn zum Klassiker modernen Lebensgefühls.

In der Energiewirtschaft, Reinraumtechnik, Umwelttechnologie oder Telekommunikation und Elektronik setzt die Beständigkeit von Edelstahl Rostfrei gegenüber unterschiedlichsten 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 kommen hauchdünne Edelstahlfolien und Präzisionsbänder zum Einsatz, die mit Nickel und Gold im Nanometerbereich beschichtet werden. Bis zu 10 Millionen Schaltungen müssen die daraus gestanzten Schnappscheiben zuverlässig leisten.