304 Stahl 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 Hauptvarianten 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 die ausgewogene 304-Variante liegt dazwischen (0,08%). Im Allgemeinen ist 304L für große Schweißkomponenten reserviert, die kein Nachwachs-Glühen erfordern, da die niedrigen Kohlenstoffanteile die Duktilität erhöhen. Im Gegensatz dazu wird 304H hauptsächlich 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 aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit der beliebteste rostfreie Stahl ist, wird natürlich wegen seiner Korrosionsresistenz gewählt. Er kann in vielen verschiedenen Umgebungen Rost widerstehen, wird nur hauptsächlich durch Chloride angegriffen. Außerdem zeigt er bei warmen Temperaturen (über 60 Grad Celsius) vermehrt Lochfraß, wobei die höheren Kohlenstoffgrade (304H) diesen Effekt erheblich mildern. Das bedeutet, dass 304 Stahl hauptsächlich bei hohen Temperaturen rostet, nicht aber in wässrigen Lösungen, in denen kontinuierlicher Kontakt mit korrosiven Materialien die Legierung abnutzen kann. 304 Stähle sind durch thermische Behandlung nicht leicht zu härten, können jedoch angelassen werden, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern, und kaltverformt werden, um die Festigkeit zu erhöhen. Wenn Korrosionsbeständigkeit für ein Projekt von hoher Priorität ist, 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 Härteprüfung ist eine der verschiedenen Härteprüfungen, die die Reaktion eines Materials auf Oberflächenverformung beschreiben. Ein härteres Material wird nicht leicht zerkratzen und ist typischerweise spröder, während ein weicheres Material sich bei lokalen Oberflächenspannungen verformt und im Allgemeinen duktiler ist. Je höher die Rockwell-Härte, desto härter ist das Material, aber inwieweit 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 ist dennoch ein widerstandsfähiger Allzweckstahl.
Typ 304 Stahl hat einen Bereich elastischer Moduln, abhängig von der verwendeten Sorte, aber sie liegen alle zwischen 193-200 GPa. Der Elastizitätsmodul ist ein gutes Maß für die Fähigkeit eines Materials, seine Form unter Stress zu behalten, und ist ein allgemeiner Indikator für die Festigkeit. Wie bei den meisten Stählen ist der Elastizitätsmodul von 304 Stahl ziemlich hoch, was bedeutet, dass er sich unter Stress nicht leicht verformt; beachten Sie jedoch, dass ein niedrigerer Elastizitätsmodul die Bearbeitung erleichtert, weshalb 304 oft so gefertigt wird, dass es einen niedrigeren 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.
Wie hoch ist die Festigkeit von 304 Edelstahl?
Die Streckgrenze von 304 Edelstahl beträgt 205 MPa oder 29700 psi. Die Streckgrenze kann je nach Faktoren wie der spezifischen Wärmebehandlung und den angewandten Herstellungsprozessen variieren.
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 Lebensmittelverarbeitungsindustrie verwendet wird. Seine hervorragende Schweißbarkeit, Bearbeitbarkeit und Verformbarkeit machen diesen Edelstahl für Anwendungen geeignet, die einen gewissen Korrosionsschutz sowie Komplexität erfordern. Daher hat 304 viele Einsatzmöglichkeiten gefunden, wie zum Beispiel:
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 hervorragenden Verarbeitungseigenschaften, zusammen mit seiner umfangreichen Geschichte und Verfügbarkeit, machen ihn zur ersten Wahl bei der Auswahl eines Edelstahls.
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