304 vs 430 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Ingenieure und Beschaffungsteams wählen häufig zwischen 304 und 430 Edelstahl, wenn sie Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit, Schweißbarkeit und Kosten für gefertigte Komponenten abwägen. Typische Entscheidungskontexte umfassen Küchengeräte und Teile für den Lebensmittelkontakt (wo Korrosionsbeständigkeit und Hygiene von größter Bedeutung sind) im Vergleich zu dekorativen oder magnetischen Anwendungen, bei denen Kosten und magnetische Reaktion wichtiger sind.

Der grundlegende Unterschied zwischen diesen beiden gängigen Werkstoffen ist ihre Legierungsstrategie: 304 ist ein austenitischer, nickelhaltiger Edelstahl, der für eine breite Korrosionsbeständigkeit und Duktilität optimiert ist, während 430 ein ferritischer, niedriglegierter Edelstahl ist, der für kosteneffektive Korrosionsbeständigkeit und magnetische Reaktion optimiert ist. Aufgrund dieser Unterschiede werden 304 und 430 häufig verglichen, wenn Kompromisse zwischen Korrosionsleistung, Verarbeitbarkeit und Magnetismus für Design und Beschaffung relevant sind.

1. Normen und Bezeichnungen

Wichtige internationale Normen, die 304 und 430 abdecken, sind:

• ASTM / ASME:
• 304: ASTM A240 (Platte, Blech), A276 (Stange), A312 (Rohr/Rohr)
• 430: ASTM A240 (Platte, Blech), A376 / A480 Referenzen
• EN (Europäisch):
• 304 ≈ EN 1.4301 (auch bekannt als X5CrNi18-10)
• 430 ≈ EN 1.4016 (auch bekannt als X6Cr17)
• JIS (Japanisch): SUS304, SUS430
• GB (Chinesisch): 304 (06Cr19Ni10), 430 (0Cr17)

Materialtyp: - 304: Edelstahl (austenitisch) - 430: Edelstahl (ferritisch)

Beide sind Edelstähle; sie sind keine Kohlenstoff-, Werkzeug-, Legierungs- oder HSLA-Stähle.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle gibt typische Zusammensetzungsbereiche (Gewichtsprozent) für gängige kommerzielle 304- und 430-Qualitäten im geglühten Zustand an. Dies sind typische veröffentlichte Bereiche; individuelle Materialzertifikate sollten für genaue Werte konsultiert werden.

Element	304 (typisch)	430 (typisch)
C	≤ 0.08	≤ 0.12
Mn	≤ 2.0	≤ 1.0
Si	≤ 0.75	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.04
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	18.0–20.0	16.0–18.0
Ni	8.0–10.5	≤ 0.75
Mo	— (generell 0)	— (generell 0)
V	—	—
Nb	—	—
Ti	—	—
B	—	—
N	Spuren	Spuren

Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Chrom (Cr) sorgt für die passive Oxidschicht zur Korrosionsbeständigkeit. Höherer Cr erhöht im Allgemeinen die Oxidations-/Korrosionsbeständigkeit. - Nickel (Ni) stabilisiert die raumzentrierte kubische (austenitische) Struktur bei Raumtemperatur; es verbessert die Zähigkeit, Duktilität und allgemeine Korrosionsbeständigkeit. Das Vorhandensein von Ni ist der Hauptunterschied, der 304 nicht-magnetisch (im geglühten Zustand) und 430 magnetisch (ferritisch) macht. - Kohlenstoff (C) beeinflusst die Festigkeit und das potenzielle Sensibilisierungsrisiko. Niedrigkohlenstoffvarianten (z. B. 304L) reduzieren das Risiko der Karbidabscheidung. - Mangan (Mn) und Silizium (Si) sind Entgasungsmittel und beeinflussen die Warmverformbarkeit und Festigkeit moderat. - Mo und N (in diesen beiden Qualitäten nicht signifikant vorhanden) würden verwendet, um die Lochkorrosionsbeständigkeit zu verbessern; ihr Fehlen schränkt die Leistung in Chloridumgebungen ein.

