Was ist Delta-Ferrit?
Laut ISER-Merkblatt 827 (1. Auflage 2013) ist die Zusammensetzung zahlreicher austenitischer Stähle — mit Ausnahme sehr hoch legierter, stabil austenitischer Sorten wie 1.4539 — so angelegt, dass sie bei hohen Temperaturen Ferritanteile aufweisen, die dort Delta(δ)-Ferrit heißen und sich beim Abkühlen auf Raumtemperatur nicht vollständig in Austenit umwandeln. Für den Stahl 1.4301 nennt das Merkblatt in der Regel einen Ferritgehalt von einigen Volumenprozent.
ISER-Merkblatt 823 (5. Auflage 2019) beschreibt dasselbe für das Schweißen: Das Grundgefüge der meisten austenitischen Standardstähle ist nicht vollständig austenitisch; die Zusammensetzung ist so abgestimmt, dass in der Wärmeeinflusszone und im Schweißgut nach dem Abkühlen noch kleine Anteile Delta-Ferrit vorhanden sind. Typische Gehalte liegen laut Merkblatt bei etwa 5 % — eine beschreibende Angabe, keine Vorgabe.
Warum Delta-Ferrit Heißrissen entgegenwirkt
Vollaustenitische Stähle erstarren laut Merkblatt 823 austenitisch. Spurenelemente, insbesondere Schwefel, sind im Austenit praktisch nicht löslich, reichern sich in der Restschmelze an und senken deren Erstarrungstemperatur stark ab. Durch die Schrumpfspannungen beim Abkühlen entstehen dann Mikrorisse in den noch flüssigen oder teigigen Korngrenzbereichen; als häufigste Ursache nennt das Merkblatt Nickelsulfid. Erstarrungsrisse und Wiederaufschmelzungsrisse in der Wärmeeinflusszone entstehen nach demselben Mechanismus.
Zur Vermeidung genügt laut Merkblatt 823 häufig eine geringe Änderung der Zusammensetzung, sodass der Stahl nicht mehr primär austenitisch, sondern ferritisch erstarrt; der verbleibende Delta-Ferrit wirkt der Heißrissbildung entgegen. Merkblatt 827 bestätigt, dass Gieß- und Schweißbarkeit durch solche Ferritanteile verbessert werden, weil die Neigung zur Heißrissigkeit geringer wird. Unabhängig davon warnt der Bericht der Deutschen Edelstahlwerke zu 1.4435 (2001), dass sehr niedrige Ferritgehalte zu Warmrissbildung beim Schmieden oder Schweißen führen könnten.
Für die heißrissanfälligen vollaustenitischen Werkstoffe empfiehlt Merkblatt 823, mit möglichst geringem Wärmeeintrag zu schweißen: Kleine Schweißbäder erstarren schnell und begrenzen die Seigerung, Strichraupen sind besser geeignet als Pendelraupen, und es ist auf erhöhte Sauberkeit zu achten — die gereinigten Bereiche dürfen nicht mehr mit bloßen Händen berührt werden.
Schaeffler-Diagramm, De-Long und WRC
Eine Übersicht über die Gefüge, die sich aus der chemischen Zusammensetzung ergeben, bietet laut Merkblatt 823 das Schaeffler-Diagramm, das A. L. Schaeffler 1948 veröffentlicht hat; ermittelt wurde es durch Schweißversuche mit Stabelektroden von 5 mm Durchmesser. Auf den Achsen stehen zwei Äquivalente, die laut Merkblatt das Verhältnis der Ferritbildner Chrom, Molybdän, Silizium und Niob zu den Austenitbildnern Nickel, Kohlenstoff, Mangan und Stickstoff abbilden; von diesem Verhältnis hängt der Anteil an Delta-Ferrit in erster Linie ab. Die Rechenvorschrift für die Äquivalente steht im Merkblatt; sie wird hier nicht wiedergegeben, weil es laut DEW-Bericht viele verschiedene Formeln gibt.
Im Diagramm markiert das Merkblatt vier beim Schweißen gefährdete Bereiche: Kornwachstum, Härterisse durch Martensit, Versprödung durch Sigma-Phase und Heißrisse. Die austenitischen Standardstähle liegen laut Merkblatt in einem eigenen Bereich mit geringen Delta-Ferrit-Gehalten.
Für eine genauere Abschätzung nennt Merkblatt 823 das De-Long-Diagramm, einen Ausschnitt des Schaeffler-Diagramms, der die Wirkung des Stickstoffs berücksichtigt und für Ferrit-Nummern bis FN 18 angewendet werden kann. Für höhere Ferritgehalte, etwa im Schweißgut von Duplex-Stählen, verweist es auf das WRC-Diagramm bis FN 100 — und hält fest, dass auch dieses nur Anhaltswerte liefert. In seiner Literaturliste führt das Merkblatt dazu den Beitrag „WRC-1992-Diagramm löst DeLong-Diagramm ab“. Der DEW-Bericht kommt aus Sicht des Stahlherstellers für den Grundwerkstoff zu einem ähnlichen Befund: Aus der Analyse gerechnete Delta-Ferrit-Werte sind nur Richt- oder Hinweiswerte, weil es viele Rechenformeln gibt und die thermomechanische Bearbeitung darin nicht berücksichtigt ist.
Wie das Schaeffler-Diagramm bei der Zusatzwahl für eine Verbindung aus Edelstahl und Baustahl eingesetzt wird, steht unter Edelstahl mit Stahl verschweißen; Gefüge und Schweißen der Duplex-Stähle unter Duplex-Stahl.
