Wat is 304 Roestvrij staal？
304 Roestvrij staal is een legering – dat wil zeggen, een metaal dat is gemaakt door zogenaamde legeringselementen te mengen in een basismetaal – en het biedt een vrij letterlijke ruggengraat voor de moderne industrie. Staal bestaat voornamelijk uit koolstof en ijzer, met andere sporelementen die staal unieke eigenschappen kunnen geven. Een klasse van staal wordt aangeduid als roestvrij staal, dat gebruikmaakt van chroom om de gebruikelijke corrosie die de meeste ijzerbasis materialen ondervinden te verminderen. Dit artikel zal het meest voorkomende roestvrij staal, 304 staal, verkennen en de fysieke, mechanische en bewerkings eigenschappen onderzoeken. Ontwerpers krijgen een beter inzicht in wat dit materiaal is, hoe het werkt en waar 304 staal in de industrie wordt toegepast, zodat ze mogelijk dit materiaal kunnen selecteren voor gebruik in hun eigen projecten.
Fysieke eigenschappen van 304 Roestvrij staal
Roestvrij staal krijgen hun namen van het American Iron & Steel Institute (AISI) en de Society of Automotive Engineers (SAE), die elk hun eigen naamgevingssystemen voor staallegeringen hebben ontwikkeld op basis van legeringselementen, toepassingen en andere factoren. Staalnamen kunnen verwarrend zijn, omdat dezelfde legering verschillende identificaties kan hebben afhankelijk van welk systeem wordt gebruikt; begrijp echter dat de chemische samenstelling van de meeste legeringsmengsels hetzelfde blijft over classificatiesystemen. In het geval van roestvrij staal bestaan ze vaak uit 10 tot 30% chroom en zijn ze gemaakt om verschillende mate van corrosiebestendigheid te weerstaan. Lees gerust ons artikel over de verschillende soorten roestvrij staal om meer te leren over de verschillen.
Type 304 staal maakt deel uit van de 3xx roestvrij staal of die legeringen die zijn gemengd met chroom en nikkel. Hieronder volgt een chemische uitsplitsing van 304 staal:
<=0.08% koolstof
18-20% chroom
66.345-74% ijzer
<= 2% mangaan
8-10.5% nikkel
<=0.045% fosfor
<=0.03% zwavel
<=1% silicium
De dichtheid van 304 staal is ongeveer 8 g/cm3, of 0.289 lb/in3. Type 304 staal komt ook in drie hoofdvarianten: 304, 304L en 304H legeringen, die chemisch verschillen op basis van het koolstofgehalte. 304L heeft het laagste koolstofpercentage (0.03%), 304H heeft het hoogste (0.04-0.1%), en de gebalanceerde 304 ligt tussenin (0.08%). Over het algemeen wordt 304L gereserveerd voor grote lascomponenten die geen post-las-annealing vereisen, omdat de lage koolstofpercentages de ductiliteit verhogen. Daarentegen wordt 304H het meest gebruikt bij hoge temperaturen waar het verhoogde koolstofgehalte helpt om de sterkte te behouden tijdens het hete proces.
Type 304 staal is austenitisch, wat simpelweg een soort moleculaire structuur is gemaakt van de ijzer-chroom-nikkel legering. Het maakt 304 staal in wezen niet-magnetisch, en geeft het een lagere kwetsbaarheid voor corrosie tussen korrels dankzij dat austenitisch staal over het algemeen laag in koolstof is. 304 staal las goed met de meeste lasmethoden, zowel met als zonder vulmaterialen, en het vormt, trekt en spint gemakkelijk in vorm.