3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsreaktion

• 304: Typische Mikrostruktur ist vollständig austenitisch (FCC) bei Raumtemperatur, wenn sie nach Spezifikation hergestellt wird. Austenit ist aufgrund von Nickel bei Umgebungstemperaturen stabil. 304 härtet nicht durch Abschrecken; es wird durch Kaltverformung verstärkt. Standardthermische Prozesse:
• Glühen (typischerweise 1010–1150 °C, gefolgt von schnellem Abkühlen) stellt die Duktilität wieder her und löst Ausfällungen auf.
• Sensibilisierung (Karbidabscheidung bei ~450–850 °C) kann bei längerer Exposition auftreten und birgt das Risiko der interkristallinen Korrosion; niedriglegierte (304L) oder stabilisierte (321/347) Qualitäten werden verwendet, um dies zu vermeiden.
• Normalisieren oder Abschrecken und Anlassen sind keine anwendbaren Methoden, um 304 zu härten.
• 430: Typische Mikrostruktur ist ferritisch (BCC) bei Raumtemperatur. Ferrit ist magnetisch. 430 ist nicht durch Abschrecken und Anlassen härtbar, um Martensit auf die gleiche Weise wie martensitische Stähle zu entwickeln; wie 304 wird es hauptsächlich durch Kaltverformung verstärkt. Thermische Reaktion:
• Lösungsglühen und Normalisieren werden verwendet, um Spannungen abzubauen und die Duktilität wiederherzustellen.
• Ferritische Qualitäten sind anfällig für Kornwachstum und Versprödung über bestimmten Temperaturen; längere Exposition bei 475 °C (475 °F Versprödungsbereich) kann die Zähigkeit verringern.
• 430 ist nicht anfällig für die Stabilisierung von Austenit, sodass es während der typischen Verarbeitung die ferritische Struktur beibehält.

Zusammenfassend bietet 304 eine austenitische Mikrostruktur, die die Bildung spröder Phasen bei Raumtemperatur widersteht und hohe Zähigkeit beibehält; 430 ist ferritisch und muss mit Aufmerksamkeit auf Kornwachstum und Versprödung verarbeitet werden.

4. Mechanische Eigenschaften

Die folgende Tabelle listet typische Bereiche mechanischer Eigenschaften für geglühtes kommerzielles Material auf; dies sind indikative Bereiche und hängen von der Produktform und dem genauen Zustand ab.

Eigenschaft (geglüht)	304 (typisch)	430 (typisch)
Zugfestigkeit (MPa)	~480–720	~450–600
Streckgrenze 0.2% (MPa)	~170–300	~200–300
Dehnung (% in 50 mm)	~40–60	~20–35
Charpy-Schlag (Raumtemperatur)	Allgemein hoch, gute Zähigkeit	Niedriger als 304; moderate Zähigkeit
Härte (HB)	~120–200	~120–200

Interpretation: - 304 zeigt im Allgemeinen höhere Duktilität und überlegene Schlagzähigkeit aufgrund seiner austenitischen Struktur und seines Nickelgehalts. - Die Streckgrenzenbereiche können sich überschneiden; 430 kann in einigen Produktformen ähnliche oder leicht höhere Streckgrenzen aufweisen, jedoch typischerweise mit weniger Dehnung und Zähigkeit. - 304 ist die duktilere und zähere Wahl für starke Umformung und Anwendungen bei niedrigen Temperaturen; 430 kann akzeptabel sein, wo die Anforderungen an Duktilität und Schlagfestigkeit moderat sind.

5. Schweißbarkeit

Überlegungen zur Schweißbarkeit hängen von dem Kohlenstoffäquivalent und der Neigung zu Rissen, Kornwachstum und Sensibilisierung ab. Repräsentative Indizes, die in der Bewertung der Schweißbarkeit verwendet werden, umfassen:

• Kohlenstoffäquivalent (IIW):
  $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Der komplexere Pcm-Index:
  $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - 304: Ausgezeichnete Schweißbarkeit im Allgemeinen. Die austenitische Struktur verwandelt sich beim Abkühlen nicht in spröde Phasen, sodass das Risiko von Kaltverzügen durch martensitische Umwandlungen gering ist. Schweißthermische Zyklen können jedoch Sensibilisierung (Karbidabscheidung) im Bereich von 450–850 °C verursachen; Nachschweißlösungsglühen oder die Verwendung von niedriglegierten (304L) oder stabilisierten Qualitäten ist üblich, wenn Korrosion im wärmebeeinflussten Bereich ein Anliegen ist. Die Auswahl des Schweißmetalls und das Anpassen des Füllmaterials sind unkompliziert (z. B. ER304/308 Füllstoffe). - 430: Schweißbar, aber mit Vorbehalten. Die ferritische Struktur kann Kornwachstum und reduzierte Duktilität im wärmebeeinflussten Bereich erfahren; Vorwärmen und kontrollierte Zwischentemperaturen können für dicke Abschnitte empfohlen werden, um thermische Spannungen zu begrenzen. Der niedrigere Kohlenstoff- und Legierungsgehalt von 430 verringert die Bedenken hinsichtlich der Härtbarkeit, aber seine ferritische Natur kann in extremen Bedingungen Probleme mit Delta-Ferrit/Versprödung verursachen. Fülllegierungen und Prozessauswahl sollten Unterschiede in der thermischen Ausdehnung und metallurgischen Verträglichkeit berücksichtigen.

