Was ist 304 Edelstahl？
304 Edelstahl ist eine Legierung – das heißt, ein Metall, das durch das Mischen sogenannter Legierungselemente in ein Grundmetall hergestellt wird – und bildet eine buchstäbliche Stütze für die moderne Industrie. Stahl besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff und Eisen, mit weiteren Spurenelementen, die Stählen einzigartige Eigenschaften verleihen können. Eine Klasse von Stählen ist bekannt als rostfreie Stähle, die Chrom verwenden, um die übliche Korrosion zu reduzieren, die bei den meisten eisenbasierten Materialien auftritt. Dieser Artikel wird den am häufigsten verwendeten rostfreien Stahl, 304 Stahl, untersuchen und seine physikalischen, mechanischen und verarbeitungsbezogenen Eigenschaften analysieren. Designer werden ein besseres Verständnis dafür gewinnen, was dieses Material ist, wie es funktioniert und wo 304 Stahl in der Industrie eingesetzt wird, damit sie dieses Material potenziell für ihre eigenen Projekte auswählen können.
Physikalische Eigenschaften von 304 Edelstahl
Rostfreie Stähle erhalten ihre Namen vom American Iron & Steel Institute (AISI) und der Society of Automotive Engineers (SAE), die jeweils eigene Benennungssysteme für Stahllegierungen basierend auf Legierungselementen, Verwendungszwecken und anderen Faktoren entwickelt haben. Stahlbezeichnungen können verwirrend sein, da dieselbe Legierung je nach verwendetem System unterschiedliche Kennzeichnungen haben kann; jedoch ist zu verstehen, dass die chemische Zusammensetzung der meisten Legierungsblends in den Klassifizierungssystemen gleich bleibt. Im Fall der rostfreien Stähle bestehen sie oft aus 10 bis 30% Chrom und sind so hergestellt, dass sie unterschiedlichen Korrosionsgraden standhalten. Um mehr über die Unterschiede zwischen rostfreien Stählen zu erfahren, lesen Sie gerne unseren Artikel über die Art der rostfreien Stähle.
Typ 304 Stahl ist Teil der 3xx rostfreien Stähle oder Legierungen, die mit Chrom und Nickel gemischt sind. Nachfolgend eine chemische Aufschlüsselung von 304 Stahl:
<=0,08% Kohlenstoff
18-20% Chrom
66,345-74% Eisen
<= 2% Mangan
8-10,5% Nickel
<=0,045% Phosphor
<=0,03% Schwefel
<=1% Silizium
Die Dichte von 304 Stahl liegt bei etwa 8 g/cm3 oder 0,289 lb/in3. Typ 304 Stahl ist auch in drei Hauptsorten erhältlich: 304, 304L und 304H Legierungen, die chemisch anhand des Kohlenstoffgehalts unterscheiden. 304L hat den niedrigsten Kohlenstoffanteil (0,03%), 304H den höchsten (0,04-0,1%), und ausgewogenes 304 liegt dazwischen (0,08%). Im Allgemeinen ist 304L für große Schweißkomponenten reserviert, die keine Nachschweiß-Glühbehandlung erfordern, da die niedrigen Kohlenstoffanteile die Duktilität erhöhen. Im Gegensatz dazu wird 304H am häufigsten bei erhöhten Temperaturen verwendet, wobei der erhöhte Kohlenstoffgehalt seine Festigkeit beim Heißarbeiten erhält.
Typ 304 Stahl ist austenitisch, was einfach eine Art molekularer Struktur ist, die aus der Eisen-Chrom-Nickel-Legierung besteht. Es macht 304 Stahl im Wesentlichen nicht magnetisch und verleiht ihm eine geringere Anfälligkeit für Korrosion zwischen den Körnern, da austenitische Stähle im Allgemeinen einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisen. 304 Stahl lässt sich mit den meisten Schweißverfahren gut verschweißen, sowohl mit als auch ohne Füllmaterial, und lässt sich leicht ziehen, formen und in Form drehen.