Corrosiebestendigheid & temperatuureffecten
Type 304 staal, het meest populaire roestvrij staal, wordt van nature gekozen vanwege zijn corrosiebestendigheid. Het kan roesten in veel verschillende omgevingen, wordt vooral aangevallen door chloriden. Het vertoont ook meer putvorming bij warme temperaturen (boven 60 graden Celsius), hoewel de hogere koolstofgrades (304H) dit effect aanzienlijk verminderen. Dit betekent dat 304 staal vooral roest niet bij hoge temperaturen, maar in waterige oplossingen waar continu contact met corrosieve materialen het legering kan afbreken. 304-stalen worden niet gemakkelijk gehard door thermische behandeling, maar kunnen worden gegloeid om bewerkbaarheid te verbeteren en koud bewerkt om sterkte te verhogen. Als corrosiebestendigheid een hoge prioriteit heeft voor een project, is 304L de beste keuze omdat het verlaagde koolstofgehalte intergranulaire corrosie vermindert.
Mechanische eigenschappen van 304 roestvrij staal
Tabel 1: Samenvatting van mechanische eigenschappen voor 304 staal.
Mechanische eigenschappen
Metrisch
Engels
Uiteindelijk treksterkte
515 MPa
74700 psi
Trekkracht
205 MPa
29700 psi
Hardheid (Rockwell B)
70
70
Elasticiteitsmodulus
193-200 GPa
28000-29000 ksi
Charpy-impact
325 J
240 ft-lb
Tabel 1 toont enkele basis mechanische eigenschappen van 304 staal. De volgende sectie zal kort elk van deze parameters toelichten en laten zien hoe ze relevant zijn voor de werkende eigenschappen van 304 staal.
De ultieme trek- en yieldsterktes zijn een maat voor de veerkracht van een materiaal tegen trek (trekkrachten). De yieldsterkte is lager dan de ultieme treksterkte, omdat de yieldsterkte het maximale stressniveau beschrijft voordat het materiaal permanent vervormt, terwijl de ultieme sterkte verwijst naar de maximale stress vóór breuk. Hoewel niet zo sterk als sommige andere beschikbare staalsoorten, maken de verlaagde sterktes het mogelijk om dit metaal gemakkelijk in vorm te werken en te manipuleren zonder veel moeite.
De Rockwell B-hardheidstest is een van de verschillende hardheidstests die worden gebruikt om de reactie van een materiaal op oppervlaktevervorming te beschrijven. Een harder materiaal zal niet gemakkelijk krassen en is doorgaans brosser, terwijl een zachter materiaal onder lokale oppervlaktebelasting vervormt en over het algemeen ductieler is. Hoe hoger de Rockwell-hardheid, hoe harder het materiaal, maar in hoeverre hangt af van hoe het zich verhoudt tot andere metalen op dezelfde schaal. 304 staal heeft een Rockwell B-hardheid van 70; ter referentie, de Rockwell B-hardheid van koper, een zacht metaal, is 51. Simpel gezegd, 304 staal is niet zo hard als sommige andere roestvrijstalen zoals 440 staal (zie ons artikel over 440 staal voor meer informatie), maar blijft een robuust algemeen staal.
Type 304 staal Heeft een reeks elasticiteitsmoduli, afhankelijk van het type dat wordt gebruikt, maar ze liggen allemaal tussen 193-200 GPa. De elasticiteitsmodulus is een goede maat voor het vermogen van een materiaal om zijn vorm te behouden onder spanning, en is een algemene indicator van sterkte. Zoals bij de meeste staalsoorten, is de elasticiteitsmodulus van 304 staal vrij hoog, wat betekent dat het niet gemakkelijk vervormt onder spanning; echter, merk op dat een lagere elasticiteitsmodulus het bewerken vergemakkelijkt, dus 304 wordt vaak vervaardigd met een lagere elasticiteitsmodulus om gemakkelijk bewerkt te kunnen worden.
Een relatief obscure, maar desalniettemin belangrijke maatstaf voor een materiaal is hoeveel energie wordt geabsorbeerd wanneer het wordt geraakt door een grote kracht, wat zal laten zien hoe het breekt onder stress. Het is essentieel om te weten hoe een materiaal zal breken, aangezien sommige toepassingen een meer ductiel falingscenario verkiezen boven een meer bros breuk. De Charpy-impacttest gebruikt een grote slinger die in een genotste staalmonstertje zwaait om deze omstandigheden te simuleren, waarbij een meter aangeeft hoeveel energie wordt overgedragen van de slinger naar het metaal. Een lage Charpy-impactscore betekent dat het materiaal over het algemeen harder is, waarbij de stijve kristalstructuur liever gewoon breekt onder de hoge energie van de slinger. 304-staal heeft een hoge Charpy-impactscore, wat betekent dat het over het algemeen meer vervormbaar is en buigt voordat het breekt, waardoor een deel van de impact wordt geabsorbeerd. Deze waarde is nog meer bewijs dat 304-staal gemakkelijk bewerkt en gemanipuleerd kan worden, waarbij breuk minder waarschijnlijk is onder stressvolle omstandigheden.
