Beschreibung
P 502 – Untersuchung der Prozessparameter zur Herstellung geschmiedeter Schneidwaren und kosmetischer sowie chirurgischer Instrumente aus hochstickstofflegiertem martensitischem Stahl (HNS)
Herkömmliche Schneidwaren, kosmetische Zangen und chirurgische Scheren aus martensitischen Stählen weisen unter den harten Reinigungs-, Desinfektions- und Sterilisationsbedingungen in Spülmaschinen und Autoklaven oft Korrosionsstellen auf. Neben den physikalischen Parametern spielen dabei die Wasserqualität mit der geringen Alkalinität und die Belastung durch Chlor-Ionen eine wesentliche Rolle. Diese Neigung zur Lochfraßkorrosion beeinträchtigt in erheblichem Maße den Einsatz von chirurgischen und kosmetischen Instrumenten und führt bei hochwertigen Schneidwaren zu Kundenreklamationen. Die Verwendung eines korrosionsbeständigeren Stahls für hochwertige Konsumgüter und professionelle Instrumente liegt somit auf der Hand.
Wegen ihrem ausgezeichneten Korrosions- und Verschleißwiderstand stellen die stickstofflegierten Stähle eine zukunftsfähige Werkstoffalternative dar. In dem vorliegenden Forschungsprojekt wurden zwei Varianten des stickstofflegierten Stahls X30CrMoN15-1, Markenname Cronidur, hinsichtlich ihrer Eignung zur Herstellung geschmiedeter Schneidwaren sowie kosmetischer und chirurgischer Instrumente untersucht. Die beiden Chargen unterscheiden sich in ihrem Stickstoffgehalt. Bei den Untersuchungen wurde der Schwerpunkt auf die Anpassung und Optimierung der Herstellungsprozesse gelegt.
Im Rahmen des Projektes wurden erfolgreich gebrauchsfähige Kochmesser, Eckenzangen und Präparierscheren gefertigt. Die Untersuchungen zeigen, dass sich beide Stahlsorten für die Fertigung dieser Produktgruppen hervorragend eignen. Für eine optimale Bearbeitung der Rohlinge aus X30CrMoN15-1 in den vorhandenen Anlagen sind jedoch Anpassungen der Schmiedeparameter, des Weichglühverfahrens und der Wärmebehandlungsbedingungen erforderlich.
Neben der hohen Härte und der hervorragende Biegefestigkeit der Messerklingen wurde bei beiden Varianten ebenfalls eine Steigerung der Korrosionsbeständigkeit und der Schneidhaltigkeit gegenüber herkömmlichen Stählen festgestellt. Diese Ergebnisse sind jedoch stark von der Wärmebehandlung abhängig. Das Optimum für Korrosionsbeständigkeit und Schneidleistung wird nur durch verschiedene Wärmebehandlungsparameter erzielt. Ein Kompromiss zwischen den beiden Eigenschaften ist damit unumgänglich.
Bei den Korrosionsuntersuchungen für den chirurgischen Bereich weist die stickstoffärmere Variante gemischte Ergebnisse auf. Neben einer außergewöhnlich hohen Durchbruchspannung bei der Stromdichte-Potentialmessung werden nur durchschnittliche Ergebnisse beim Spannungs- Riss-Korrosionstest erreicht. Im Kupfersulfattest wiederum weist die Stahloberfläche keinerlei Anzeichen von interkristalliner Korrosion auf. In den Praxisversuchen an kosmetischen Zangen wurde eindeutig festgestellt, dass der X30CrMoN15-1, sowohl in den Schneideigenschaften als auch im Korrosionsverhalten, dem herkömmlichen Stahl überlegen ist.
Mit den vorliegenden Forschungsergebnissen ist die Implementierung der Produktion von Schneidwaren aus X30CrMoN15-1 in einer Großserienproduktion möglich. Damit ist die Grundlage für die Entwicklung von marktfähigen Produkten mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und Verschleißwiderstand gelegt.
Autoren:
G.C. Stehr, S. Zind
Veröffentlichung:
2010