Korrosionsbeständigkeit & Temperatureinflüsse
Typ 304 Stahl, der beliebteste Edelstahl, wird aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit natürlich gewählt. Er kann in vielen verschiedenen Umgebungen Rost widerstehen, wird nur hauptsächlich durch Chloride angegriffen. Er zeigt auch bei warmen Temperaturen (über 60 Grad Celsius) vermehrt Lochfraß, obwohl die höheren Kohlenstoffgrade (304H) diesen Effekt erheblich mildern. Das bedeutet, dass 304 Stahl hauptsächlich nicht bei hohen Temperaturen rostet, sondern in wässrigen Lösungen, in denen kontinuierlicher Kontakt mit korrosiven Materialien die Legierung abnutzen kann. 304 Stähle lassen sich durch thermische Behandlung nicht leicht aushärten, können aber glühbehandelt werden, um die Verformbarkeit zu erhöhen, und kaltverformt werden, um die Festigkeit zu steigern. Wenn Korrosionsbeständigkeit für ein Projekt höchste Priorität hat, ist 304L die beste Wahl, da sein verringerter Kohlenstoffgehalt interkristalline Korrosion reduziert.
Mechanische Eigenschaften von 304 Edelstahl
Tabelle 1: Zusammenfassung der mechanischen Eigenschaften von 304 Stahl.
Mechanische Eigenschaften
Metrisch
Englisch
Zugfestigkeit
515 MPa
74700 psi
Streckgrenze
205 MPa
29700 psi
Härte (Rockwell B)
70
70
Elastizitätsmodul
193-200 GPa
28000-29000 ksi
Charpy-Aufprall
325 J
240 ft-lb
Tabelle 1 zeigt einige grundlegende mechanische Eigenschaften von 304 Stahl. Der folgende Abschnitt wird diese Parameter kurz erläutern und aufzeigen, wie sie für die Arbeitsmerkmale von 304 Stahl relevant sind.
Die endgültige Zugfestigkeit und die Streckgrenze sind Maße für die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Zugkräften. Die Streckgrenze ist niedriger als die endgültige Zugfestigkeit, da die Streckgrenze den maximalen Stress beschreibt, bevor das Material dauerhaft verformt wird, während sich die endgültige Festigkeit auf den maximalen Stress vor Bruch bezieht. Obwohl sie nicht so stark sind wie einige andere verfügbare Stähle, ermöglichen die geringeren Festigkeiten, dass dieses Metall leicht in Form gebracht und ohne große Schwierigkeiten bearbeitet werden kann.
Der Rockwell-B-Härte-Test ist einer der verschiedenen Härteprüfungen, die das Verhalten eines Materials gegenüber Oberflächenverformung beschreiben. Ein härteres Material zerkratzt nicht so leicht und ist typischerweise spröder, während ein weicheres Material sich bei lokalen Oberflächenspannungen verformt und im Allgemeinen duktiler ist. Je höher die Rockwell-B-Härte, desto härter ist das Material, aber in welchem Maße hängt davon ab, wie es im Vergleich zu anderen Metallen auf derselben Skala abschneidet. 304 Stahl hat eine Rockwell-B-Härte von 70; zur Orientierung hat Kupfer, ein weiches Metall, eine Rockwell-B-Härte von 51. Einfach ausgedrückt ist 304 Stahl nicht so hart wie einige seiner Edelstahl-Brüder wie 440 Stahl (siehe unseren Artikel über 440 Stahl für weitere Informationen), aber er hält sich als widerstandsfähiger Allzweckstahl.
Typ 304 Stahl hat eine Reihe von elastischen Moduli, abhängig vom verwendeten Typ, aber sie liegen alle zwischen 193-200 GPa. Das Elastizitätsmodul ist ein gutes Maß für die Fähigkeit eines Materials, seine Form unter Spannung zu behalten, und ist ein allgemeiner Indikator für die Festigkeit. Wie bei den meisten Stählen ist das Elastizitätsmodul von 304 Stahl ziemlich hoch, was bedeutet, dass es sich bei Belastung nicht leicht verformt; beachten Sie jedoch, dass ein niedrigeres Elastizitätsmodul die Bearbeitung erleichtert, weshalb 304 oft so gefertigt wird, dass es ein niedrigeres Elastizitätsmodul aufweist, um die Bearbeitung zu erleichtern.
