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Merkblatt 826 Beizen von Edelstahl Rostfrei Informationsstelle Edelstahl Rostfrei

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Page 1: Informationsstelle Edelstahl Rostfrei Beizen von Edelstahl ... · Die Informations-stelle Edelstahl Rostfrei Die Informationsstelle Edelstahl Rost-frei (ISER) ist eine Gemeinschaftsor-ganisation

Merkblatt 826Beizen von Edelstahl Rostfrei

Informationsstelle Edelstahl Rostfrei

Informationsstelle Edelstahl RostfreiPostfach 10 220540013 Düsseldorf

www.edelstahl - rostfrei.de

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Die Informations-stelle Edelstahl Rostfrei

Die Informationsstelle Edelstahl Rost-frei (ISER) ist eine Gemeinschaftsor-ganisation von Unternehmen undInstitutionen aus den Bereichen– Edelstahlherstellung,– Edelstahlhandel und Anarbeitung,– Edelstahlverarbeitung,– Oberflächenveredelung,– Legierungsmittelindustrie,– Marktforschung und Verlage

für nichtrostende Stähle.

Die Aufgaben der ISER umfassen diefirmenneutrale Information überEigenschaften und Anwendung vonEdelstahl Rostfrei. Schwerpunkte derAktivitäten sind

– praxisbezogene, zielgruppenorien-tierte Publikationen,

– Online-Informationsplattform unterwww.edelstahl-rostfrei.de,

– Pressearbeit für Fach- und Publi-kumsmedien,

– Messebeteiligungen,– Durchführung von Schulungsveran-

staltungen,– Errichtung von Kompetenzzentren

"Edelstahl Rostfrei-Verarbeitung"– Information über Bezugsmöglich-

keiten von Produkten aus EdelstahlRostfrei,

– individuelle Bearbeitung techni-scher Anfragen.

Ein aktuelles Schriftenverzeichnis wirdauf Anforderung gerne übersandt –oder ist einsehbar unter www.edelstahl-rostfrei.de/Publikationen.

ImpressumMerkblatt 826Beizen von Edelstahl Rostfrei3. überarbeitete und erweiterteAuflage 2006

Herausgeber:Informationsstelle Edelstahl RostfreiPostfach 10 22 0540013 DüsseldorfTelefon: 0211 / 67 07-8 35Telefax: 0211 / 67 07-3 44Internet: www.edelstahl-rostfrei.deE-Mail: [email protected]

Autoren:Dr. D. HessDeutsche Derustit GmbH,Dietzenbach;P. KrämerPelox BioChemie- und UmwelttechnikGmbH & Co. KG, Wedemark;S. Pießlinger-SchweigerPoligrat GmbH, München;F.-W. SiedentopSiedentop GmbH, Wittingen;A. Schmidt und R. WaldmannPentol GmbH, Grenzach-Wyhlen.

Abbildungen:Edelstahlwerke Südwestfalen GmbH,SiegenInformationsstelle Edelstahl Rostfrei,DüsseldorfPoligrat GmbH, MünchenSiedentop GmbH, WittingenPentol GmbH, Grenzach-Wyhlen

Die in dieser Broschüre enthaltenenInformationen vermitteln Orientie-rungshilfen. Gewährleistungsansprü-che können hieraus nicht abgeleitetwerden. Nachdrucke aus dieser Doku-mentation bzw. Veröffentlichungen imInternet, auch auszugsweise, sind nurmit schriftlicher Genehmigung desHerausgebers und mit deutlicher Quel-lenangabe gestattet.

InhaltSeite

1 Einleitung 11.1 Der Werkstoff Edelstahl

Rostfrei 11.2 Oberflächenzustand des

Vormaterials 1

2 Wann muss nichtrostenderStahl gebeizt werden? 3

3 Beizvorbereitung 3

4 Beizmittel und Beizzeiten 3

5 Beizverfahren 45.1 Tauchbeizen 55.2 Sprühbeizen 55.3 Rotationsbeizen 65.4 Umlaufbeizen 65.5 Nahtbeizen (Pinselbeizen) 65.6 Elektrochemisches Beizen 6

6 Nachbehandlung 7

7 Betriebsanlagen,Betriebsmittelund Umweltschutz 8

8 Arbeitsschutz 8

9 Schlussbetrachtung 8

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1 Einleitung

1.1 Der Werkstoff EdelstahlRostfrei

Die Gruppe der nichtrostenden Stähle("Edelstahl Rostfrei") umfasst jeneStahlsorten, die mit mindestens10,5 % Chrom (Cr) legiert sind, höch-stens 1,2 % Kohlenstoff (C) enthaltenund eine besondere Beständigkeitgegenüber chemischen Angriffen, vorallem durch oxidierende Medien, auf-weisen. Die Korrosionsbeständigkeiterklärt sich durch die Bildung einer fürdas menschliche Auge unsichtbarenMischschicht aus Chromoxiden undChromhydroxiden auf der Oberflächedes nichtrostenden Stahls. Diese sogenannte Passivschicht schützt dieOberfläche vor dem angreifendenMedium. Ihre Beständigkeit kanndurch höhere Chromgehalte und Zuga-be weiterer Legierungselemente, z.B.Molybdän, weiter verbessert werden.

In Europa sind die nichtrostendenStähle weitgehend in der DIN EN10088-1 bis 3 genormt. Jede Stahlsortehat einen Kurznamen, der Angabenüber die wichtigsten Legierungsele-mente und deren Gehalte macht, undeine Werkstoffnummer, die sich fürEdelstahl Rostfrei im Bereich von1.40xx bis 1.46xx bewegt.

Insgesamt gibt es über 100 Sortennichtrostender Stähle. Sie werden inAbhängigkeit von ihrem Gefüge fol-gendermaßen eingeteilt:

– ferritische nichtrostende Stähle;– martensitische nichtrostende

Stähle;– austenitische nichtrostende

Stähle;– austenitisch-ferritische nicht-

rostende Stähle (Duplex-Stähle).

