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Austenitischer Edelstahl: Definition, Zusammensetzung, Eigenschaften, Güteklassen, Anwendungen und mehr
- John
Was ist austenitischer rostfreier Stahl?
Austenitischer Edelstahl ist eine der fünf Hauptklassen von Edelstahl, die durch eine kubisch-flächenzentrierte (FCC) Kristallstruktur definiert sind, die hauptsächlich aus 15-32% Chrom und 8-37% Nickel besteht, mit einem Rest aus anderen Elementen wie Mangan und Stickstoff. Austenitischer Edelstahl hat eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit, eine hohe Zähigkeit und Duktilität und ist nicht magnetisch. Gängige Güten sind 304, 316 und 310. Austenitischer Edelstahl wird häufig in der Lebensmittel-, Chemie- und Medizinindustrie verwendet.
Kristallstruktur von austenitischem Edelstahl
Austenitischer Edelstahl hat eine kubisch-flächenzentrierte (FCC) Kristallstruktur. Es handelt sich um eine Art Kristallanordnung. Stellen Sie sich einen Würfel vor, an dessen acht Ecken sich jeweils ein Atom befindet und in der Mitte jeder Fläche ein weiteres Atom. Diese Anordnung ist sehr kompakt, da die Atome eng beieinander liegen, was das Material stabiler macht und es bei Verformung weniger bruchanfällig macht.
Diese Struktur verleiht austenitischem Edelstahl:
- Hohe Plastizität, Zähigkeit und Duktilität
- Gute mechanische Eigenschaften bei hohen und niedrigen Temperaturen
- Starke Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit
- Nichtmagnetische Eigenschaften
Wie bildet sich die austenitische Struktur in Edelstahl?
Austenitische rostfreie Stähle erhalten ihre einzigartige Struktur durch die Zugabe von Legierungselementen wie Nickel und Chrom.
In reines Eisen oder unlegierter Kohlenstoffstahl, Die Die austenitische (kubisch-flächenzentrierte) Struktur ist nur bei hohen Temperaturen stabil—etwa 1340°F (727°C) oder höher. Wenn jedoch etwa 18% Chrom und 8% Nickel werden dem Stahl zugesetzt, wird diese austenitische Struktur stabil über die gesamter Temperaturbereich, von Raumtemperatur bis zum Schmelzpunkt.
Nickel wirkt als Austenitstabilisator, wodurch das kubisch-flächenzentrierte Gitter auch bei niedrigeren Temperaturen bestehen bleibt. Chrom verbessert nicht nur die Korrosionsbeständigkeit, sondern trägt auch zur Stabilität der austenitischen Phase. Diese Kombination von Elementen trägt zur Aufrechterhaltung einer austenitischen Struktur bei und bietet Vorteile wie verbesserte Duktilität und hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
Chemische Zusammensetzung von austenitischem rostfreiem Stahl
Austenitischer Edelstahl besteht hauptsächlich aus Chrom, Nickel und Kohlenstoff sowie anderen Elementen, die bestimmte Eigenschaften verbessern.
- Chrom (Cr) (15-32%) bietet Korrosionsbeständigkeit durch die Bildung einer passiven Chromoxidschicht, die sich bei Kontakt mit Luft oder Feuchtigkeit selbst heilt.
- Nickel (Ni) (8-37%) stabilisiert die austenitische Struktur und verbessert Zähigkeit, Duktilität, Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.
- Kohlenstoff (C) wird sehr niedrig gehalten, typischerweise unter 0,08%, insbesondere bei kohlenstoffarmen Güten wie 304L und 316L (unter 0,03%), um die Karbidausfällung beim Schweißen zu minimieren und so das Risiko einer interkristallinen Korrosion zu verringern.
Zusätzlich,
- Mangan (Mn) kann Nickel teilweise ersetzen In bestimmten Legierungen, insbesondere der 200er-Serie, wirkt es als Austenitstabilisator und erhöht die Stickstofflöslichkeit und Zugfestigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Produktionskosten.
