Deltaferrit und Heißrisse beim Schweißen nichtrostender Stähle: Ferritnummer, Schaeffler, WRC

Von Robert Lahnsteiner, Schweißfachingenieur (SFI/IWE) · Stand: November 2026

Weil ein kleiner Anteil Deltaferrit vor Heißrissen schützt. Rein austenitisch erstarrendes Schweißgut reißt leicht, solange es zwischen den Körnern noch flüssig oder teigig ist. Deshalb sind die meisten Schweißzusätze für austenitische Stähle so legiert, dass im Schweißgut einige Prozent Ferrit bleiben, typisch um 5 %.

Die Ursache der Risse sind Begleitelemente, allen voran Schwefel und Phosphor. Im Austenit sind sie kaum löslich, reichern sich in der Restschmelze zwischen den Dendriten an und bilden dort niedrig schmelzende Filme. Nickelsulfid zum Beispiel schmilzt schon bei rund 645 °C. Beim Abkühlen zieht die Naht sich zusammen, und die Korngrenzen reißen auf.

Ferrit nimmt Schwefel und Phosphor deutlich besser auf und unterbricht die durchgehenden Korngrenzen. Erstarrt das Schweißgut zuerst ferritisch, bleibt die Restschmelze sauberer, und Heißrisse werden selten. Am geringen Magnetismus einer Edelstahlnaht erkennt man diesen gewollten Ferritanteil.

Entscheidend ist, womit das Schweißgut zu erstarren beginnt. Die Heißrissneigung nimmt von rein austenitischer zu rein ferritischer Erstarrung deutlich ab.

Ferritnummer und Erstarrungsart hängen beide von der Zusammensetzung ab, aber nicht immer eindeutig. In der Praxis wird trotzdem die Ferritnummer vorgeschrieben und gemessen, weil sie genormt und einfach zu prüfen ist.

Reihenfolge der Erstarrungsarten nach ISO 3581, Anhang B. Die FN-Spannen sind Anhaltswerte.

Es gibt zwei Arten von Heißrissen. Erstarrungsrisse entstehen im Schweißgut selbst, meist in der Nahtmitte oder im Endkrater. Wiederaufschmelzrisse entstehen in der Wärmeeinflusszone oder in der darunterliegenden Raupe, wenn die nächste Lage die niedrig schmelzenden Korngrenzen erneut aufschmilzt. Der Mechanismus ist bei beiden derselbe.

Die Ferritnummer (FN) ist ein magnetisch gemessener, genormter Kennwert nach ISO 8249, kein Volumenanteil. Bei niedrigen Gehalten liegen FN und Prozent Ferrit nahe beieinander, mit steigendem Ferrit liegt die FN merklich höher. Wer FN und Prozent gleichsetzt, schätzt den Ferritanteil zu hoch ein.

Früher wurde der Ferrit im Schliffbild ausgezählt. Weil er sehr fein, unregelmäßig und ungleichmäßig verteilt ist, streuten die Ergebnisse stark. Deshalb einigte man sich auf einen Maßstab: Messgeräte werden mit Standards kalibriert, denen eine Ferritnummer zugeordnet ist. In Ringversuchen bestimmen verschiedene Prüfstellen dieselbe Probe damit auf etwa ± 1 FN genau, im Bereich von 0 bis 28 FN.

Für Duplexstähle reicht die Skala bis 100 FN. DeLong gibt für seinen Bereich von 0 bis 18 FN etwa 0 bis 14 % Ferrit an.

Alle drei fassen die ferritbildenden Elemente zu einem Chromäquivalent und die austenitbildenden zu einem Nickeläquivalent zusammen. Für den Ferritgehalt von austenitischem und Duplex-Schweißgut ist das WRC-1992-Diagramm am genauesten. Das Schaeffler-Diagramm bleibt unverzichtbar für Verbindungen mit unlegiertem Stahl, weil nur es Martensit zeigt.

Gehalte in Masse-%. Genauigkeit nach DVS 0946 und ISO 3581, Anhang B. Die Diagramme gelten für unvermischtes Schweißgut beim Lichtbogenschweißen.