Roestvrij staal is een ijzer-chroom legering die tussen de 10 en 30% chroom bevat, wat het metaal een hoge weerstand tegen corrosie geeft. Hoewel er veel kwaliteiten roestvrij staal zijn, worden er slechts een tiental regelmatig gebruikt. Bijvoorbeeld, AISI Type 304 SS, met een chroom-nikkel bestanddeel en laag koolstofgehalte, is populair vanwege de goede corrosiebestendigheid, reinigbaarheid en vormbaarheid, waardoor het veel voorkomt in alledaagse voorwerpen zoals keukenspoelbakken. AISI Type 316 SS, met het legeringselement molybdeen, is nog beter bestand tegen chemische aantasting dan Type 304, waardoor het geschikt is voor blootstelling aan zeewater, pekel, zwavelzuur en andere corrosieve stoffen die in de industriële omgeving voorkomen. Dit artikel bespreekt kort enkele van de populaire kwaliteiten roestvrij staal en de toepassingen waarin deze kwaliteiten uitblinken.
De belangrijkste typen roestvrij staal zijn:
Ferritisch
Martensitisch
austenitisch
Duplex
Ferritisch roestvrij staal
De toevoeging van chroom (>17%) aan een staallegering stabiliseert de ferritische fase van de legering, waardoor een materiaal ontstaat dat zeer corrosiebestendig is, zo niet uitzonderlijk sterk. Het kan niet door warmtebehandeling worden gehard, maar kan koudbewerkt worden om de hardheid te verhogen. Het is een goedkope kwaliteit en wordt vaak gebruikt voor keukenapparatuur, architecturale/ornamentale toepassingen, enzovoort, waar corrosiebestendigheid, ductiliteit, vormbaarheid en kosten belangrijk zijn, en sterkte geen punt van zorg is.
Martensitisch roestvrij staal
Het toevoegen van koolstof (tot 2%) aan het chroom-ijzerlegering verhoogt de hardbaarheid van het legering. Hoewel het niet kan worden gehard tot het niveau van ijzer-koolstof martensiet, kan martensitisch roestvrij staal voldoende worden gehard om roestbestendige bestek, chirurgisch instrumenten, kogelpompen en zitringen te produceren, bijvoorbeeld. Martensitisch roestvrij staal wordt meestal gebruikt in speciale toepassingen. AISI Type 410, bijvoorbeeld, wordt gebruikt voor het maken van onderdelen voor voedselmachines, pompasen, enzovoort, terwijl Type 403 wordt gebruikt in toepassingen met hoge hitte zoals turbines. Type 416 wordt beschouwd als vrij-machineerbaar en heeft de beste bewerkingskenmerken van alle roestvrijstalen; het wordt gebruikt voor veel gedraaide SS-onderdelen. Martensitisch roestvrij staal is magnetisch en, met een hoog koolstofgehalte, moeilijk te lassen.
Austenitisch roestvrij staal
Het toevoegen van nikkel (8-20%) aan het chroom-ijzermengsel produceert een staal dat bij kamertemperatuur austenitisch is, met een kubisch vlakgecentreerde structuur die corrosiebestendig is, en waarvan het magnetisch veld een zacht magneet is (dat wil zeggen, het kan gemagnetiseerd worden in een elektrisch veld, maar niet permanent). Deze staalsoorten hebben een relatief laag koolstofgehalte, waardoor ze lasbaar zijn. Deze groep is de meest gebruikte van alle roestvrijstalen, met name Type 302. Het economische 304, soms food-grade genoemd, wordt gebruikt voor algemene corrosiebestendige toepassingen waar lasgerelateerde corrosie een punt van zorg is. Het verbeterde corrosiebestendige 316 wordt gebruikt voor industriële toepassingen en wordt beschouwd als het meest corrosiebestendige van de austenitische roestvrijstalen. Een “L” achter de legering geeft een verbeterde lasbaarheid aan onder de strengste lasomstandigheden. Temperatuurbestendigheid wordt verhoogd door toevoeging van titanium, zoals bij Type 321, een populair materiaal in lucht- en ruimtevaarttoepassingen.