- Molybdän (Mo) (2%-3%) wird hinzugefügt, um die Beständigkeit gegen Loch- und Spaltkorrosion zu verbessern, insbesondere in chloridreichen Umgebungen wie Meerwasser.
- Stickstoff (N) erhöht die Festigkeit und verbessert die Beständigkeit gegen lokale Korrosion, insbesondere in Hochleistungslegierungen.
- Kupfer (Cu) wird gelegentlich hinzugefügt, insbesondere in Speziallegierungen, um die Korrosionsbeständigkeit in bestimmten sauren Umgebungen wie Schwefel- und Phosphorsäure zu verbessern.
*Austenitischer Edelstahl kann auch Spurenelemente enthalten wie Silizium (Si), Phosphor (P), Schwefel (S), Titan (Ti), Niob (Nb) und Kobalt (Co), wir besprechen sie hier jedoch nicht im Detail.
Eigenschaften von austenitischem rostfreiem Stahl
Hier sind drei Hauptgründe, die austenitischen Edelstahl einzigartig machen:
- Hervorragende Korrosionsbeständigkeit in vielen Umgebungen.
- Hohe Zähigkeit und Duktilität, auch bei niedrigen Temperaturen.
- Nicht magnetisch und nur durch Kaltverformung härtbar.
In der folgenden Tabelle finden Sie die wichtigsten Eigenschaften von austenitischem Edelstahl:
Eigentum | Beschreibung | Leistung | Hinweise |
Korrosionsbeständigkeit | Fähigkeit, Korrosion und Oxidation zu widerstehen. | Aufgrund des hohen Chrom- und Nickelgehalts hervorragend für oxidierende Umgebungen geeignet. | Molybdän verbessert die Korrosionsbeständigkeit in chloridreichen Umgebungen. |
Mechanische Eigenschaften | Umfasst Festigkeit, Zähigkeit, Härte und Duktilität. | Stark, zäh, mit guter Duktilität und mäßiger Härte. | Hohe Festigkeit und Zähigkeit tragen dazu bei, Verformungen unter hoher Belastung zu widerstehen, während eine gute Duktilität eine Rissbildung unter Belastung verhindert. |
Hitzebeständigkeit | Fähigkeit, hohen Temperaturen ohne Qualitätsverlust standzuhalten. | Gute Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. | Länger anhaltende extreme Hitzeeinwirkung kann zu Ablagerungen führen. |
Leistung bei niedrigen Temperaturen | Materialleistung in kalten Umgebungen. | Außergewöhnliche Zähigkeit, beständig gegen Sprödbrüche. | Geeignet für kryogene Anwendungen, bei denen die Vermeidung von Sprödigkeit von entscheidender Bedeutung ist. |
Verformbarkeit | Leichte Formbarkeit durch mechanische Verfahren. | Hervorragende Formbarkeit, sowohl für Kalt- als auch für Warmumformungsprozesse geeignet. | Aufgrund seiner hohen Formbarkeit eignet es sich ideal für die Herstellung komplexer Formen. |
Schweißeignung | Schweißbarkeit ohne Festigkeitsverlust. | Gut schweißbar und dennoch korrosionsbeständig. | Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist im Allgemeinen nicht erforderlich, weshalb sich das Verfahren ideal für Anwendungen im Baugewerbe und in der Automobilindustrie eignet. |
Bearbeitbarkeit | Einfaches Schneiden, Formen und Veredeln des Materials. | Mäßig; Kaltverfestigung und Werkzeugverschleiß können durch Optimierung kontrolliert werden. | Die Bearbeitbarkeit kann durch die Verwendung scharfer Werkzeuge und niedriger Schnittgeschwindigkeiten verbessert werden. Durch Kaltbearbeitung kann die Härte erhöht werden. |
Magnetische Eigenschaften | Tendenziell magnetisches Verhalten. | Nicht magnetisch, aber nach der Kaltbearbeitung kann sich leichter Magnetismus entwickeln. | Durch Kaltbearbeitung kann leichter Magnetismus entstehen, der sich auf nichtmagnetische Anwendungen auswirken kann. |
Vor- und Nachteile von austenitischem Edelstahl
Austenitischer rostfreier Stahl bietet die folgenden Vorteile:
- Hervorragende Korrosionsbeständigkeit in zahlreichen Umgebungen.