Ein relativ wenig bekanntes, aber dennoch wichtiges Maß für ein Material ist, wie viel Energie bei einem Aufprall mit großer Kraft absorbiert wird, was zeigt, wie es unter Stress bricht. Es ist entscheidend zu wissen, wie ein Material bricht, da einige Anwendungen eine duktilere Versagensszenario gegenüber einem spröderen Bruch bevorzugen. Der Charpy-Aufpralltest verwendet ein großes Pendel, das in eine kerbige Probe aus Stahl schwingt, um diese Bedingungen zu simulieren, wobei eine Anzeige zeigt, wie viel Energie vom Pendel auf das Metall übertragen wird. Ein niedriger Charpy-Aufprallwert bedeutet, dass das Material im Allgemeinen härter ist, wobei seine starre Kristallstruktur eher bei hoher Energie durch das Pendel bricht. 304 Stahl hat einen hohen Charpy-Aufprallwert, was bedeutet, dass er im Allgemeinen formbarer ist und sich biegen wird, bevor er bricht, wobei er einen Teil des Aufpralls absorbiert. Dieser Wert ist ein weiterer Beweis dafür, dass 304 Stahl leicht bearbeitet und manipuliert werden kann, wobei ein Bruch unter Stress weniger wahrscheinlich ist.
Edelstahl ist eine Eisen-Chrom-Legierung, die zwischen 10 und 30 % Chrom enthält, was dem Metall eine hohe Korrosionsbeständigkeit verleiht. Obwohl es viele Sorten von Edelstahl gibt, werden nur etwa ein Dutzend regelmäßig verwendet. Zum Beispiel ist AISI Typ 304 Edelstahl mit Chrom-Nickel-Anteil und niedrigem Kohlenstoffgehalt beliebt wegen seiner guten Korrosionsbeständigkeit, Reinigung und Formbarkeit, was ihn für viele Alltagsgegenstände wie Küchenspülen geeignet macht. AISI Typ 316 Edelstahl, das das Legierungselement Molybdän enthält, ist noch widerstandsfähiger gegen chemische Angriffe als Typ 304 und eignet sich für den Kontakt mit Meerwasser, Sole, Schwefelsäure und anderen korrosiven Substanzen in der Industrie. Dieser Artikel behandelt kurz einige der beliebten Edelstahlqualitäten sowie die Anwendungsbereiche, in denen diese Qualitäten besonders gut sind.
Die Haupttypen von Edelstahl umfassen:
Ferritisch
Martensitisch
Austenitisch
Doppelphasen
Ferritischer Edelstahl
Die Zugabe von Chrom (>17 %) zu einer Stahllegierung stabilisiert die ferritische Phase der Legierung und macht das Material hoch korrosionsbeständig, wenn auch nicht außergewöhnlich stark. Es kann nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden, aber durch Kaltverformung die Härte erhöht werden. Es ist eine kostengünstige Sorte und wird häufig für Küchengeräte, architektonische/ornamentale Anwendungen usw. verwendet, bei denen Korrosionsbeständigkeit, Duktilität, Formbarkeit und Kosten wichtig sind, während die Festigkeit keine Rolle spielt.
Martensitischer Edelstahl
Das Hinzufügen von Kohlenstoff (bis zu 21 %) zu der Chrom-Eisen-Legierung erhöht die Härtefähigkeit der Legierung. Obwohl er nicht auf das Niveau von Eisen-Kohlenstoff-Martensit gehärtet werden kann, kann martensitischer Edelstahl ausreichend gehärtet werden, um rostbeständiges Besteck, chirurgische Instrumente, Kugelventile und Sitze herzustellen. Martensitischer Edelstahl wird tendenziell in Spezialanwendungen eingesetzt. Zum Beispiel wird AISI Typ 410 für die Herstellung von Teilen für Lebensmittelmaschinen, Pumpenwellen usw. verwendet, während Typ 403 in Hochtemperaturanwendungen wie Turbinen eingesetzt wird. Typ 416 gilt als gut maschinell bearbeitbar und hat die besten Bearbeitungseigenschaften aller Edelstähle; er wird für viele gedrehte Edelstahlteile verwendet. Martensitischer Edelstahl ist magnetisch und mit hohem Kohlenstoffgehalt schwer zu schweißen.
Austenitischer Edelstahl
Das Hinzufügen von Nickel (8-20%) zum Chrom-Eisen-Legierung ergibt einen Stahl, der bei Raumtemperatur austenitisch ist, mit einer kubisch-flächenzentrierten Struktur, die Korrosion widersteht, und dessen Magnetfeld eines Weichmagneten ist (d.h., er kann in einem elektrischen Feld magnetisiert werden, aber nicht dauerhaft). Diese Stähle haben einen relativ niedrigen Kohlenstoffgehalt, was sie schweißbar macht. Diese Gruppe ist die am häufigsten verwendete aller Edelstahlarten, insbesondere Typ 302. Der wirtschaftliche 304, manchmal als lebensmittelecht bezeichnet, wird für allgemeine korrosionsbeständige Anwendungen verwendet, bei denen schweißbedingte Korrosion eine Rolle spielt. Der verbesserte korrosionsbeständige 316 wird für industrielle Anwendungen eingesetzt und gilt als der korrosionsbeständigste der austenitischen Edelstähle. Ein „L“ nach der Bezeichnung weist auf eine verbesserte Schweißbarkeit unter den härtesten Schweißbedingungen hin. Die Temperaturbeständigkeit wird durch die Zugabe von Titan erhöht, wie bei Typ 321, einem beliebten Material in der Luft- und Raumfahrt.
