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321 Edelstahl: Definition, Zusammensetzung, Eigenschaften, Verarbeitung, Anwendungen und mehr
- John
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Übersicht über Edelstahl 321
321 (UNS S32100) Edelstahl ist ein Serie 300 titanstabilisiert austenitischer rostfreier Stahl, hauptsächlich bestehend aus 17 – 19 % Chrom, 9 – 12 % Nickel und ≤0,7% Titan (mindestens 5-facher Kohlenstoffgehalt), mit einer Korrosionsbeständigkeit ähnlich der Güteklasse 304. Es erfüllt Standards wie ASTM A240 und EN 10088-2 und ist gleichwertig mit 1.4541 (EN) und SUS 321 (JIS).
Güte 321 bietet eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Oxidation und Zunderbildung bei hohen Temperaturen und behält eine gute Schweißbarkeit und Formbarkeit ohne Glühen nach dem Schweißen. Es wird häufig in Hochtemperaturanwendungen wie Flugzeugabgasen, Ofenteilen und Wärmetauschern verwendet. Für extremere Temperaturbeständigkeit wird 321H empfohlen.
Typische Anwendungen von Edelstahl 321
| Industrie | Anmeldung |
| Luft- und Raumfahrt | Auspuffanlagen, Brennräume, Motorteile, Hitzeschilde |
| Chemische Verarbeitung | Wärmetauscher, Druckbehälter, Rohrleitungssysteme, Reaktorteile |
| Stromerzeugung | Kesselrohre, Überhitzerrohre, Wärmetauscher, Gasturbinen |
| Petrochemie | Raffinerierohre, katalytische Cracker, Ofenkomponenten, Reaktorrohre |
| Automobilindustrie | Abgaskrümmer, Schalldämpfer, Katalysatoren, Turboladerkomponenten |
| Wärmebehandlungsanlagen | Ofenkomponenten, Glühdeckel, Thermoelementhüllen, Retorten |
| Öl und Gas | Bohrlochrohre, Fackelrohre, Rohrleitungssysteme, Wärmetauscher |
| Lebensmittelverarbeitung | Wärmetauscher, Rohrleitungssysteme, Sterilisatoren, Verdampfer |
Vor- und Nachteile von Edelstahl 321
Hier sind die Vorteile und Nutzen von Edelstahl 321 (nach Wichtigkeit geordnet):
- Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen.
- Hohe Stabilität gegen interkristalline Korrosion durch Titanstabilisierung.
- Gute Oxidationsbeständigkeit bis 870°C.
- Hohe Festigkeit und Haltbarkeit auch bei hohen Temperaturen.
- Lässt sich leicht schweißen und formen und ist daher für verschiedene Anwendungen geeignet.
Hier sind die Nachteile und Einschränkungen von Edelstahl 321 (nach Wichtigkeit geordnet):
- Teurer als Edelstahl 304, was die Wirtschaftlichkeit bei manchen Projekten einschränkt.
- In stark korrosiven Umgebungen nicht so stark wie Edelstahl 316.
- Begrenzte Verfügbarkeit im Vergleich zu gängigeren Güten wie 304 und 316.
- Kann schwieriger zu bearbeiten sein als andere rostfreie Stähle.
- Aufgrund der verringerten Zähigkeit ist in kryogenen Umgebungen eine sorgfältige Handhabung erforderlich.