1.2 Oberflächenzustand desVormaterials

Die Korrosionsbeständigkeit nicht-rostender Stähle hängt nicht allein vonihrer Zusammensetzung, sondern auchvon ihrem Oberflächenzustand ab. DieVoraussetzung für die Korrosionsbe-ständigkeit von Edelstahl Rostfrei ist

die lückenlose Ausbildung der obenbeschriebenen Passivschicht auf derOberfläche, die ihrerseits das Werk-stück vor Korrosion schützt (passiviert).Diese Passivschicht bildet sich unterdem Einfluss des Sauerstoffs und derrelativen Luftfeuchte aus der Umge-bung ab einem Chromgehalt in der

Legierung von mindestens 10,5 % vonselbst.

Korrosion und Passivierung sind kon-kurrierende Vorgänge. MechanischeVerletzungen der Passivschicht könnenunter günstigen Bedingungen wieder"heilen“. Die Neubildung der Passiv-schicht ist jedoch nur möglich, wenneine metallisch blanke Oberflächegegeben ist, die überall den erforderli-chen Chromgehalt aufweist, und wennkeinerlei Verunreinigungen vorhandensind. Fremdstoffe (z.B. Eisenabrieb,Schleifmittel und Strahlgut), Zunderund Anlauffarben oder chromverarmte Bereiche verhindern örtlich die Bildungder Passivschicht und damit deren

Schutzwirkung mit der Folge von lokalbegrenztem Korrosionsangriff.

Gute Voraussetzungen für die Neu-bildung der Passivschicht bestehen,wenn das Edelstahlerzeugnis einemöglichst glatte und saubere,metallisch blanke Oberfläche hat(z.B. 2B, 2R). Edelstahlerzeugnisse,die die Walzwerke und Ziehereien inForm von kaltgewalztem Blech oderBand, Draht und blankem Stabstahlverlassen, erfüllen diese Vorausset-zungen.

Wenn von vornherein feststeht, dassan dem Edelstahl nach der Verarbei-tung noch eine intensive abschließen-de Oberflächenbearbeitung erfolgenwird, wird der Werkstoff auch in denOberflächen 1C und 1D geliefert.Tabelle 1 gibt einen Überblick über diemöglichen Ausführungsarten undOberflächenbeschaffenheiten. Sie ent-hält auch noch den Bezug zu den bis-lang üblichen Kurzzeichen nach DIN17440/17441.

88001 NID NE

rCiN

oM ,iT ,uC ,S ,bN ..... ,N

1204.1

tisnetraMC( ·)

6004.17504.1

8144.1

xelpuD

2644.1

0644.1)A2V( tinetsuA5034.1

7034.11454.1

1034.1

C( tirreF ‚) 6104.1

1154.13114.1

4044.1

tinetsuA)A4V(5344.1

1754.11044.1

Baum

2154.1

Bild 1: Einteilung der nichtrostenden Stähle nach ihrem Gefüge

Bild 2: Die Oberfläche von nichtrostendem Stahl verfügt über einen einzigartigen "Selbst-reparaturmechanismus“. Die transparente Passivschicht bildet sich selbständig aus,sofern nur genügend Chrom, Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit zur Verfügung stehen

Sauerstoff Passivschicht

Nichtrostender Stahl

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Tabelle 1: Ausführungsarten und Oberflächenbeschaffenheiten von nichtrostenden Stählen gemäß DIN EN 10088

Kurzzeichen1) Ausführungsart2) Oberflächen-beschaffenheit2)

Bemerkungen Kurzzeichen nach DIN 17440/41

Warm-gewalzt

1U Warmgewalzt, nichtwärmebehandelt,nicht entzundert

MitWalzzunderbedeckt

Geeignet für Erzeugnisse, die weiter verarbeitet werden, z.B. Band zum Nachwalzen.

a1

1C Warmgewalzt,wärmebehandelt,nicht entzundert

MitWalzzunderbedeckt

Geeignet für Teile, die anschließend entzundert oder fürbestimmte hitzebeständige Anwendungen.

b(1c)

1E Warmgewalzt, wärme-behandelt, mecha-nisch entzundert

Zunderfrei Die Art der mechanischen Entzunderung, z.B. Roh-schleifen oder Strahlen, hängt von der Stahlsorte undder Erzeugnisform ab und bleibt, wenn nicht anders ver-einbart, dem Hersteller überlassen.

c1(IIa)

1D Warmgewalzt,wärmebehandelt,gebeizt

Zunderfrei Üblicher Standart für die meisten Stahlsorten, um guteKorrosionsbeständigkeit sicherzustellen; auch üblicheAusführung für Weiterverarbeitung. Schleifspuren dür-fen vorhanden sein. Nicht so glatt wie 2D oder 2B.

c2(IIa)

Kalt-gewalzt

2H Kaltverfestigt Blank Zur Erzielung höherer Festigkeitsstufen kalt umgeformt. f(IIIa)

2C Kaltgewalzt,wärmebehandelt,nicht entzundert

Glatt, mit Zundervon der Wärme-behandlung

Geeignet für Teile, die anschließend entzundert oderbearbeitet werden oder für bestimmte hitzebeständigeAnwendungen.

2E Kaltgewalzt, wärme-behandelt, mecha-nisch entzundert

Rau und stumpf Üblicherweise angewendet für Stähle mit sehr beizbe-ständigem Zunder. Kann nachfolgend gebeizt werden.

2D Kaltgewalzt, wärme-behandelt, gebeizt

Glatt Ausführung für gute Umformbarkeit, aber nicht so glattwie 2B oder 2R.

h(IIIb)

2B Kaltgewalzt, wärme-behandelt, gebeizt,kalt nachgewalzt

Glatter als 2D Häufigste Ausführung für die meisten Stahlsorten umgute Korrosionsbeständigkeit, Glattheit und Ebenheitsicherzustellen. Auch übliche Ausführung für Weiterver-arbeitung. Nachwalzen kann durch Streckrichten erfol-gen.

n(IIIc)

2R Kaltgewalzt,blankgeglüht3)

Glatt, blank,reflektierend

Glatter und blanker als 2B. Auch übliche Ausführung fürWeiterverarbeitung.

m(IIId)

2Q Kaltgewalzt, gehärtetund angelassen,zunderfrei

Zunderfrei Entweder unter Schutzgas gehärtet und angelassenoder nach der Wärmebehandlung entzundert.