Eine relativ neue Sorte von Edelstählen, manchmal als PHSSs bezeichnet und mit Kennzeichnungen wie 15-5, 17-4 und 17-7 PH versehen, sind durch Ausscheidung gehärtet. Dieser spezielle Wärmebehandlungsprozess erhöht die Widerstandsfähigkeit des Metalls gegen Spannungsrisskorrosion. Einige dieser PHSSs sind austenitisch, einige martensitisch, und einige liegen irgendwo dazwischen. Das A-286-Legierung war eine der ersten sogenannten Superlegierungen.
Duplex-Edelstahl
Doppelphasenstähle haben Strukturen, die sowohl ferritische als auch austenitische Phasen kombinieren, was ihnen fast doppelte Festigkeit im Vergleich zu austenitischen Sorten verleiht. Mit guter Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit, die der von austenitischem Edelstahl ähnlich ist, werden sie in einer Vielzahl spezieller Anwendungen eingesetzt – auf Offshore-Plattformen und in Druckbehältern, zum Beispiel, wo Festigkeit unerlässlich ist.
Zusammenfassung der Edelstahlgüten
Tabelle 1 unten beschreibt viele der AISI-Edelstähle, ihre Festigkeiten und typischen Anwendungen. Einige der Stähle mit Suffixen (L, S usw.) sind nicht enthalten, ebenso wenig wie viele der Spezial-PHSSs.
Gütenreferenz
Edelstahltyp
Beschreibung der Festigkeiten, Eigenschaften und Anwendungen
201
Austenitisch
Niedriger Nickeläquivalent von 301, verwendet in Bestecken
202
Austenitisch
Niedriger Nickeläquivalent von 302, verwendet für Küchenutensilien
205
Austenitisch
Geringe Kaltverfestigung, für Spinnformen
301
Austenitisch
Höhere Kaltverfestigung, für Anhängerrahmen, Befestigungselemente
302
Austenitisch
Allgemeine Güte
303
Austenitisch
Freimachinierbare Version von 302, für Schraubenbearbeitung
304
Austenitisch
Niedriger Kohlenstoff, wirtschaftliche Güte, nicht korrosionsbeständig gegen Meerwasser, aber schweißbar
304L
Austenitisch
Extra-niedriger Kohlenstoff verbessert die Resistenz gegen Nachschweißkorrosion
305
Austenitisch
Geringe Kaltverfestigung, für Spinnformen
308
Austenitisch
Höherer Legierungsgehalt für Korrosions- und Hitzebeständigkeit, für Schweißelektroden/-draht
309
Austenitisch
Hochtemperatur-, scale-resistent, für Wärmetauscher
310
Austenitisch
Hohe Temperaturbeständigkeit, scale resistent, für Öfen
314
Austenitisch
Hohe Scale-Widerstandsfähigkeit, für Strahlrohre
316
Austenitisch
Erhöhter Molybdängehalt für verbesserte Korrosionsbeständigkeit in Seewasser
316L
Austenitisch
Eine kohlenstoffarme Version von 316 für verbesserte Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen
317
Austenitisch
Verbesserte Korrosions- und Kriechbeständigkeit gegenüber 316
321
Austenitisch
Hoch-Titan-Version von 304 für bessere Hochtemperaturleistung
329
Aust-Ferritisch
Allgemeine Korrosionsbeständigkeit, ähnlich wie 316, mit verbesserter Spannungsrissbeständigkeit
330
Austenitisch
Resistent gegen Karbonisierung, Oxidation, thermischen Schock, für Wärmebehandlungs- Vorrichtungen
347
Austenitisch
Eine höhere Kriechfestigkeit Version von 321, für Komponenten von Strahltriebwerken
348
Austenitisch
Niedrige Retentivität Version von 321, für Kerntechnik
384
Austenitisch
Geringe Kaltverfestigung, für Schrauben, Bolzen
403
Martensitisch
Turbinenqualität, für Dampfturbinenblätter
405
Ferritisch
Nicht-härtbare Qualität von 403
409
Martensitisch
Allzweck, für Konstruktionen, die keine Wärmebehandlung erfordern