Een relatief nieuw soort roestvrij staal, soms aangeduid als PHSS en met identificaties zoals 15-5, 17-4 en 17-7 PH, wordt geprecipiteerd gehard. Dit speciale warmtebehandelingsproces verhoogt de weerstand van het metaal tegen spanningscorrosie. Sommige van deze PHSS'en zijn austenitisch, sommige zijn martensitisch, en sommige bevinden zich ergens daartussenin. A-286 legering was een van de eerste van de zogenaamde superlegeringen.
Duplex roestvrij staal
Duplex-stalen hebben structuren die zowel ferritische als austenitische fasen combineren, waardoor ze bijna twee keer zo sterk zijn als austenitische variëteiten. Met een goede corrosiebestendigheid en lasbaarheid vergelijkbaar met die van austenitisch roestvrij staal, worden ze gebruikt in verschillende speciale toepassingen – bijvoorbeeld op offshore-platforms en in drukvaten, waar sterkte essentieel is.
Samenvatting van roestvrijstalen kwaliteiten
Tabel 1 hieronder beschrijft veel van de AISI roestvrijstalen, hun sterktes en typische toepassingen. Sommige van de staalsoorten met achtervoegsels (L, S, enz.) zijn niet opgenomen, evenals veel van de speciale PHSS's.
Cijfer Referentie
Roestvrij staal type
Beschrijving van sterktes, kenmerken en toepassingen
201
austenitisch
Lage nikkel-equivalent van 301, gebruikt in bestek
202
austenitisch
Lage nikkel-equivalent van 302, gebruikt voor keukengerei
205
austenitisch
Lage werkhardheid, voor spinvorming
301
austenitisch
Hogere werkhardheid, voor aanhangwagenkarkassen, bevestigingsmiddelen
302
austenitisch
Algemeen doel grade
303
austenitisch
Vrij draaiende versie van 302, voor schroefbewerkingen
304
austenitisch
Laag koolstofgehalte, economische grade, niet bestand tegen zeewater maar lasbaar
304L
austenitisch
Extra laag koolstofgehalte verbetert weerstand tegen corrosie na lassen
305
austenitisch
Lage werkhardheid, voor spinvorming
308
austenitisch
Hoger legeringsgehalte voor corrosie- en hittebestendigheid, voor lasdraad/elektroden
309
austenitisch
Hoge temperatuur, schaalbestendig, voor warmtewisselaars
310
austenitisch
Hoge temperatuur, schaalbestendig, voor ovens
314
austenitisch
Hoge weerstand tegen schaal, voor stralingsbuizen
316
austenitisch
Verhoogd molybdeen voor verbeterde corrosiebestendigheid in zeewater
316L
austenitisch
Een laag koolstofversie van 316 voor verbeterde corrosiebestendigheid na lassen
317
austenitisch
Verbeterde corrosie- en kruipbestendigheid ten opzichte van 316
321
austenitisch
Hoge titaniumversie van 304 voor betere prestaties bij hoge temperaturen
329
Aust-Ferritisch
Algemene corrosiebestendigheid, zoals 316, met verbeterde spanningsscheurweerstand
330
austenitisch
Bestand tegen carburering, oxidatie, thermische schok, voor hittebehandelingsfixtures
347
austenitisch
Een hogere kruipsterkte versie van 321, voor onderdelen van straalmotoren
348
austenitisch
Lage retentieversie van 321, voor nucleaire toepassingen
384
austenitisch
Lage koudvervormingharding, voor bouten, schroeven
403
Martensitisch
Turbinekwaliteit, voor stoomturbinebladen
405
Ferritisch
Niet-hardenbare kwaliteit van 403
409
Martensitisch
Algemeen gebruik, voor constructies die geen hittebehandeling vereisen
410
Martensitisch
Algemeen gebruik, voor machineonderdelen zoals assen, uitlaatgassen van auto's