Sonder-ausfüh-rungen

1Goder2G

Geschliffen4) Siehe Fußnote5) Schleifpulver oder Oberflächenrauheit kann festgelegtwerden. Gleichgerichtete Textur, nicht sehr reflektie-rend.

o (IV)

1Joder2J

Gebürstet4) oder matt-poliert4)

Glatter alsgeschliffen, sieheFußnote5)

Bürstenart oder Polierband oder Oberflächenrauheitkann festgelegt werden. Gleichgerichtete Textur, nichtsehr reflektierend.

q

1Koder2K

Seidenmattpoliert4) Siehe Fußnote5) Zusätzliche besondere Anforderungen an eine „J“-Ausführung, um eine angemessene Korrosionsbe-ständigkeit für See- und architektonische Außenanwen-dungen zu erzielen. Quer Ra ‹ 0,5 µm insauber geschliffener Ausführung.

p(V)

1Poder2P

Blankpoliert4) Siehe Fußnote5) Mechanisches Polieren. Verfahren oder Oberflächen-rauheit kann festgelegt werden. Ungerichtete Ausfüh-rung, reflektierend mit hohem Grad von Bildklarheit.

p(V)

2F Kaltgewalzt, wärmebe-handelt, kalt nachge-walzt mit aufgerautenWalzen

Gleichförmige,nicht reflektieren-de matte Ober-fläche

Wärmebehandlung in Form von Blankglühen oderGlühen und Beizen.

1M2M

Gemustert Design ist zu ver-einbaren, zweiteOberfläche glatt

Tränenblech, Riffelblech für Böden.Ausgezeichnete Texturausführung hauptsächlich fürarchitektonische Anwendungen.

2W Gewellt Design ist zu vereinbaren

Verwendet zur Erhöhung der Festigkeit und/oder für ver-schönernde Effekte.

2L Eingefärbt4) Farbe ist zu ver-einbaren

1S oder 2S mit Überzug4) mit Überzug: z.B. Zinn, Aluminium.1) Erste Stelle: 1 = warmgewalzt, 2 = kaltgewalzt.2) Nicht alle Ausführungsarten und Oberflächenbeschaffenheiten sind für alle Stähle verfügbar.3) Es darf nachgewalzt werden.4) Nur eine Oberfläche, falls nicht bei der Anfrage und Bestellung ausdrücklich anders vereinbart.5) Innerhalb jeder Ausführungsbeschreibung können die Oberflächeneigenschaften variieren, und es kann erforderlich sein, genauere Anforderungen zwischen Hersteller und Verbraucher

zu vereinbaren (z.B. Schleifpulver oder Oberflächenrauheit).

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2 Wann muss nicht-rostender Stahlgebeizt werden?

Das Beizen nichtrostender Stähle istimmer dann erforderlich, wenn der fürdie Korrosionsbeständigkeit optimaleOberflächenzustand nicht mehr sicher-gestellt ist, z.B. durch:

– Bildung von Zunderschichten beiWärmebehandlungen;

– Bildung von Anlauffarben durchSchweißen, Schleifen o.ä.;

– Rückstände von Schweißspritzern;– Ablagerungen von Metalloxiden

(z.B. aus Schweißrauch oderSchleifstäuben) oder Fremdrostanderer Herkunft (vor allem, wennin der Nähe des Edelstahls andereals nichtrostende Stähle bearbeitetwerden);

– Eisenabrieb bei der Bearbeitung mitStahlwerkzeugen;

– Bildung von Chromcarbid durchden Wärmeeinfluss beim Drehenoder Bohren ohne Kühlschmier-mittel;

– Bildung von Umformmartensitdurch Gefügeveränderung bei derKaltverformung.

Die verschiedenen Edelstahlgefüge zei-gen beim Beizen unterschiedlicheReaktionen. Martensitische nichtro-stende Stähle sind wegen der Gefahrvon Wasserstoffrissen im gehärtetenoder vergüteten Zustand nur mit äußer-ster Vorsicht zu beizen. Für die ferriti-schen nichtrostenden Stähle werdenmildere Beizen angewendet als fürAustenite, weil sie aufgrund der gerin-geren Korrosionsbeständigkeit eherzum Überbeizen neigen.

3 BeizvorbereitungVor dem Beizen müssen die Ober-flächen von allen störenden Substan-zen befreit werden, damit die Beizche-mikalien gleichmäßig einwirken kön-nen. Organische Schmiermittel,Bohröle, fetthaltige Kühlemulsionen,Konservierungsmittel, Glasstaub vomGlasperlenstrahlen, Farbkennzeich-nungen, Schutzfolien, Aufkleber undselbst Klebereste wirken sich nachtei-lig auf das Beizergebnis aus, dadie Beizsäuren nicht bis zur Edel-

stahloberfläche vordringen können.Beizprodukte auf der Basis von Fluss-und Salpetersäure besitzen selbst eineleicht entfettende Wirkung, so dassgeringe Fettspuren wie z.B. Fingerab-drücke das Beizergebnis nicht negativbeeinflussen. Grobe Spritzer vonSchweißschlacken o.ä. müssen abge-kratzt oder abgeschliffen werden, dadiese von Beizsäuren nicht ausrei-chend angegriffen werden. Für Bürstenzur Zunderentfernung sind Borsten ausEdelstahl Rostfrei (Austenit) erforder-lich, da normale Drahtbürsten Frem-drost verursachen.