Äquivalente Güteklassen von Edelstahl 321
| Land/Region | Norm/Spezifikation | Äquivalente Note |
| China | GB/T 20878, GB 4234 | 0Cr18Ni10Ti, 1Cr18Ni11Ti, H0Cr20Ni10Ti |
| USA | ASTM A240, ASME SA240 | 321 |
| EU | EN 10088-2 | X6CrNiTi18-10 (1.4541) |
| Deutschland | DIN 17440, DIN EN 10088-2 | X10CrNiTi18-9, X6CrNiTi18-10 |
| Russland | GOST 5632 | 08KH18N10T, 08KH18N12T, 12KH18N10T |
| Japan | JIS G4304, JIS G4303 | SUS321 |
| England | BS 1449, BS EN 10088-2 | 321S31 |
Hitze- und Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl 321
Hitzebeständigkeit
Edelstahl 321 bietet eine gute Oxidationsbeständigkeit bei intermittierender Verwendung bis zu 900 °C und bei Dauerverwendung bis zu 925 °C. Er zeichnet sich auch durch hervorragende thermische Zyklen aus und eignet sich daher für wiederholtes Erhitzen und Abkühlen. Eine geeignete Wärmebehandlung kann seine Hitze- und Oxidationsbeständigkeit weiter verbessern. 321H bietet eine höhere Festigkeit bei hohen Temperaturen und ist daher besonders für strukturelle Anwendungen mit hohen Temperaturen geeignet.
Korrosionsbeständigkeit
Edelstahl 321 bietet eine gute Korrosionsbeständigkeit, ähnlich der Güteklasse 304 im geglühten Zustand. Er eignet sich besser für Anwendungen mit hohen Temperaturen, insbesondere zwischen 425 °C und 900 °C, wo andere Güteklassen ohne Glühen nach dem Schweißen versagen können.
In Umgebungen mit warmen Chloriden ist es jedoch anfällig für Lochfraß und Spaltkorrosion. Darüber hinaus kann es bei Temperaturen über 60 °C zu Spannungsrisskorrosion kommen. 321 ist in Trinkwasser mit bis zu 200 mg/l Chloriden bei Raumtemperatur gut verwendbar, seine Beständigkeit sinkt jedoch leicht auf 150 mg/l Chloride bei 60 °C.
Verarbeitung von Edelstahl 321
Bildung von
Edelstahl 321 bietet eine gute Formbarkeit und kann mit Standardmethoden wie Biegen, Ziehen und Pressen leicht geformt werden. Er neigt im Vergleich zu anderen austenitischen Güten weniger zur Kaltverfestigung, aber bei der Kaltverformung kann es dennoch zu mäßiger Kaltverfestigung kommen. Bei komplexeren Formen oder starker Verformung kann eine Zwischenglühung erforderlich sein. Nach der Formgebung wird eine Glühung empfohlen, um Spannungen abzubauen und die volle Korrosionsbeständigkeit wiederherzustellen, insbesondere nach starker Kaltverformung.
Schweißen
Edelstahl 321 kann mit jedem Standard-Schmelzschweißverfahren problemlos geschweißt werden, unabhängig davon, ob Füllmetalle verwendet werden oder nicht. Beim Schweißen von Edelstahl 321 muss auf die Titanstabilisierung geachtet werden, um Karbidausfällungen zu verhindern. Verwenden Sie Füllmaterialien 347 für eine bessere Korrosionsbeständigkeit. Vorwärmen ist im Allgemeinen nicht erforderlich, aber langsames Abkühlen kann die Spannung minimieren. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist normalerweise nicht erforderlich, es sei denn, es ist eine spezielle Spannungsentlastung erforderlich. Das Material widersteht der Rissbildung während des Schweißens und ist daher für Hochtemperaturanwendungen geeignet.
Bearbeitung
Edelstahl 321 bietet im Vergleich zu anderen austenitischen Edelstählen eine mäßige Bearbeitbarkeit. Aufgrund seines Titangehalts ist er etwas schwieriger zu bearbeiten als 304, was die Leistung bei hohen Temperaturen verbessert, aber die Bearbeitbarkeit verringert. Die Schnittgeschwindigkeiten sollten im Vergleich zu 304 um etwa 20% reduziert werden, um übermäßigen Werkzeugverschleiß zu vermeiden. Eine ordnungsgemäße Schmierung und Kühlung sind unerlässlich, um die Wärme zu regulieren und die Kaltverfestigung zu minimieren, die beim Schneiden auftreten kann. Um die Lebensdauer des Werkzeugs zu verlängern, werden Hartmetallwerkzeuge empfohlen, und langsamere Vorschubgeschwindigkeiten können die Oberflächengüte verbessern und gleichzeitig die Präzision beibehalten.