- Hohe Duktilität, dadurch leicht zu formen und zu schweißen.
- Behält die Festigkeit bei hohen Temperaturen.
- Beständig gegen Oxidation, auch in feuchter Luft.
- Im geglühten Zustand nicht magnetisch.
Sie ist auch mit den unten aufgeführten Herausforderungen und Nachteilen konfrontiert:
- Höhere Kosten durch die Verwendung von Legierungselementen wie Nickel.
- Unter bestimmten Bedingungen anfällig für Spannungsrisskorrosion.
- Aufgrund seiner Kaltverfestigungseigenschaften schwer zu bearbeiten.
- Geringere Festigkeit im Vergleich zu anderen Edelstahlsorten.
- Geringe Verschleiß- und Fressfestigkeit.
Untergruppen von austenitischem Edelstahl
Austenitischer Edelstahl wird in zwei Untergruppen unterteilt: AISI Serie 200 und die AISI Serie 300. Beide Serien werden vom American Iron and Steel Institute (AISI), der American Society for Testing and Materials (ASTM) und anderen Organisationen weltweit anerkannt. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Serie 200 Mangan und Stickstoff mit weniger Nickel verwendet, während die Serie 300 auf höhere Chrom- und Nickelwerte angewiesen ist.
AISI 200 Reihe
Der nichtrostende Stahl der Serie AISI 200 bildet seine austenitische Struktur durch die Zugabe von Mangan und Stickstoff mit einer reduzierten Menge an Nickel. Mangan und Stickstoff erhalten die austenitische Struktur und erhöhen die Festigkeit. Zu den gängigen Sorten gehören 201 und 202. Aufgrund seiner Kosteneffizienz wird er häufig für Küchengeräte, Automobilverkleidungen und Lebensmittelverarbeitungsgeräte verwendet.
AISI 300 Reihe
AISI 300 Series stainless steel forms its austenitic structure by adding higher levels of chromium and nickel. Chromium resists corrosion, while nickel adds ductility and toughness. Common grades like 304 (18/8 or A2) and 316 (A4) are widely used. The 300 series is commonly used in construction, chemical processing, and medical equipment because of its durability and corrosion resistance.
Austenitische Edelstahlsorten
Schauen Sie sich die gängigen Güten in der Familie der austenitischen Edelstahlsorten an:
Klasse | Äquivalente Note (UNS/EN) | Beschreibung | Häufige Anwendungen |
302 | S30200 / 1.4300 | Allgemeiner Zweck 18-8 | Federn, Unterlegscheiben, Muttern, Bolzen, Autozierteile |
202 | S20200 / 1.4373 | N und Mn ersetzen teilweise Ni | Küchengeräte, Autoteile, Eisenbahnwaggons, Spülbecken |
201 | S20100 / 1.4372 | N und Mn ersetzen teilweise Ni | Küchengeräte, Gerätekonstruktionen, Eisenbahnwaggons, Schläuche |
305 | S30500 / 1.4303 | Ni erhöht, um die Kaltverfestigung zu verringern | Tiefziehteile, elektronische Bauteile, Küchenspülen, Federn |
304 | S30400 / 1.4301 | Niedrigerer C-Wert für bessere Korrosionsbeständigkeit in Schweißkonstruktionen | Chemikalienbehälter, Küchengeräte, Architekturplatten, Tanks |
304L | S30403 / 1.4306, 1.4307 | C reduziert für Korrosionsbeständigkeit im geschweißten Zustand | Strukturkomponenten in Hochtemperaturumgebungen, Wärmetauscher, Ölraffinerieteile, chemische Verarbeitungsgeräte |
304N | S30451 / 1.4315 | N zur Erhöhung der Festigkeit hinzugefügt | Strukturbauteile, Automobilabgasanlagen, Chemietanks, Schiffsausrüstung |
304NL | S30453 / 1.4311 | N zur Erhöhung der Festigkeit hinzugefügt | Strukturbauteile in korrosiver Umgebung, Schweißbauteile, Schiffsbauteile, Druckbehälter |
303 | S30300 / 1.4305 | S für die Bearbeitbarkeit hinzugefügt | Schrauben, Muttern, Bolzen, Wellen, Ventile |
303Se | S30323 / 1.4300 | Se hinzugefügt für bessere Bearbeitbarkeit | Hochpräzise Zerspanungsteile, elektrische Schaltanlagen, Ventile, Steckverbinder |