Das Vorreinigen (Entfernen von Staubund Schmutz) und Entfetten im Tauch-bad erfolgt mit wässrigen, alkalischenoder sauren Lösungen möglichst beihöheren Temperaturen. Teile mit hart-näckigen Verschmutzungen könnenmittels elektrolytischer Verfahren oder

Ultraschall gereinigt werden. Freiste-hende stark verschmutzte Werkstückekönnen durch Einsprühen mit Edel-stahlreinigern auf der Basis von Phos-phorsäure mit Zusätzen von Tensidenvorbehandelt werden.

Von verschiedenen Lieferanten werdenleistungsfähige Reinigungs- und Ent-fettungsmittel für unterschiedlicheBehandlungsmethoden angeboten,die entsprechend den jeweiligen Ver-wendungshinweisen eingesetzt wer-den.

Das Beizgut muss nach der Reinigungsäurefrei gespült werden und vor derWeiterverarbeitung trocken sein.

4 Beizmittel undBeizzeiten

Beizen ist eine intensive chemischeBehandlung der Edelstahloberfläche,bei der anorganische Verunreinigungengelöst werden.

Die dafür eingesetzten Mittel basierenin der Regel auf Flusssäure und Salpe-tersäure und sind in Form von Bädern,Pasten und Sprühbeizen erhältlich. DieSäuren reagieren mit den Metalloxidenzu Wasser und dem entsprechendenMetallsalz bzw. mit dem Metall zu Was-serstoff und Metallsalz. Darüber hin-aus bilden sich bei diesen nitrathalti-gen Systemen nitrose Gase (NOx).

Inzwischen gibt es auf dem Markt auchnitratfreie Produkte, die anstelle derSalpetersäure andere Oxidationsmit-

Bild 3: Der Beizprozess ist ein besonders geeignetes Verfahren, Anlauffarben im Bereichgeschweißter Verbindungen sicher zu entfernen und die ursprüngliche Korrosionsbe-ständigkeit wieder herzustellen

Bild 4: Ungleichmäßige, fleckige Ober-flächen können entstehen, wenn vor demBeizen nicht ausreichend gereinigt wurde

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tel enthalten. Auch beim Einsatz dieserSysteme entstehen Wasser, Metallsal-ze und gegebenenfalls Wasserstoff,jedoch keine nitrosen Gase.

Der beim Beizen mit Säuren entste-hende gasförmige Wasserstoff löst diewerkstoffnahen Zunderschichten auf.Dadurch werden die darüber liegen-den, schwer löslichen Schichten auf-gelockert. Diese können ohne völligechemische Auflösung durch Einsatzvon Hochdruckreinigern oder Bürstenentfernt werden. Dies führt zu erhebli-chen Einsparungen an Beizmittel undBeizzeit.

Badbeizen können aus den entspre-chenden, meist konzentrierten Säurenz.B. gemäß Tabelle 2 gemischt und mitZusatzmitteln wie Sparbeizen, Deter-gentien usw. versehen werden. DerFachhandel bietet außerdem fertigeBeizbäder und Beizbadkonzentrate mitunterschiedlichen Mischungsverhält-nissen und/oder Konzentrationen derSäuren an. Beim Ansetzen vonMischungen mit konzentrierten Säurenist stets die Regel zu beachten: Säurenins Wasser gießen, nie umgekehrt.

Sprühbeizen und Beizpasten, für die inder Fachliteratur kaum Rezepturen vor-liegen, erhalten Sie ebenfalls im Fach-handel. Die Informationsstelle Edel-stahl Rostfrei stellt gerne entsprechen-de Liefernachweise zur Verfügung.

Die Auswahl des richtigen Beizmittelshängt hauptsächlich von drei Kriterienab:

– Welche Edelstahlsorte bzw.welches Edelstahlgefüge sollgebeizt werden?

– Wie stark ist die Verzunderung?– Welche Oberflächenanforderungen

werden an das gebeizte Gutgestellt?

Darüber hinaus beeinflussen auchParameter wie Schweißprozess, Glüh-prozess, Art der mechanischenBehandlung oder gewünschte Einwirk-zeit die Auswahl des Beizmittels unddes Beizverfahrens. So können z.B. dieBeizzeiten bei hochlegierten Werkstof-fen wie 1.4562 oder Duplex-Stählenwie 1.4462, welche üblicherweise biszu einen Tag betragen, durch eine opti-male Produktwahl stark reduziert wer-den.

Alle Beizmittel greifen das Grundmate-rial an, was zu einem gewissen Abtragführt. Dieser liegt in der Größenord-nung von 1 bis 5 µm. Der Beizangrifferfolgt verstärkt an den Korngrenzendes Gefüges, wodurch die Oberflächeim Mikrobereich aufgeraut wird und einsilbrig mattes Aussehen erhält. Je nachBeizmedium weist die Oberflächebereits nach dem Beizen und Spüleneine schützende Passivschicht auf, diesich im Laufe von zwei bis acht Stun-den voll ausbildet und eine Stärke vonca. 20 nm erreicht.

Wird eine raschere Ausbildung der Pas-sivschicht nach dem Beizen gefordert,kann dies durch eine anschließendeBehandlung mit oxidierenden Medien(z.B. Salpetersäure oder Wasserstoff-peroxid) erreicht werden. Diese syn-thetische Passivierung erfolgt inner-halb von wenigen Sekunden bis Minu-ten. Als Alternative kann Zitronensäureeingesetzt werden, wobei diese nur beiTemperaturen über 40 °C sinnvollangewandt werden kann und wesent-lich längere Einwirkzeiten erfordert.Zitronensäure als Passivierungsmittelwird vorzugsweise in der Lebensmitte-lindustrie sowie in der Pharmaindustrieverwendet.

Geeignete Komplex- und Chelatbildnerkönnen ebenfalls zur Nachbehandlungeingesetzt werden, um auf der Ober-fläche vorhandenes Eisen bzw. Eisen-II-Ionen zu entfernen.

Falls die Oberfläche keinen Zunderoder keine Anlauffarben aufweist, son-dern lediglich Verunreinigungen durchFerrit, kann eine Passivierung mituntereine Beizbehandlung ersetzen.