Wärmebehandlung
Edelstahl 321 kann nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden. Die Wärmebehandlungsprozesse umfassen die folgenden Schritte:
- Lösungsglühen (Lösungsglühen):
- Temperatur: 950-1120°C
- Prozess: Schnelle Kühlung (Wasser oder Luft)
- Zweck: Maximiert die Korrosionsbeständigkeit.
- Stabilisierende Behandlung:
- Temperatur: 870-900°C
- Prozess: Luftkühlung 1 Stunde pro 25 mm Dicke
- Zweck: Empfohlen für raue Betriebsbedingungen (über 425 °C) oder beim Glühen im oberen Temperaturbereich zur Verbesserung der Stabilität.
- Stressabbau:
- Temperatur: 700°C
- Prozess: Luftkühlung 1 bis 2 Stunden
- Zweck: Baut innere Spannungen ab, ohne die Korrosionsbeständigkeit wesentlich zu beeinträchtigen.
Chemische Zusammensetzung von Edelstahl 321
Die chemische Zusammensetzung von Edelstahl 321 finden Sie in der folgenden Tabelle:
| Element | Kohlenstoff, C | Chrom, Cr | Eisen, Fe | Mangan, Mn | Nickel, Ni | Stickstoff, N | Phosphor, P | Silizium, Si | Schwefel, S | Titan, Ti |
| wt% | ≤ 0.080 | 17 – 19 | Bilanz | ≤ 2.0 | 9 – 12 | ≤ 0.10 | ≤ 0.045 | ≤ 0.75 | ≤ 0.030 | ≤ 0,70 |
Eigenschaften von Edelstahl 321
Hier sind drei Hauptgründe, die Edelstahl 321 einzigartig machen:
- Hohe Temperaturbeständigkeit durch den Gehalt an Titan.
- Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen interkristalline Korrosion.
- Gute Schweißbarkeit und Formbarkeit, daher vielseitig für verschiedene industrielle Anwendungen.
Physikalische Eigenschaften
Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Edelstahl 321 finden Sie in der folgenden Tabelle:
| Eigentum | Typischer Wert (metrisch/imperial) | Leistung |
| Dichte | 9,01 g/cm³ (0,326 lb/in³) | Schweres Material für Stabilität und Haltbarkeit |
| Schmelzpunkt | 1371 – 1399 °C (2500 – 2550 °F) | Hält sehr hohen Temperaturen stand, ohne zu schmelzen |
| WAK, linear (0 – 100 °C) | 16,6 µm/m-°C (9,22 µin/in-°F) | Dehnt sich bei Erwärmung mäßig aus, gut für regelmäßige Temperaturschwankungen |
| WAK, linear (≤ 871 °C) | 20,2 µm/m-°C (11,2 µin/in-°F) | Dehnt sich bei höheren Temperaturen stärker aus, immer noch beherrschbar |
| Spezifische Wärmekapazität | 0,500 J/g-°C (0,120 BTU/lb-°F) | Nimmt Wärme gut auf, ideal für thermische Anwendungen |
| Wärmeleitfähigkeit (100°C) | 16,0 W/mK (111 BTU-Zoll/Std.-Fuß²-°F) | Leitet Wärme mäßig weiter, geeignet für Umgebungen mit geringer Wärmeentwicklung |
| Wärmeleitfähigkeit (500°C) | 22,0 W/mK (153 BTU-Zoll/Std.-Fuß²-°F) | Überträgt Wärme bei höheren Temperaturen effizienter |
| Elektrischer spezifischer Widerstand | 0,0000720 Ohm-cm | Widersteht dem elektrischen Fluss, ist nicht gut für die Stromleitung |
| Magnetische Permeabilität | ≤ 1,02 | Praktisch nicht magnetisch, wird nicht von Magneten angezogen |
*CTE, Linear bezieht sich auf den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Mechanische Eigenschaften
Die wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Edelstahl 321 finden Sie in der folgenden Tabelle:
| Eigentum | Wert (metrisch/imperial) | Leistung |
| Zugfestigkeit | 621 MPa (90,1 ksi) | Mäßig; etwas höher als übliche austenitische Güten wie 304 (515 MPa), geeignet für Anwendungen mit höherer Festigkeit. |
| Streckgrenze | 276 MPa (40,0 ksi) | Niedriger als Duplex-Edelstähle (z. B. 2205, 450 MPa), aber immer noch für Anwendungen mit mittlerer Beanspruchung geeignet. |
| Rockwell-Härte | 80 HRB | Mittel; höher als kohlenstoffarmer Stahl, aber weicher als martensitischer Edelstahl wie 440C (~60 HRC), wodurch er leichter zu bearbeiten und zu formen ist. |
| Dehnung beim Bruch | 45% (in 2 Zoll) | Sehr hoch; ausgezeichnete Duktilität, ideal zum Formen und Schweißen, übertrifft die Dehnung härterer Stahlsorten bei weitem. |
| Elastizitätsmodul | 193 GPa (28,0 msi) | Standardsteifigkeit; ähnlich wie andere austenitische rostfreie Stähle, bietet gute Verformungsbeständigkeit. |
Chemische Eigenschaften
Die wichtigsten chemischen Eigenschaften von Edelstahl 321 finden Sie in der folgenden Tabelle:
| Chemisches Eigentum | Beschreibung | Leistung |
| Korrosionsbeständigkeit | Fähigkeit, Korrosion in verschiedenen Umgebungen zu widerstehen. | Besser als 304, insbesondere in oxidierenden Umgebungen bei hohen Temperaturen. |
| pH-Empfindlichkeit | Empfindlichkeit gegenüber sauren oder basischen Umgebungen. | Stabil zwischen pH 4–9, weniger geeignet für stark saure Umgebungen wie Salzsäure. |
| Reaktivität | Neigung zu chemischen Reaktionen. | Weniger reaktiv als Kohlenstoffstahl, aber reaktiver als hochlegierter Edelstahl wie 316. |
| Oxidationsbeständigkeit | Oxidationsbeständigkeit in Umgebungen mit hohen Temperaturen. | Besser als 304; hält bis zu 870 °C (1600 °F) stand, viel besser als Kohlenstoffstahl. |
| Passivierung | Bildung einer schützenden Oxidschicht zur Verhinderung von Korrosion. | Stark, vergleichbar mit 304, aber durch Titanstabilisierung verbessert. |
| Brennbarkeit | Die Fähigkeit, bei Kontakt mit einer Wärmequelle Feuer zu fangen. | Nicht brennbar |
| Entflammbarkeit | Die Leichtigkeit, mit der sich das Material entzünden kann. | Nicht entflammbar |
Unterschied zwischen Edelstahl 321, 309 und 310
In der folgenden Tabelle finden Sie einen schnellen Vergleich zwischen Edelstahl 321, 309 und 310:
| Eigentum | 321 | 309 | 310 |
| Typ | Austenitisch | Austenitisch | Austenitisch |
| Kristallstruktur | FCC (Flächenzentrierter Kubus) | FCC (Flächenzentrierter Kubus) | FCC (Flächenzentrierter Kubus) |
| Chemische Zusammensetzung | C ≤ 0,08%, Cr 17-19%, Ni 9-12% | C ≤ 0,20%, Cr 23%, Ni 14% | C ≤ 0,25%, Cr 24-26%, Ni 19-22% |
| Korrosionsbeständigkeit | Gut | Besser | Am besten |
| Zugfestigkeit | 620 MPa (89,9 ksi) | 620 MPa (89,9 ksi) | 620 MPa (89,9 ksi) |
| Streckgrenze | 240 MPa (34,8 ksi) | 310 MPa (45 ksi) | 310 MPa (45 ksi) |
| Härte | 80 HRB | 85 HRB | 85 HRB |
| Schweißeignung | Gut | Gut | Gut |
| Kosten | Mäßig | Höher | Höchste |