410
Martensitisch
Allzweck, für Maschinenteile wie Wellen, Autoabgasanlagen
414
Martensitisch
Hochhärtefähigkeit, für Federn
416
Martensitisch
Frei bearbeitbare Version von 410
420
Martensitisch
Hochkohlenstoff-Variante von 410, für chirurgische Instrumente
422
Martensitisch
Hohe Festigkeit bei Temperaturen bis 1200°F, für Turbinenschaufeln
429
Ferritisch
Zeigt eine bessere Schweißbarkeit als 430
430
Ferritisch
Chrom-Typ, nicht härtbar, für Glühkorb, Geschirrspüler
431
Martensitisch
Spezialzweck, härtbar, für Rührwerke
434
Ferritisch
Modifiziertes 430, für hohe Beständigkeit gegen Straßensalze
436
Ferritisch
Allgemeine korrosions- und hitzebeständige Güte, für Automobilverkleidungen
440A, B, C
Martensitisch
Höchste Härtbarkeit unter den Edelstahlgüten, für die Herstellung von Kugellagern
442
Ferritisch
Hochtemperatur- und Scale-Beständigkeit, für Öfen
446
Ferritisch
Hochtemperatur- und Scale-Beständigkeit, für intermittierende Verwendung, Pyrometerrohre
501
Martensitisch
Hitzebeständig mit hoher Festigkeit, für petrochemische Anlagen
502
Ferritisch
Hitzebeständig mit hoher Duktilität, für petrochemische Anlagen
Wie hoch ist die Streckgrenze von 304 Edelstahl?
Die Streckgrenze von 304 Edelstahl beträgt 205 MPa oder 29700 psi. Die Streckgrenze kann variieren, abhängig von Faktoren wie der spezifischen Wärmebehandlung und den angewandten Herstellungsprozessen des Edelstahls.
Was ist die Zugfestigkeit von 304 Edelstahl?
Die Zugfestigkeit von 304 Edelstahl beträgt 515 MPa oder 74700 psi. Die spezifische Zugfestigkeit von 304 Edelstahl kann je nach Faktoren wie Wärmebehandlung, Herstellungsprozessen und der jeweiligen Variante von 304 Edelstahl variieren.
Anwendungen von 304 Edelstahl
304 Stahl wird oft als „Lebensmittelqualität“ Edelstahl bezeichnet, da er mit den meisten organischen Säuren reaktionsarm ist und in der Lebensmittelverarbeitung verwendet wird. Seine hervorragende Schweißbarkeit, Bearbeitbarkeit und Verarbeitbarkeit machen diese Edelstähle für Anwendungen geeignet, die sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch Komplexität erfordern. Daher findet 304 viele Einsatzmöglichkeiten, wie:
Küchengeräte (Spülen, Besteck, Spritzschutz)
Rohrleitungen verschiedener Arten
Lebensmittelgeräte (Brauer, Pasteurisierer, Mischer usw.)
Ausrüstung für die pharmazeutische Verarbeitung
Spritzennadeln
Töpfe und Pfannen
Färbeausrüstung
sowie andere Verwendungen.
Durch diese Liste wird deutlich, dass 304 Stahl in vielen verschiedenen Bereichen effektiv ist. Seine ausgezeichneten Verarbeitungseigenschaften, zusammen mit seiner umfangreichen Geschichte und Verfügbarkeit, machen ihn zur ersten Wahl bei der Auswahl eines Edelstahls. Wie immer sollten Sie Ihren Lieferanten kontaktieren, um zu bestimmen, wie Ihre Spezifikationen erfüllt werden können und ob 304 Stahl das richtige Metall für CNC-Zerspanung.
XTJ ist ein führender OEM-Hersteller, der sich der Bereitstellung von Komplettlösungen von Prototyp bis Produktion verschrieben hat. Wir sind stolz darauf, ein nach ISO 9001 zertifiziertes System für Qualitätsmanagement zu sein, und wir sind bestrebt, in jeder Kundenbeziehung Mehrwert zu schaffen. Das tun wir durch Zusammenarbeit, Innovation, Prozessverbesserungen und außergewöhnliche Handwerkskunst.