Bei leichten Anlauffarben oder beigeringfügigen ferritischen Verunreini-gungen können auch Beizreiniger aufder Basis von Phosphorsäure miteinem geringen Anteil an Fluoriden ver-wendet werden.

Bei der Verwendung von Beizproduk-ten sind die jeweiligen Sicherheitsda-tenblätter und Verarbeitungshinweisedes Herstellers zu beachten. Beizver-suche an Musterteilen werden emp-fohlen.

Die Angabe von Einwirkzeiten für dieverschiedenen Beizmittel kann immernur ein Richtwert sein. Die Beizzeiten

sind vom Zustand des jeweiligen Beiz-objektes so stark abhängig, dass sichnur bei einer strikten SerienfertigungStandardwerte festschreiben lassen.Die Einwirkdauer reicht von wenigenMinuten bis zu mehreren Stunden, undwird von zahlreichen Faktoren wieZusammensetzung des Beizmediums,Edelstahlsorte, Oberflächenbeschaf-fenheit und Temperatur bestimmt. ZumBeispiel führen Temperaturerhöhungenzu kürzeren Beizzeiten.

Bei Verwendung von herkömmlichenBeizpasten und Sprühbeizen ist eineverlängerte Beizzeit in der Regel nichtkritisch, da der Beizvorgang zum Still-stand kommt, sobald die enthaltenenChemikalien verbraucht sind. Es istdaher meist ohne Risiko möglich,Werkstücke z.B. über Nacht einzu-sprühen und erst am nächsten Morgenzu spülen. Pasten und Sprühbeizensind nach drei bis fünf Stunden aus-reagiert. Ist dann der Beizeffekt nochnicht ausreichend, müssen die Ober-flächen gespült und nochmals behan-delt werden. Bei stärker eingestelltenProdukten ist zu beachten, dass dieGesamtreaktionszeit 12 bis 15 Stun-den betragen kann.

Beim elektrochemischen Beizen liegendie Behandlungszeiten im Bereich vonwenigen Sekunden bis zu 10 Minuten.Ein Überbeizen durch zu starken Angriffauf die Korngrenzen ist bei diesem Ver-fahren selten, jedoch erfolgt mit ca. 1µm pro Minute ein wesentlich schnel-lerer Werkstoffabtrag.

5 BeizverfahrenGenerell ist es wünschenswert, dieBeizzeit möglichst kurz zu halten, umden Chemikalienverbrauch und dieAnlagenkapazität zu optimieren undein "Überbeizen“ zu verhindern. BeimÜberbeizen, bspw. durch zu langes undzu warmes Beizen, wird das Grundma-terial so stark angegriffen, dass dieOberfläche unnötig rauh und die Kor-rosionsbeständigkeit des Edelstahlsnachteilig beeinflusst wird.

Wenn die Oberfläche stark mechanischbearbeitet wurde und dadurch einegrößere Gefahr der Korrosion besteht,ist ein so genanntes Abtragsbeizennotwendig. Dabei werden ca. 5 bis 8µm des Werkstoffs abgetragen.

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Abtragsbeizen erfolgt meist in speziell ein-gestellten Beizbädern und unter sorgfäl-tiger Kontrolle des Beizvorganges anhandmitlaufender Materialproben. Es könnenjedoch auch spezielle Sprühbeizen undBeizpasten zum Einsatz gebracht werden.

Im Folgenden werden Methoden undVerfahren beschrieben, die für das Bei-zen von Fertigerzeugnissen oder Halb-zeug in Betracht kommen, und zwar:

– Tauchbeizen– Sprühbeizen– Rotationsbeizen– Umlaufbeizen – Nahtbeizen (Pinselbeizen)– Elektrochemisches Beizen

Spezielle Beizverfahren, wie sie bei derStahlherstellung eingesetzt werden,bleiben außer Betracht.

Die Größe der für die jeweiligen Ver-fahren verwendeten Anlagen oderGeräte hängt von den Abmessungender zu behandelnden Werkstücke ab.

5.1 Tauchbeizen

Das Tauchbeizen findet vorwiegend dannAnwendung, wenn das gesamte Erzeug-nis eine Behandlung benötigt. Die Ein-satzgrenze wird durch die Größe der vor-handenen Beizbehälter bestimmt.

Beim Tauchbeizen werden die Werk-stücke in das flüssige Beizmedium ein-getaucht, wobei unterschiedlicheMischungen zur Auswahl stehen.

In Tabelle 2 wird die Zusammenset-zung für übliche Beizbäder aufgeführt,wie sie für alle nichtrostenden Stählein Betracht kommen, jedoch sindunterschiedliche Beizzeiten zu beach-ten. Martensitische Stähle neigen zurBeizrissigkeit, weshalb besondere Vor-sicht geboten ist.

Allen Beizbädern können Inhibitorenzugesetzt werden, die das Überbeizenverhindern.

Durch leichte Temperaturerhöhung undBewegung des Beizgutes kann die Ein-wirkzeit deutlich verringert werden. DieBeizzeiten lassen sich außerdem durchverschiedene Zusätze variieren, wobeihier eine Verkürzung der Beizzeit eben-so möglich ist wie eine Verlängerung.Durch spezielle Beimischungen kanndie Lebensdauer des Beizbades ver-längert werden. Verschiedene Zusätzekönnen die Belastung der Abluft durchStickoxide und ebenso des Abwassersdurch Nitrit und Chromat deutlich sen-ken. Dies reduziert die Investitionsko-sten für Beizanlagen.

Beizbäder sollten regelmäßig analy-tisch überwacht werden, da die Beiz-zeiten von der Säurekonzentration,dem Metallgehalt und der Temperaturabhängen. Bei nitratfreien Beizbädernmuss zusätzlich die Konzentration derOxidationsmittel überwacht werden.Bäder, deren Metallgehalt die Ober-grenze erreicht hat, müssen nicht unbe-dingt verworfen und durch neue Bad-füllungen ersetzt werden. Der Einsatzvon Retardationsanlagen oder Diffusi-onsdialyseanlagen ermöglicht es beientsprechendem Aufwand, die Beiz-bäder zu entmetallisieren und Säure zuregenerieren. In der Regel liegt die

Regenerationsrate bei 70 bis 80 % desSäureanteils.