| Anwendungen | Flugzeugabgaskrümmer, chemische Verarbeitung | Ofenteile, Wärmetauscher, Ofenauskleidungen | Wärmebehandlungsgeräte, Teile für Ölraffinerien |
Unterschied zwischen Edelstahl 321, 304 und 316
In der folgenden Tabelle finden Sie einen schnellen Vergleich zwischen Edelstahl 321, 304 und 316:
| Eigentum | 321 | 304 | 316 |
| Typ | Austenitisch | Austenitisch | Austenitisch |
| Kristallstruktur | FCC (Flächenzentrierter Kubus) | FCC (Flächenzentrierter Kubus) | FCC (Flächenzentrierter Kubus) |
| Chemische Zusammensetzung | Cr: 17-19%, Ni: 9-12%, Ti: ≤ 0,70% | Cr: 18-20%, Ni: 8-10.5% | Cr: ≤18%, Mo: ≤3%, Ni: ≤14% |
| Korrosionsbeständigkeit | Gut, besonders bei hohen Temperaturen | Gut, aber chloridanfällig | Hervorragend in Chlorid- und Meeresumgebungen |
| Zugfestigkeit | 620 MPa (89,9 ksi) | 505 MPa (73,2 ksi) | 580 MPa (84,1 ksi) |
| Streckgrenze | 240 MPa (34,8 ksi) | 215 MPa (31,2 ksi) | 290 MPa (42,1 ksi) |
| Härte | 80 HRB | 70 HRB | 79 HRB |
| Schweißeignung | Gut | Ausgezeichnet | Gut |
| Kosten | Hoch | Niedrig | Höher als 304, aber niedriger als 321 |
| Anwendungen | Flugzeugabgaskrümmer, chemische Verarbeitung | Lebensmittelausrüstung, Architektur | Meeresumgebungen, chemische und medizinische Geräte |
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Rostet Edelstahl 321?
Edelstahl 321 ist besonders in Umgebungen mit hohen Temperaturen äußerst rostbeständig, kann jedoch unter extremen Bedingungen, wie z. B. bei Kontakt mit aggressiven Chemikalien oder Salzwasser, dennoch korrodieren.
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Ist Edelstahl 321 magnetisch?
Edelstahl 321 ist im geglühten Zustand im Allgemeinen nicht magnetisch, kann jedoch nach der Kaltbearbeitung leicht magnetisch werden.
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Ist rostfreier Stahl magnetisch?
Ist Edelstahl 321 lebensmittelecht?
Ja, Edelstahl 321 ist lebensmittelecht. Er ist hervorragend korrosionsbeständig und kann in Lebensmittelverarbeitungsanlagen verwendet werden, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen.
Kann man Edelstahl 304 mit Edelstahl 321 schweißen?
Ja, Sie können Edelstahl 304 mit Edelstahl 321 verschweißen. Es wird jedoch empfohlen, ein Füllmaterial wie Edelstahl 347 zu verwenden, um die Stabilität bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten.
Was ist der Unterschied zwischen Edelstahl 321 und 321H?
Der Hauptunterschied zwischen Edelstahl 321 und 321H ist der Kohlenstoffgehalt. 321H hat einen höheren Kohlenstoffgehalt, was seine Festigkeit bei hohen Temperaturen im Vergleich zu 321 verbessert.
Zusammenfassung & Sonstiges
In diesem Artikel werden kurz die Definition, Zusammensetzung, Eigenschaften, Verarbeitung, Anwendungen und andere wichtige Aspekte von Edelstahl 321 erläutert. Weitere Informationen zu Edelstahl oder anderen Stahlsorten finden Sie unter unser Blog oder Kontakt zu unseren Metallspezialisten.
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