414
Martensitisch
Hoge hardbaarheid, voor veren
416
Martensitisch
Vrij draaiende versie van 410
420
Martensitisch
Hoge koolstofmodificatie van 410, voor chirurgische instrumenten
422
Martensitisch
Hoge sterkte bij temperaturen tot 1200°F, voor turbinebladen
429
Ferritisch
Toont betere lasbaarheid dan 430
430
Ferritisch
Chroomtype, niet-hardenbaar, voor anneerbaskets, vaatwassers
431
Martensitisch
Speciaal doel, hanteerbaar, voor beaterbalken
434
Ferritisch
Gemodificeerde 430, voor hoge weerstand tegen wegzout
436
Ferritisch
Algemene corrosie- en hittebestendige kwaliteit, voor automobielbekleding
440A, B, C
Martensitisch
Hoogste hardnekkigheid van de roestvrijstalen legeringen, voor gebruik bij het maken van lagerballen
442
Ferritisch
Hoge temperatuur- en kalkaantastingsbestendigheid, voor ovens
446
Ferritisch
Hoge temperatuur- en kalkaantastingsbestendigheid, voor intermitterend gebruik, pyrometertubes
501
Martensitisch
Hittebestendig met hoge sterkte, voor petrochemische apparatuur
502
Ferritisch
Hittebestendig met hoge ductiliteit, voor petrochemische apparatuur
Wat is de treksterkte van 304 roestvrij staal?
De treksterkte van 304 roestvrij staal is 205 MPa of 29700 psi. De treksterkte kan variëren op basis van factoren zoals de specifieke warmtebehandeling en productieprocessen die op het roestvrij staal zijn toegepast.
Wat is de treksterkte van 304 roestvrij staal?
De treksterkte van 304 roestvrij staal is 515 MPa of 74700 psi. De specifieke treksterkte van 304 roestvrij staal kan variëren op basis van factoren zoals warmtebehandeling, productieprocessen en de specifieke variant van 304 roestvrij staal.
Toepassingen van 304 roestvrij staal
304 staal wordt vaak aangeduid als 'voedselveilig' roestvrij staal, omdat het niet reageert met de meeste organische zuren en wordt gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie. De uitstekende lasbaarheid, bewerkbaarheid en verwerkbaarheid maken deze roestvrijstalen geschikt voor toepassingen die een bepaalde mate van corrosiebestendigheid en complexiteit vereisen. Als gevolg hiervan heeft 304 vele toepassingen gevonden, zoals:
Keukenapparatuur (wasbakken, bestek, spatwanden)
Buiswerk van verschillende typen
Voedselverwerkingsapparatuur (brouwers, pasteurizers, mixers, enz.)
Farmaceutische verwerkingsapparatuur
Injectienaalds
Pannen en potten
Kleurstofapparatuur
en andere toepassingen.
Door deze lijst wordt duidelijk dat 304 staal effectief is in vele verschillende gebieden. De uitstekende bewerkingskenmerken, in combinatie met de uitgebreide geschiedenis en beschikbaarheid, maken het een uitstekende eerste keuze bij het kiezen van een roestvrij staal. Zoals altijd, neem contact op met uw leverancier om te bepalen hoe aan uw specificaties kan worden voldaan, en om te zien of 304 staal het juiste metaal is voor CNC-bewerking.
XTJ is een toonaangevende OEM-fabrikant die zich inzet voor het bieden van one-stop productieoplossingen van prototype tot productie. We zijn trots op ons ISO 9001 gecertificeerde systeem voor kwaliteitsbeheer en vastbesloten om waarde te creëren in elke klantrelatie. Dat doen we door samenwerking, innovatie, procesverbeteringen en uitzonderlijk vakmanschap.