Verbrauchte Beizbäder sollten ohneRegeneration nicht öfter als einmaldurch Zugabe frischer Säure nachge-schärft werden, denn der vorhandeneBeizschlamm stumpft die Nachfüllungschnell wieder ab.

Auf keinen Fall dürfen Beizbäder, diefür andere Metalle - insbesondere fürunlegierten Stahl - bestimmt sind, fürEdelstahl Rostfrei verwendet werden,da dies zu einer starken Schädigungder Erzeugnisse führen könnte.

5.2 Sprühbeizen

Vor allem größere Apparate und Behäl-ter, für die beim Hersteller keine pas-senden Beizbehälter vorhanden sind,werden durch Sprühbeizen behandelt.Mit druckluftbetriebenen Sprühanla-gen oder Handpumpen werden dieBeizmittel aufgebracht. Die Behand-lung muss in geeigneten Räumen mitsäurefest ausgekleideter Bodentassezum Auffangen von Beizmitteln undSpülwasser und mit ausreichender Be-und Entlüftung erfolgen.

Bild 5: Sofern die Abmessungen der Konstruktion dies zulassen, kann das gesamte Bau-teil im Tauchbeizverfahren behandelt werden

* Durch individuelle Verfahrensangaben festzulegen.

Tabelle 2: Zusammensetzung von Beizbädern

Badtyp HNO3 (50 %)

Vol-%

HF

Vol-%

H2SO4/H3PO4

Vol-%

Sonstiges

Vol-%

Temperatur *

°C

Beizzeit

min

Klassisch 10 bis 28 3 bis 8 – 0,1 Detergents 15 bis 60 300 bis 20

Nitratfrei – 3 bis 5 10 bis 25 1 bis 5 H2O2 15 bis 60 300 bis 20

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Die Beizmittel entsprechen zwar prin-zipiell denen für das Tauchbeizen, sindaber durch Zusätze in die Form streich-oder sprühfähiger Pasten oder Gelegebracht worden. Zum Sprühbeizenfinden vorwiegend von den Beizmittel-herstellern fertig zusammengesetzteMischungen Anwendung. Diese kön-nen auch in senkrechten oder Über-kopf-Lagen verarbeitet werden. Es sindGanzbehandlungen oder Behandlun-gen einzelner Bereiche möglich.

5.3 Rotationsbeizen

Das Rotationsbeizen vereint die Vor-teile des Tauchbeizens und Sprühbei-zens. Die zu beizenden Teile werden ineinem geschlossenen Raum automa-tisch gebeizt, gespült und passiviert.

Beim Rotationsverfahren werden dieBeizsäure, die Passivierung sowie dasSpülwasser über Pumpen, Rohrleitun-gen und Düsen im Kreislaufverfahrenauf das Werkstück gesprüht. GrößereEdelstahlteile wie Tanks oder Silos kön-nen innen und außen automatischgebeizt werden.

Die Vorteile gegenüber dem Tauch-und Sprühbeizen liegen in der Zeiter-sparnis sowie in der Kostenersparnisbeim Chemikalienverbrauch, die sichdurch die Mehrfachnutzung von Beiz-

mittel und Spülwasser ergibt. Auchbei der Abwasserbehandlung werdendurch den geringeren Verbrauch anBeizflüssigkeit und somit auch gerin-gerem Einsatz von Neutralisations-mitteln Kosten eingespart. EineGenehmigung nach BimSchG ist nichterforderlich. Da das Beizen imgeschlossenen System erfolgt, kannauf eine Absaugung verzichtet wer-den. Die entstandenen Beizdämpfewerden beim letzten Spülgang mitWasser niedergeschlagen. Das Rota-tionsbeizverfahren ist patentrechtlichgeschützt.

Das Spektrum reicht von manuellgesteuerten bis zu vollautomatischenRotainer®-Beizanlagen. Die Art undGröße der Anlagen wird bestimmtdurch die zu beizenden Werkstücke.

5.4 Umlaufbeizen

Für die Fertigung von Rohrleitungenwird häufig das Verfahren des Umlauf-beizens gewählt. Die Rohre werden inBeizbäder getaucht, und das Beizme-dium wird mit Geschwindigkeiten von1 bis 4 m/s durch die Rohre gepumpt.

Auch auf Baustellen kann dieses Ver-fahren für die Innenseite von Rohrenangewandt werden. Hier wird die flüs-sige Beizlösung mit einer geeignetenPumpe im Kreislauf durch die Rohrlei-

tung gedrückt. Verschweißte Rohrlei-tungen auf Baustellen sollten unbe-dingt gebeizt werden, wenn nicht durchFormieren die Bildung von Anlauffar-ben unterdrückt werden konnte. Dieanschließenden Spül- und Passivie-rungsschritte lassen sich bei diesemVerfahren sehr elegant durch Wechselder Pumpvorlage realisieren.

5.5 Nahtbeizen (Pinselbeizen)

Wie der Name bereits andeutet, findetdiese Methode in erster Linie Anwen-dung, um einzelne Schweißnähte vonAnlauffarben und Zunderschichten zubefreien. Das ist oft nicht nur in derWerkstatt, sondern auch auf der Bau-stelle erforderlich. Als Beizmittel werdenBeizpasten benutzt. Diese basierenmeist auf Salpetersäure und Flusssäu-re, die mit inerten, meist mine-ralischen Pulvern zu streichfähigenGemischen verarbeitet wurden. WeitereZusätze verhindern zu schnellesAntrocknen. Moderne Beizpasten wer-den mit wasserlöslichen, thixotropenGelen eingedickt, die rückstandsfreiabspülbar sind und keine Sedimentehinterlassen. Das Auftragen erfolgt mitsäurefesten Pinseln. Nach dem Beizenmuss die Paste gründlich abgespült wer-den. Alle Spülwässer sind aufzufangenund gemäß den gesetzlichen Vorschrif-ten aufzubereiten oder zu entsorgen.