Ferrit-Nummer statt Prozentangabe
Für das Schweißgut gibt es laut ISER-Merkblatt 827 (Stand 2013) kein Messverfahren, das den absoluten Delta-Ferrit-Gehalt zerstörend oder zerstörungsfrei bestimmt. Daraus entstand international das Konzept der Ferrit-Nummer (FN): die Beschreibung des Delta-Ferrit-Gehalts im Schweißgut nach einem genormten Verfahren. Bis etwa FN 8 entspricht die Ferrit-Nummer laut Merkblatt näherungsweise dem Ferritgehalt in Volumenprozent, darüber ist sie etwas größer.
ISO 8249 legt laut Merkblatt 827 als genormtes Messverfahren die Abreißkraft fest, die nötig ist, um einen Magneten definierter Stärke und Größe von der Schweißgutprobe zu trennen; kalibriert wird mit Primärnormalen. Daneben nennt das Merkblatt magnetinduktive Ferrit-Messgeräte: Die Basler Norm versteht unter Ferrit alle Phasen, die ein solches Gerät im austenitischen Grundgefüge erfasst, und in diesem Zusammenhang müssen laut Merkblatt die Kalibriernormale der Geräte rückführbar sein. Im Umfeld der Ferritmessung steht außerdem ISO 17655; ihr Inhalt ist auf dieser Seite nicht ausgewertet.
ISO 15614-1:2017 (zitiert nach BS EN ISO 15614-1:2017) nennt in Abschnitt 7.1 die Delta-Ferrit-Prüfung als eine der zusätzlichen Prüfungen, die eine Anwendungsnorm für die Verfahrensprüfung festlegen kann — neben Korrosionsprüfung, Härteprüfung und weiteren (sinngemäß; Originalwortlaut englisch).
Ist die Schweißnaht magnetisch?
Oft ja, ein wenig. Laut Merkblatt 823 zeigt sich der geringe Delta-Ferrit-Gehalt der Standard-Austenite in einem geringen Magnetismus. Merkblatt 827 ergänzt, dass die erwünschten geringen Delta-Ferrit-Anteile zu ferromagnetischem Verhalten führen können, das bei bestimmten Anwendungen beachtet werden muss, und dass auch Martensit aus einer Kaltumformung magnetisch ist. Die ferritischen, martensitischen und austenitisch-ferritischen nichtrostenden Stähle sind laut Merkblatt ohnehin ferromagnetisch. Woher der Magnetismus im Grundwerkstoff kommt und was bei einer Reklamation zählt, steht unter Edelstahl magnetisch.
Ein Magnet sagt deshalb wenig über die Ursache. Der DEW-Bericht hält fest, dass magnetische Messgeräte alle magnetisierbaren Phasen als Ferrit erfassen und nicht zwischen Ferrit und etwa Verformungsmartensit unterscheiden. Umgekehrt schließt ein niedriger Messwert Fehler nicht aus: Die Sigma-Phase, die sich laut DEW-Bericht in der Ferritphase bildet, ist nicht magnetisierbar, sehr spröde und hat eine sehr geringe Korrosionsbeständigkeit; Material mit magnetisch gemessenem Ferritanteil unter 0,5 % kann sie trotzdem enthalten. Auch Merkblatt 827 beschreibt die Umwandlung von Delta-Ferrit in die nicht magnetische Sigma-Phase bei einer Glühung, unter der die mechanischen Eigenschaften leiden.
Wo geringe Magnetisierbarkeit verlangt wird, steht das in der Bestellung. Als Beispiel nennt Merkblatt 827 die Basler Norm BN 2 für den Werkstoff 1.4435: höchstens 0,2 % Ferrit für Blech und nahtlose Rohre, höchstens 0,5 % für geschweißte Rohre, nachzuweisen mit magnetinduktiven Messgeräten. Der DEW-Bericht nennt 0,5 % ohne Unterscheidung nach Erzeugnisform. Maßgeblich ist die in der Bestellung vereinbarte Fassung.
Einordnung: Bei einer Naht aus Standard-Austenit ist leichter Magnetismus für sich kein Befund. Zum Befund wird er erst, wenn Auftrag oder Anwendungsnorm eine Ferrit- oder Permeabilitätsgrenze festlegen — dann gehören Grenzwert, Messverfahren und Messgerät in den Prüfplan.
Wo Delta-Ferrit in den Unterlagen auftaucht
Einordnung: Fordert der Auftrag eine Ferritgrenze, wird sie als zusätzliche Prüfung in der Verfahrensprüfung nachgewiesen und der Messwert mit Verfahren (etwa Ferrit-Nummer nach ISO 8249) und kalibriertem Messgerät dokumentiert. Ohne solche Forderung bleibt Delta-Ferrit eine Größe der Werkstoff- und Zusatzwahl, die in der Schweißanweisung über Grundwerkstoff und Zusatz festgelegt ist.
EdelstahlNorm berechnet und misst keinen Ferritgehalt. Die Software führt die Nachweise der Schweißtechnik — Schweißanweisungen, Verfahrensprüfungen mit Werkstoffgruppen nach ISO 15608, Schweißerqualifikationen, Zusatzwerkstoffe und Prüfmittel.
Dieser Text ist eine Einordnung, keine Rechtsberatung und kein Normersatz. Grundlage sind ISER-Merkblatt 823 „Schweißen von Edelstahl Rostfrei“, 5. Auflage 2019, ISER-Merkblatt 827 „Magnetische Eigenschaften nichtrostender Stähle“, 1. Auflage 2013, der Bericht 2001-4 der Deutschen Edelstahlwerke zum Delta-Ferrit-Gehalt bei 1.4435 (Abruf jeweils 05.10.2026) und BS EN ISO 15614-1:2017 mit Amd 1:2019; maßgeblich ist der Wortlaut der jeweils gültigen Fassung.