S30430 | S30430 / 1.4567 | Cu zur Verbesserung der Kaltbearbeitung hinzugefügt | Wärmetauscher für Kraftfahrzeuge, Druckbehälter, Rohre, architektonische Anwendungen |
316 | S31600 / 1.4401 | Mo wurde hinzugefügt, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen | Medizinische Instrumente, Schiffsausrüstung, Chemikalienbehälter, Geräte zur Lebensmittelverarbeitung |
316L | S31603 / 1.4404, 1.4435 | C reduziert für Korrosionsbeständigkeit im geschweißten Zustand | Pharmazeutische Geräte, Marineanwendungen, Tanks für die chemische Verarbeitung, Oberflächen für die Lebensmittelzubereitung |
316N | S31651 / 1.4429 | N zur Erhöhung der Festigkeit hinzugefügt | Hochfeste Teile in korrosiven Umgebungen, Druckbehälter, Schiffskomponenten, medizinische Geräte |
316LN | S31653 / 1.4429 | C reduziert, N hinzugefügt, um die Festigkeit zu erhöhen | Kernreaktorkomponenten, kryogene Behälter, chemische Verarbeitungsanlagen, Hochdruckrohrleitungen |
316F | S31620 / 1.4436 | S und P hinzugefügt, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern | Pumpenteile, Ventilkomponenten, Wellen, präzisionsgefertigte Armaturen |
317 | S31700 / 1.4449 | Mehr Mo und Cr hinzugefügt für bessere Korrosionsbeständigkeit | Chemische Prozessausrüstung, Marineanwendungen, pharmazeutische Ausrüstung, petrochemische Raffinerien |
317L | S31703 / 1.4438 | C reduziert für bessere Schweißeigenschaften | Ausrüstung für die Zellstoff- und Papierindustrie, Chemietanks, Schiffsstrukturen, Rauchgasentschwefelungssysteme |
310, 310S | S31000, S31008 / 1.4840, 1.4845 | Mehr Cr und Ni für noch bessere Hitzebeständigkeit | Ofenauskleidungen, Ofenkomponenten, Brennkammern, Wärmetauscher |
309, 309S | S30900, S30908 / 1.4828, 1.4833 | Erhöhte Cr- und Ni-Konzentration für höhere Hitzebeständigkeit | Ofenteile, Wärmetauscher, Ofenauskleidungen, Raffinerieausrüstung |
314 | S31400 / 1.4841 | Erhöhter Si-Gehalt für höchste Hitzebeständigkeit | Ofenteile, Gasbrenner, Brennkammern, Wärmetauscher |
330 | N08330 / 1.4886 | Ni hinzugefügt, um Aufkohlung und Thermoschock zu widerstehen | Ofenteile, Gasturbinenkomponenten, Wärmetauscher, chemische Prozessausrüstung |
302B | S30215 / – | Si-Zusatz zur Erhöhung der Zunderbeständigkeit | Ofenkomponenten, Wärmetauscher, Automobilverteiler |
308 | S30800 / 1.4332 | Höherer Cr- und Ni-Gehalt, hauptsächlich zum Schweißen verwendet | Schweißdrähte, Zusatzwerkstoffe, Hochtemperatur-Abgassysteme, Ofenauskleidungen |
321 | S32100 / 1.4541 | Ti hinzugefügt, um Karbidausfällung zu verhindern | Flugzeugabgassysteme, thermische Oxidationsmittel, Ofenteile, Wärmetauscher |
347 | S34700 / 1.4550 | Nb und Ta hinzugefügt, um Karbidausfällung zu verhindern | Luft- und Raumfahrtkomponenten, Hochtemperaturausrüstung, geschweißte Kesselteile, Gasturbinentriebwerke |
348 | S34800 / 1.4551 | Ta und Co für nukleare Anwendungen beschränkt | Kernreaktorteile, Hochtemperatur-Flugzeugkomponenten, Stromerzeugungskomponenten, Wärmetauscher |
205 | S20500 / – | N und Mn ersetzen teilweise Ni | Kommerzielle Lebensmittelverarbeitungsgeräte, Küchengeräte, Lagertanks, Schweißkonstruktionen |
384 | S38400 / – | Mehr Ni zur Verringerung der Kaltverfestigung | Tiefziehteile, Schrauben, Bolzen, Federn, Verbindungselemente |
329 | S32900 / 1.4460 | (Duplex: Austenit + Ferrit) Cr erhöht und Ni reduziert für Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit | Öl- und Gasleitungen, Schiffsausrüstung, Chemikalientanks, Druckbehälter |
Welches ist die beste Sorte von austenitischem Edelstahl?