5.6 Elektrochemisches Beizen

Beim elektrochemischen Beizen erfolgtin Beizbädern mit geringer Aggressi-vität eine elektrolytische Oberflächen-abtragung durch Gleichstrom. Hierzuwerden entsprechende Elektrolysean-lagen mit Tauchbädern und Kathodenbenötigt, die in ihrer Form auf das Beiz-gut abgestimmt sind, um eine gleich-mäßige Einwirkung zu erzielen. Die ver-wendeten Elektrolyte enthalten keinegasenden Säuren wie Flusssäure oderSalpetersäure. Sie lösen den Werkstoffelektrochemisch durch anodischeReaktionen auf. Der dabei freigesetzteSauerstoff sprengt Zunderschichtenab. Die Grenzen dieser Verfahren wer-den erreicht, wo die Zunderschichtenwegen ihrer Dicke den Stromdurchgangverhindern.

Es gibt auch mobile Anlagen unter-schiedlicher Größe, so dass elektro-

Bild 6: Für Edelstahlteile, die sowohl in einem Beizbad getaucht werden können als auchnur im Sprühbeizverfahren zugänglich sind, bietet sich ebenso das Rotationsbeizver-fahren in einem Beizcontainer an

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chemisches Beizen häufig anstelle desSprüh- und Nahtbeizens eingesetztwerden kann. Da das elektrochemischeBeizen auch als eine Vorstufe des elek-trolytischen Polierens angesehen wer-den kann, ist es in der Broschüre "Elek-tropolieren und Polieren nichtrostenderStähle (MB 825)" der InformationsstelleEdelstahl Rostfrei eingehender be-handelt.

6 NachbehandlungNach jeder Beizbehandlung müssendie Werkstücke von allen Beizmittelnund Beizrückständen (Beizbast) befreitwerden. Dies geschieht am bestendurch Spülen mit klarem Wasser.Tauchbeizanlagen verfügen häufigüber entsprechende Spülbecken. Aller-dings können Werkstücke nach demTauchbeizen ebenso mit Hilfe einesHochdruckreinigers abgespült werdenwie nach der Behandlung mit Beizpa-sten oder Sprühbeizen.

Um Ablaufspuren und Fleckenbildungauf den Oberflächen zu verhindern,muss darauf geachtet werden, dassdas verwendete Spülwasser einen Här-tegrad unter 10 Grad deutscher Härteaufweist und nicht warm oder heißangewendet wird.

Es ist auf jeden Fall darauf zu achten,dass die erste Reinigungsstufe mit

kaltem Wasser erfolgt, um die Was-serverdunstung gering zu halten unddas Entstehen von Kalkflecken zuvermeiden. Darüber hinaus mussgewährleistet sein, dass das Spül-wasser von den Oberflächen voll-ständig abläuft und keine Lachenbildet, die dann auftrocknen. Dieskann lokale Überbeizungen verursa-chen.

Sollten die Ansprüche an die Ober-fläche des Beizgutes so hoch sein,dass selbst Wasserflecken stören, oderwird vom Endanwender eine vollstän-dige Chloridfreiheit verlangt, ist derletzte Spülvorgang auf jeden Fall mitdemineralisiertem Wasser durchzu-führen.

Das Auftreten brauner, schlierenartigerFlecken nach dem Spülen lässt aufungenügendes Abspülen der Beizmit-tel schließen, denn diese enthaltendurch den Beizprozess gelöstes Eisen,das unter Lufteinwirkung Eisen(III)-Hydroxid bildet. Die dadurch entste-henden braunen Verfärbungen solltendurch Nachbehandlung entfernt wer-den, um die Korrosionsbeständigkeitder gebeizten Oberflächen nicht zugefährden.

Sofern Spalte, Hohlräume oder ande-re schwer zugängliche Stellen vorhan-den sind, müssen sie gründlich gesäu-bert werden. Gerade an derartigen Stellen ist eine Kontrolle der Feuchtig-keitsreste auf ihren pH-Wert notwen-dig, wofür pH-Papier verwendet wird.Manchmal ist dort ein Neutralisierenmit einer alkalischen Lösung vonNatronlauge oder Soda zweckmäßig.Die Konzentration der Lauge sollte beica. 2 % liegen. Die Zugabe von etwasNetzmittel verbessert die Wirkung.

Bild 7: Um einzelne Schweißnähte von Anlauffarben und Schweißrückständen zu befrei-en, werden beim Nahtbeizen streichfähige Beizpasten mit einem säurefesten Pinsel auf-getragen

Bild 8: Zum Abschluß jeder Beizbehandlung müssen die Werkstücke von allenBeizmitteln und Beizrückständen (Beizbast) freigespült werden

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Spalte, die nicht freigespült werden können, bergen auch nach dem Neutra-lisieren die Gefahr von Spaltkorrosion,weshalb bereits bei der Gestaltung derWerkstücke die Spülbarkeit berücksich-tigt werden muss. Bei Hohlräumen inProfilen besteht immer das Risiko, dassdurch das Beizen fehlerhafte Stellen inSchweißnähten geöffnet werden.Dadurch dringt Beize in den Hohlraumein, was sehr häufig nicht erkannt wird.Dies führt zu einem Korrosionsangriff imInneren des Bauteils und zum Austretenvon Beizflüssigkeit. Es ist daher sicherer,Hohlprofile mit Spülbohrungen zu ver-sehen, anstatt sie dicht zu verschweißen.

7 Betriebsanlagen,Betriebsmittel undUmweltschutz

Beim Einsatz von Beizmitteln müssenhohe Anforderungen an Arbeitsstätten,Lagerräume und Betriebsmittel erfülltwerden. Dabei gilt es zahlreichegesetzliche Bestimmungen und Vor-schriften zu beachten.