• Schaeffler entstand aus Versuchen mit 5-mm-Stabelektroden. Es zeigt die Bereiche Austenit, Ferrit, Martensit und ihre Mischungen und eignet sich deshalb, um bei Schwarz-Weiß-Verbindungen die Aufmischung und den passenden Zusatz zu bestimmen. Stickstoff fehlt in der Formel.
• DeLong ist ein vergrößerter Ausschnitt des Schaeffler-Diagramms für niedrige Ferritgehalte und bezieht den Stickstoff ein, der die Ferritnummer deutlich senkt.
• WRC-1992 rechnet Mangan nicht mehr mit, dafür Kupfer, und reicht bis 100 FN. Damit deckt es auch Duplexschweißgut ab.

Die drei Diagramme lassen sich direkt nachrechnen:

• Schaeffler, DeLong, WRC-1992 mit zwei Grundwerkstoffen und Schweißzusatz, einschließlich Aufmischung
• Schaeffler-Diagramm ohne Schweißzusatz, etwa für WIG- oder Laserschweißen ohne Draht
• Schaeffler-Diagramm für den Bereich der Normanalyse: wo eine Sorte mit ihren Analysegrenzen liegen kann

Nicht nur der Draht bestimmt den Ferritgehalt, sondern auch Aufmischung, Schutzgas, Lichtbogenlänge, Abkühlgeschwindigkeit und Wärmebehandlung. Weicht der gemessene Wert stark vom Datenblatt ab, liegt die Ursache meist hier.

• Stickstoffaufnahme: Stickstoff ist ein starker Austenitbildner. Ein zu langer Lichtbogen oder ein gestörter Gasschutz zieht Luftstickstoff ins Schmelzbad und kann die Ferritnummer beträchtlich senken. Bei Duplex setzt man Stickstoff dagegen gezielt dem Schutzgas zu.
• Schutzgas: Sauerstoff im Gas brennt Chrom ab, CO₂ bringt Kohlenstoff ein. Beides verschiebt das Gefüge zum Austenit, siehe Schutzgase.
• Aufmischung: Der aufgeschmolzene Grundwerkstoff verändert die Analyse. Bei Duplex steigt der Ferritgehalt dadurch meist, bei Schwarz-Weiß-Verbindungen sinkt er.
• Abkühlgeschwindigkeit: Je schneller die Naht abkühlt, desto weniger Ferrit wandelt sich bei Duplex in Austenit um. Beim Laserstrahlschweißen fand Schuster dagegen in austenitischem Schweißgut weniger Ferrit als beim Lichtbogenschweißen; dort treffen die Diagramme nicht mehr zu, und Legierungen nahe der Grenze können ihre Erstarrungsart wechseln.
• Mehrlagentechnik und Wärmebehandlung: Jede weitere Lage glüht die darunterliegende an und senkt dort den Ferritgehalt. Eine Wärmenachbehandlung kann die gemessene Ferritnummer bis auf null senken.

So viel wie nötig gegen Heißrisse, so wenig wie möglich für Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Für Standard-Austenite haben sich einige FN bewährt, für Duplexschweißgut 30 bis 70 FN.

• Standard-Austenite (308L, 316L): einige FN, häufig vereinbart als Spanne wie 3 bis 8 oder 5 bis 10 FN.
• Vollaustenitisch (z. B. 310, Sorten wie 1.4439 und 1.4539): praktisch ferritfrei. Null FN zu fordern ist nicht realistisch, höchstens 0,5 FN dagegen schon.
• Duplex: 30 bis 70 FN nach DVS 0946. Darunter leidet die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion, darüber die Zähigkeit. Bis 85 FN im WIG-Schweißgut gelten im Allgemeinen noch als zulässig. Mehr unter Duplex und Superduplex.

Zu viel Ferrit schadet aus drei Gründen: Er senkt die Zähigkeit, besonders bei tiefen Temperaturen. Bei längerem Betrieb im Bereich um 475 °C entmischt er sich und versprödet (475-°C-Versprödung); bei höheren Temperaturen oder einer Wärmebehandlung können sich spröde Phasen wie die Sigma-Phase bilden. Und in manchen Medien wird er bevorzugt angegriffen. Deshalb begrenzen manche Regelwerke den Ferritgehalt nach oben, etwa für Tieftemperaturanwendungen.