Es gibt keine "beste" Sorte von austenitischem rostfreiem Stahl, die für alle geeignet ist. Sie hängt von verschiedenen Faktoren ab. Für allgemeine Zwecke ist Edelstahl 304 wegen seiner guten Korrosionsbeständigkeit und einfachen Verarbeitung üblich. Für eine höhere Korrosionsbeständigkeit, z. B. in Meeresumgebungen, ist rostfreier Stahl 316 besser geeignet, da er Molybdän enthält. Für Hochtemperaturanwendungen ist Edelstahl 310 aufgrund seiner hervorragenden Hitzebeständigkeit geeignet. Jede Sorte hat ihre eigenen Stärken, so dass die beste Wahl von den spezifischen Anforderungen abhängt.
Anwendungen von austenitischem Edelstahl
In der nachstehenden Tabelle finden Sie die wichtigsten Branchen und Anwendungen, in denen austenitischer rostfreier Stahl am häufigsten verwendet wird:
Industrie | Anmeldung |
Essen & Trinken | Tanks, Rohrleitungen, Lagerbehälter, Verarbeitungsanlagen |
Medizin & Pharma | Chirurgische Instrumente, Implantierbare Geräte, Sterilisationsschalen, Diagnosegeräte |
Chemische Verarbeitung | Wärmetauscher, Reaktoren, Pumpen, Ventile |
Öl und Gas | Rohrleitungen, Offshore-Plattformen, Druckbehälter, Wärmetauscher |
Automobilindustrie | Auspuffanlagen, Kraftstofftanks, Zierteile, Sensoren |
Luft- und Raumfahrt | Motorkomponenten, Befestigungselemente, Strukturteile, Abgassysteme |
Bauwesen | Bedachungen, Fassadenplatten, Geländer, Tragwerke |
Stromerzeugung | Kessel, Turbinen, Rauchgasentschwefelungsanlagen, Kernreaktorkomponenten |
Austenitischer vs. Martensitischer vs. Ferritischer vs. Duplex- vs. ausscheidungsgehärteter Edelstahl
Vergleichen Sie die fünf Edelstahlklassen in der folgenden Tabelle:
Eigentum | Austenitischer rostfreier Stahl | Martensitischer rostfreier Stahl | Ferritischer rostfreier Stahl | Duplex-Edelstahl | Ausscheidungsgehärtet |
Kristallstruktur | Austenitisch (FCC) | Martensitisch (BCT) | Ferritisch (BCC) | Austenitisch + Ferritisch, normalerweise 50% + 50% | Martensitisch oder Austenitisch + Ausscheidungshärtung |
Mechanische Festigkeit | Hohe Zähigkeit, gute Duktilität | Hohe Festigkeit, hohe Härte | Mäßige Festigkeit, gute Zähigkeit | Hohe Festigkeit, überragende Bruchfestigkeit | Sehr hohe Festigkeit nach Wärmebehandlung |
Korrosionsbeständigkeit | Hervorragend, insbesondere in sauren und chloridhaltigen Umgebungen | Mäßig, anfällig für Korrosion in rauen Umgebungen | Gut, insbesondere in oxidierenden Umgebungen | Hervorragend geeignet, insbesondere in chloridhaltigen und marinen Umgebungen | Gut, aber schlechter als austenitische oder Duplex-Typen |
Schweißeignung | Hervorragend, minimale Auswirkungen durch Schweißen | Schlecht, erfordert Vor- und Nachwärmebehandlung | Mäßige Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich | Gut, aber die Abkühlrate muss kontrolliert werden | Gut, aber Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich |
Wärmebehandlung | Kann nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden, Kaltbearbeitung kann verstärken | Härten durch Anlassen | Nicht wärmebehandelbar, kann durch Kaltverformung verstärkt werden | Behält gute Eigenschaften nach der Wärmebehandlung bei | Verstärkt durch Aushärtungswärmebehandlung |
Typische Anwendungen | Lebensmittelverarbeitung, chemische Anlagen, medizinische Geräte | Schaufelblätter, Wellen, mechanische Komponenten | Auspuffanlagen für Kraftfahrzeuge, Wärmetauscher | Meerestechnik, Öl- und Gaspipelines | Luft- und Raumfahrt, Nukleartechnik, Hochfestigkeitsanwendungen |
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Nachdem Sie nun ein tieferes Verständnis für austenitischen nichtrostenden Stahl haben, gibt es noch einige allgemeine Fragen, die Ihre Aufmerksamkeit verdienen:
Was ist der Unterschied zwischen rostfreiem Stahl und austenitischem rostfreiem Stahl?
Edelstahl bezeichnet eine Familie von Eisenlegierungen, die für ihre Korrosionsbeständigkeit bekannt sind. Austenitischer rostfreier Stahl ist eine spezielle Art innerhalb dieser Gruppe, die für ihren hohen Chrom- und Nickelgehalt bekannt ist, der die Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit erhöht. Mit einem Anteil von etwa 70% an der gesamten Produktion von rostfreiem Stahl ist er auch die am häufigsten verwendete Stahlsorte.
Welche anderen Arten von nichtrostendem Stahl gibt es neben dem austenitischen nichtrostenden Stahl?
Zu den weiteren Edelstahlsorten gehören ferritischer Edelstahl, martensitischer Edelstahl, Duplex-Edelstahl und ausscheidungshärtender Edelstahl.
Kann austenitischer rostfreier Stahl rosten?
Austenitischer rostfreier Stahl ist sehr rostbeständig. Dennoch kann er unter extremen Bedingungen rosten, etwa wenn er längere Zeit Salzwasser oder aggressiven Chemikalien ausgesetzt ist oder wenn die Schutzschicht beschädigt oder abgenutzt ist.
Weiterführende Lektüre
Kann Edelstahl rosten und wie kann man das Problem lösen?
Ist austenitischer rostfreier Stahl magnetisch?
Austenitischer rostfreier Stahl ist im Allgemeinen nicht magnetisch. Er kann jedoch nach einer Kaltverformung, z. B. durch Biegen oder Umformen, aufgrund der Umwandlung von Austenit in Martensit leicht magnetisch werden.
Weiterführende Lektüre
Ist rostfreier Stahl magnetisch?
Ist austenitischer rostfreier Stahl zum Kochen geeignet?
Ja, austenitischer rostfreier Stahl ist zum Kochen geeignet und wird häufig für Küchengeräte und Geräte zur Lebensmittelverarbeitung verwendet. Seine Korrosionsbeständigkeit und seine nicht reaktive Beschaffenheit machen ihn ideal für die Verwendung mit Lebensmitteln und Getränken, da er Verunreinigungen verhindert und den Geschmack bewahrt.
Zusammenfassung & Sonstiges
In diesem Artikel werden kurz die Definition, Zusammensetzung, Eigenschaften, Güteklassen, Anwendungen und andere wichtige Aspekte von austenitischem Edelstahl erläutert. Weitere Informationen zu Edelstahl oder anderen Stahlsorten finden Sie unter unser Blog oder Kontakt zu unseren Metallspezialisten.
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