Beizanlagen mit Beizbädern > 1 m3 bis< 30 m3 Volumen unterliegen gemäßBundesimmissionsschutzverordnungder Genehmigungspflicht im verein-fachten Verfahren. Beizanlagen mitBeizbädern > 30 m3 Volumen sindebenfalls genehmigungspflichtig, wo-bei das Genehmigungsverfahren mitÖffentlichkeitsbeteiligung stattfindet.

Beizanlagen mit Beizbädern < 1 m3

Volumen bzw. Arbeitsstätten, an denenweniger als 1 m3 Sprühbeizen oderBeizpasten auf einmal verarbeitet wer-den, müssen weder angezeigt nochgenehmigt werden. Allerdings müssenhinsichtlich Lagerung, Abluft, Abwas-ser etc. die geltenden gesetzlichenBestimmungen eingehalten werden.

Unabhängig davon ist die Lagerungvon mehr als 2 t giftiger/sehr giftigerStoffe gemäß Bundesimmissions-schutzverordnung meldepflichtig.

Soweit möglich, sollte in einemgeschlossenen, vom übrigen Betriebabgetrennten Raum gebeizt werden,dessen Bodenbeschichtung unterBeachtung der VAWS ebenso säurefestgestaltet ist wie Decken und Wände.

Fenster sollten aus Kunststoff bestehenoder mit Folie beklebt werden, da Glasdurch Flusssäuregase rasch blind wird.

Es muss gewährleistet sein, dass Spül-wässer aufgefangen und in einer ei-genen Abwasserbehandlungsanlagegemäß Anhang 40 der Abwasserver-ordnung behandelt oder über einenFachbetrieb entsorgt werden.

Was die beim Beizen auftretendenGase angeht, sind einerseits die Emis-sionsgrenzwerte gemäß TA Luft undandererseits die geltenden Arbeits-platzgrenzwerte einzuhalten. Es musseine angemessene Abluftanlage vor-handen sein.

Behälter, Anlagenteile und Betriebs-mittel müssen gegenüber den einge-setzten Säuren beständig sein. So sindholz- und metallfreie Beizpinsel mitKunststoff-Borsten zu bevorzugen.Sprühvorrichtungen für Sprühbeizenwerden vorwiegend aus säurefestemKunststoff gefertigt. Für Tauchbeiz-behälter ist Polyethylen oder besserPolypropylen als Werkstoff vorgesehen.Tauchwerkzeuge und -körbe bestehenaus mit säurefesten Kunststoffen über-zogenem Metall, aus Vollkunststoffoder aus Edelstählen (z.B. 1.4571,1.4436, 1.4439, 1.4539), oder Nickel-basis-Legierungen. Es ist jedoch zubeachten ist, dass Edelstahlkörbe oderKörbe aus Nickelbasis-Legierungensich im Laufe der Zeit auflösen.

8 ArbeitsschutzDer Umgang mit Beizmitteln erfordertzwingend geeignete Maßnahmen zumSchutz der Anwender. Das Sicher-heitsdatenblatt des jeweiligen Pro-duktes gibt Auskunft über die erfor-derliche persönliche Schutzausrüstungwie Atemschutz, Körperschutz oderSchutzbrille.

Darüber hinaus müssen Vorkehrungenfür den Fall eines Unfalls getroffen wer-den. Hierzu zählt das Bereitstellen vonAugendusche, Körperdusche undErste-Hilfe-Mitteln gemäß Sicherheits-datenblatt in unmittelbarer Nähe desBeizplatzes.

Selbstverständlich sind auch die gel-tenden Bestimmungen zur Arbeitssi-

cherheit (z.B. Erstellen von Betriebsan-weisungen, Sicherheitsbelehrungen,Hinweis- und Warnschilder, Kennzeich-nung von Behältern etc.) zu befolgen.

9 Schluss-betrachtung

Die Entscheidung, ob Bauteile gebeiztwerden sollen, muss vor allem unterzwei Gesichtspunkten getroffen wer-den:

• Sind andere Verfahren, vor allemSchleifen und Bürsten, anwendbarund ausreichend?

Die Sicherheit, auf diesen Wegen dieerforderliche Freiheit von Fremdrostund Eisenstaub zu erreichen, ist dannnicht gegeben, wenn die Produktions-bedingungen keine alleinige Verarbei-tung von Edelstahl Rostfrei erlauben.In Betracht käme auch noch das Strah-len mit geeigneten Strahlmitteln, dasaber Fremdrost nicht immer sicher ent-fernt. Auch wenn starke Anlauffarbendurch Schweißen oder Verzunderungendurch Glühbehandlungen auftreten, istdas Beizen nicht zu umgehen. Verglei-chende Untersuchungen haben anunterschiedlichsten nichtrostendenStahlsorten ergeben, dass erst mitBeizbehandlungen eine optimale Kor-rosionsbeständigkeit erzielt wird.

• Ist das Beizen ein ständiger Arbeits-gang in der laufenden Produktion?

Die Zusammenarbeit mit einer Lohn-beizerei ist dann in Betracht zu ziehen,wenn nur in Einzelfällen gebeizt wirdoder wenn neben der Einrichtung einerBeizerei auch die besonderen Anfor-derungen an den Arbeits- und Umwelt-schutz Probleme bereiten. Es hat sichgezeigt, dass auch periodisch anfal-lende Beizarbeiten häufig kostengün-stig durch Lohnbeizereien erledigt wer-den können. Diese bieten die ver-schiedenen Beizverfahren an undverfügen oft auch über mobile Anlagen,die einschließlich der Entsorgung dengesamten Beizvorgang am Herstel-lungsort übernehmen können, so dassdie Bauteile nicht in den Beizbetriebtransportiert werden müssen.

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Merkblatt 826Beizen von Edelstahl Rostfrei

Informationsstelle Edelstahl Rostfrei

Informationsstelle Edelstahl RostfreiPostfach 10 220540013 Düsseldorf

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