Hier wird keine numerische CE- oder Pcm-Berechnung bereitgestellt, aber diese Formeln veranschaulichen die Faktoren, die die Schweißbarkeit beeinflussen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

Sowohl 304 als auch 430 sind Edelstähle (sie bilden einen passiven Chromoxidfilm), aber ihr Korrosionsverhalten unterscheidet sich im Detail.

• 304: Gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit in vielen Umgebungen, einschließlich atmosphärischer Exposition, Lebensmittelverarbeitung und milden Chemikalien. 304 ist widerstandsfähiger gegen Chloridangriffe und allgemeine Korrosion als 430 aufgrund des höheren Nickelgehalts und der stabilisierten austenitischen Mikrostruktur. In chloridreichen Umgebungen (marine, spritzendes Meerwasser) kann 304 jedoch unter Loch- und Spaltkorrosion leiden; in diesen Fällen sind Mo-haltige Qualitäten (z. B. 316) bevorzugt. Das Risiko der Sensibilisierung (interkristalline Korrosion) besteht für 304 nach längerer Erwärmung im Sensibilisierungsbereich; verwenden Sie 304L oder stabilisierte Qualitäten, wenn der Einsatz Schweißen ohne Lösungsglühen umfasst.

• 430: Gute Beständigkeit gegen Oxidation und milde korrosive Atmosphären; ausreichend für dekorative Anwendungen im Innenbereich, Geräte und Automobilverkleidungen. 430 hat eine geringere Beständigkeit gegen Chlorid-Loch- und Spaltkorrosion im Vergleich zu 304. Für aggressive Umgebungen wird 430 nicht empfohlen.

Bei der Verwendung der Lochkorrosionsbeständigkeit äquivalenten Zahl (PREN) zum Vergleich von Legierungen: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Weder 304 noch 430 enthalten signifikante Mengen an Mo oder N, sodass PREN von begrenztem Nutzen ist, um sie zu unterscheiden; es ist informativer, wenn die Mo- und N-Gehalte variieren (z. B. Duplex-, superaustenitische Qualitäten).

Oberflächenschutz für Teile, bei denen die Edelstahlleistung unzureichend ist: - Für Kohlenstoff- oder niedriglegierte Stähle (nicht anwendbar auf 304/430) sind Verzinkung, Lackierung oder Beschichtungen üblich. - Für 430 unter härteren Bedingungen können zusätzliche Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen (Galvanisierung, Passivierung, dekorative Oberflächen) die Lebensdauer verlängern.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit

• Formbarkeit:
• 304: Ausgezeichnete Formbarkeit und Ziehfähigkeit; wird häufig für Tiefziehen, komplexe gepresste Formen und Rohre verwendet, wo gute Dehnung erforderlich ist.
• 430: Gute Formbarkeit beim Blechwalzen und leichten Stanzen, aber geringere Duktilität als 304 bei starken Umformoperationen.
• Zerspanbarkeit:
• Austenitisches 304 verfestigt sich schnell, was die Zerspanungsraten und die Werkzeuglebensdauer verringern kann, es sei denn, es werden geeignete Werkzeuge, Vorschübe und Schmierstoffe verwendet.
• Ferritisches 430 lässt sich typischerweise leichter zerspanen als 304; es verfestigt sich nicht so aggressiv und liefert oft eine bessere Oberflächenqualität mit herkömmlichen Werkzeugen.
• Oberflächenbearbeitung:
• Beide Qualitäten können poliert, gebürstet und auf gängige Oberflächenklassen (z. B. 2B, BA, No. 4) bearbeitet werden. 304 neigt dazu, eine feinere Politur für dekorative und hygienische Anwendungen zu erhalten.
• Biegen und Schweißen:
• 304 ist toleranter gegenüber tiefem Biegen und komplexer Formgebung.
• 430 erfordert Aufmerksamkeit auf Rückfederung und potenzielle Kornwachstumswirkungen, wenn geschweißt wird.