Ferritspannen sollten nicht zu eng vereinbart werden. Nach ISO 3581 sind 5 bis 10 FN oder 40 bis 70 FN realistisch, 5 bis 6 FN oder 45 bis 55 FN dagegen nicht. Prozess und Messung streuen mehr.

Mit einem magnetischen Messgerät, das nach ISO 8249 kalibriert ist. Gemessen wird an einer geglätteten Stelle in der Nahtmitte, nicht an Kanten, auf rauer Schuppung oder neben magnetischem Grundwerkstoff.

Innerhalb einer Naht schwankt der Ferritgehalt von Natur aus: Wo sich Raupen überlappen, glüht die nächste Lage die vorige an und senkt den Ferrit. Einzelwerte sind deshalb weniger aussagekräftig als der Mittelwert aus mehreren Messungen. Gekrümmte Oberflächen und dünne Bleche verfälschen das Ergebnis.

Ablauf und Bewertung beschreibt Prüfung und Arbeitsschutz.

Mit einem Schweißzusatz, der primär ferritisch erstarrt, wenig Wärme und sauberem Arbeiten. Bei vollaustenitischen Stählen, die keinen Ferrit bilden dürfen, kommt es auf die Wärmeführung und die Reinheit besonders an.

• Zusatz mit Ferrit wählen, für 1.4301 also 308LSi, für 1.4404 316LSi, nicht einen vollaustenitischen Draht.
• Wärmeeinbringung begrenzen und Zwischenlagentemperaturen einhalten. Kleine Schmelzbäder erstarren schnell und entmischen weniger.
• Strichraupen statt Pendelraupen: Sie sind schmaler und schrumpfen mit kleineren Spannungen.
• Endkrater füllen und Endkraterrisse an Heftstellen ausschleifen.
• Sauber arbeiten: Schwefel aus Öl, Fett, Markierstift oder Handschweiß gelangt leicht ins Schmelzbad. Gereinigte Nahtbereiche nicht mehr mit bloßen Händen anfassen.
• Aufmischung beachten: Bei Verbindungen mit anderen Werkstoffen den Ferrit des Mischgutes mit dem Schaeffler-Rechner prüfen.

Vollaustenitische Zusätze wie 310 (ML 25 20) braucht man für hitzebeständige Stähle oder wenn kein Magnetismus zulässig ist. Dann gilt alles oben Gesagte besonders streng.

Warum ist meine Edelstahlnaht magnetisch, der Grundwerkstoff aber nicht?

Weil das Schweißgut gewollt etwas Deltaferrit enthält, der magnetisch ist. Das ist kein Fehler, sondern der Schutz gegen Heißrisse.

Ist 8 FN dasselbe wie 8 % Ferrit?

Ungefähr. Bei niedrigen Werten liegen FN und Prozent nahe beieinander, bei höheren liegt die FN darüber. In Spezifikationen sollte immer die FN stehen, weil nur sie reproduzierbar gemessen wird.

Welches Diagramm soll ich verwenden?

Für den Ferritgehalt von austenitischem und Duplexschweißgut das WRC-1992-Diagramm, für Schwarz-Weiß-Verbindungen und die Frage nach Martensit das Schaeffler-Diagramm. Alle drei rechnet der Rechner für Schaeffler, DeLong und WRC gleichzeitig.

Gelten die Diagramme auch für Laserschweißen?

Nur eingeschränkt. Durch die sehr schnelle Abkühlung bleibt weniger Ferrit, als die Diagramme angeben, und Legierungen nahe der Grenze können anders erstarren. Hier hilft nur eine Messung an der Probe.

Die Reihe vom Werkstoff über Verfahren, Gas und Nahtschutz bis zur geprüften Naht. Den Überblick gibt die Seite Schweißen nichtrostender Stähle.

1. Was Edelstahl nichtrostend macht
2. Den Schweißzusatz wählen
3. Verfahren im Überblick
4. Schutzgase
5. Wärmeeinbringung und Zwischenlagentemperatur
6. Nahtvorbereitung und Heften
7. Wurzelschutz und Formieren
8. Anlauffarben, Beizen, Passivieren
9. Duplex und Superduplex
10. Edelstahl mit unlegiertem Stahl verbinden
11. Nahtfehler und Korrosionsschäden
12. Prüfung und Arbeitsschutz