8. Typische Anwendungen

304 — Typische Anwendungen	430 — Typische Anwendungen
Lebensmittelverarbeitungsgeräte, Küchenspülen, Kochgeschirr und Geräte	Dekorative Verkleidungen, Innen-/Außenverkleidungen von Fahrzeugen, Steuerungen
Chemische Prozessanlagen und Lagertanks (nicht-chloridhaltige Umgebungen)	Dunstabzugshauben, Außenseiten von Geschirrspülern (in weniger aggressiven Umgebungen)
Medizinische Geräte, pharmazeutische Anlagen	Magnetische Komponenten, wo Ferromagnetismus erforderlich ist
Architektonische Paneele, Handläufe, Bänke	Kostengünstige Spülen und Geräteverkleidungen, wo Magnetismus oder Kosten priorisiert werden
Befestigungen und Fittings, wo Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit erforderlich sind	Auspuffverkleidungen, Grillkomponenten und dekorative Hardware

Auswahlbegründung: - Wählen Sie 304, wenn Korrosionsleistung, Hygiene, tiefes Formen und Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen die Hauptanforderungen sind. - Wählen Sie 430, wenn Kosten, magnetische Reaktion und angemessene Korrosionsbeständigkeit für Innen- oder leicht korrosive Umgebungen entscheidend sind.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: 304 ist im Allgemeinen teurer als 430 aufgrund des signifikanten Nickelgehalts. Die Preisschwankungen bei Nickel beeinflussen direkt den relativen Kostenaufschlag von 304.
• Verfügbarkeit: Beide Qualitäten sind weltweit in Platten, Coils, Streifen, Rohren und Stangen weit verbreitet. 304 ist in einer breiten Palette von Produktformen und Oberflächen allgegenwärtig; 430 wird häufig für Geräte- und Dekorationsmärkte vorrätig gehalten und ist oft die wirtschaftliche Wahl für nicht-kritische Anwendungen.
• Produktformen: 304 wird häufiger für hygienische Rohre und hochspezifizierte Platten angegeben; 430 ist üblich für gestanzte Teile und dekorative Paneele.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ):

Attribut	304	430
Schweißbarkeit	Sehr gut (Achtung auf Sensibilisierung; verwenden Sie 304L oder stabilisierte Qualitäten, wenn nötig)	Gut mit Vorsichtsmaßnahmen (Kornwachstum, HAZ-Überlegungen)
Festigkeit–Zähigkeit	Hohe Zähigkeit und Duktilität; gute Festigkeit	Moderate Zähigkeit; angemessene Festigkeit, geringere Duktilität
Korrosionsbeständigkeit	Überlegene allgemeine Korrosionsbeständigkeit; besser in Chloridumgebungen als 430	Gut in milden Umgebungen; unterlegen gegenüber 304 in Chloriden oder aggressiven Medien
Kosten	Höher (Nickelgehalt)	Niedriger (niedriglegierter Ferrit)
Magnetische Reaktion	Im Wesentlichen nicht-magnetisch (geglüht)	Magnetisch (ferritisch)

Empfehlungen: - Wählen Sie 304, wenn: - Sie hohe Duktilität, hervorragende Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen und überlegene Korrosionsbeständigkeit im Allgemeinen und in milden Chloridumgebungen benötigen. - Die Anwendung Lebensmittel, medizinische, chemische Prozess- oder architektonische Exposition umfasst, wo Hygiene und Aussehen wichtig sind. - Nicht-magnetisches Verhalten erforderlich ist. - Wählen Sie 430, wenn: - Sie eine kosteneffektive Edelstahl-Lösung für dekorative oder Innenanwendungen benötigen, bei denen keine starke Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist. - Magnetische Eigenschaften erforderlich oder nützlich sind (z. B. für elektromagnetische Verträglichkeit, magnetische Montage oder ästhetische Gründe). - Zerspanbarkeit und moderate Formbarkeit zu einem niedrigeren Materialpreis benötigt werden.

Abschließende Anmerkung: Bestätigen Sie immer die genauen Material-Spezifikationen und mechanischen Prüfzeugnisse von Lieferanten für die beabsichtigte Produktform und den Zustand. Für kritische Umgebungen (Chloridexposition, erhöhte Temperaturen oder geschweißte Druckbehälter) konsultieren Sie die Richtlinien und Vorschriften zur Korrosionsengineering, um geeignete Legierungen auszuwählen (zum Beispiel 316, Duplex oder stabilisierte Qualitäten, wo nötig).