304L vs 347 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Edelstähle 304L und 347 sind zwei weit verbreitete austenitische Sorten, die oft um die gleichen Anwendungen konkurrieren. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen häufig Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Lebenszykluskosten ab, wenn sie zwischen ihnen entscheiden. Typische Entscheidungskontexte umfassen geschweißte Baugruppen, bei denen interkristalline Korrosion ein Anliegen ist, Lebensmittel- und pharmazeutische Geräte, bei denen Reinlichkeit entscheidend ist, und gefertigte Komponenten, die zyklischen oder erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind.

Der primäre metallurgische Unterschied zwischen den beiden ist ihre Strategie zur Vermeidung der Karbidniederschlagung an Korngrenzen während des Schweißens oder der thermischen Exposition: der eine verwendet einen absichtlich niedrigen Kohlenstoffgehalt, um die Karbidbildung zu begrenzen, während der andere eine Mikrolegierungsstabilisierung (Niob) verwendet, um Kohlenstoff als stabilere Karbide zu binden. Dieser Unterschied beeinflusst, wie sich jeder nach dem Schweißen verhält, wie er gegen Korrosionsangriffe an Korngrenzen widersteht und wie er in der Fertigung spezifiziert wird.

1. Normen und Bezeichnungen

Übliche Normen und Bezeichnungen für diese Sorten umfassen:

• ASTM/ASME: 304L — UNS S30403 (ASTM A240, A276, A312); 347 — UNS S34700 (ASTM A240, A276, A312).
• EN: 304L — X2CrNi18-9 / 1.4306 (ca.); 347 — X6CrNiNb18-10 / 1.4550 (ca.).
• JIS: 304L — SUS304L; 347 — SUS347.
• GB: 304L — 06Cr19Ni10; 347 vergleichbar in stabilisierter Variante.

Beide sind rostfreie (austenitische) Edelstähle. Sie sind keine Kohlenstoffstähle, Werkzeugstähle oder HSLA-Sorten.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle fasst typische Zusammensetzungsbereiche zusammen, die für den Vergleich verwendet werden. Die Werte sind repräsentative Bereiche aus gängigen Spezifikationen; konsultieren Sie die spezifische Norm oder das Werkszertifikat für die genaue Zusammensetzung einer bestimmten Charge.

Element	304L (typischer Bereich, Gew.% )	347 (typischer Bereich, Gew.% )
C	≤ 0.03	≤ 0.08
Mn	≤ 2.0	≤ 2.0
Si	≤ 1.0	≤ 1.0
P	≤ 0.045	≤ 0.045
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	17.5–19.5	17.0–19.0
Ni	8.0–12.0	9.0–13.0
Mo	— (gering/Spur)	— (gering/Spur)
Nb (Nb+Ta)	— (Spur)	0.10–1.0
Ti	—	— (einige stabilisierte Varianten verwenden Ti in anderen Sorten, aber 347 ist Nb-stabilisiert)
B	Spur	Spur
N	≤ 0.10	≤ 0.10

Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Chrom (Cr) bietet allgemeine Korrosionsbeständigkeit durch einen passiven Cr-Oxidfilm. - Nickel (Ni) stabilisiert die austenitische Phase, sorgt für Zähigkeit und Formbarkeit. - Niedriger Kohlenstoff (304L) verringert die Tendenz zur Bildung von Chromkarbid ($\text{Cr}_{23}\text{C}_6$) an Korngrenzen während der thermischen Exposition und bewahrt die Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen. - Niob (347) bildet stabile Niobkarbide ($\text{NbC}$), die bevorzugt Kohlenstoff verbrauchen, wodurch die Bildung von Chromkarbiden verhindert wird und die interkristalline Korrosionsbeständigkeit auch bei höherem Kohlenstoffgehalt als in niedriglegierten Sorten erhalten bleibt.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Sowohl 304L als auch 347 sind im geglühten Zustand vollständig austenitisch. Sie werden nicht durch konventionelle Wärmebehandlung gehärtet (sie sind nicht wärmebehandelbar durch Abschrecken und Anlassen). Wichtige mikrostrukturelle Überlegungen:

• 304L: die geglühten Mikrostruktur ist einphasiges Austenit mit sehr geringer Karbidniederschlagung beim Abkühlen von Glüh-/Schweißtemperaturen aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehalts. Bei längerer Exposition im Sensibilisierungsbereich (~425–850 °C) kann dennoch eine gewisse Karbidniederschlagung auftreten, jedoch in stark reduzierter Rate.
• 347: die geglühten Mikrostruktur ist ebenfalls einphasiges Austenit; Nb existiert in fester Lösung oder als feine $\text{NbC}$-Partikel, die als Kohlenstofffallen wirken. Während des Schweißens fördert Niob die Bildung stabiler Niobkarbide anstelle von Chromkarbiden, wodurch die Sensibilisierung verringert wird.

Verarbeitungswege: - Normalisieren ist für austenitische Sorten nicht konventionell oder notwendig — Lösungsglühen (typischerweise 1010–1150 °C) gefolgt von schnellem Abkühlen wird verwendet, um die Korrosionsbeständigkeit wiederherzustellen und unerwünschte Niederschläge aufzulösen. - Kaltverformung erhöht die Festigkeit durch Verfestigung für beide Sorten und kann das Korrosionsverhalten beeinflussen (Kaltverformung kann die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion in Chloridumgebungen erhöhen). - Es gibt keine signifikante Abschreck- und Anlasseantwort; jede Verstärkung erfolgt durch Verfestigung oder Legierungswahl.

4. Mechanische Eigenschaften

Typische mechanische Eigenschaften werden durch die Produktform (Platte, Blech, Stange), den Kaltverformungszustand und die Spezifikation kontrolliert. Die folgende Tabelle gibt repräsentative geglühte Werte für gängige Produktformen (z. B. Platte/Blech) an, um das relative Verhalten zu veranschaulichen. Konsultieren Sie immer die relevante Norm für garantierte Werte.

Eigenschaft (geglüht)	304L (typisch)	347 (typisch)
Zugfestigkeit (MPa)	485–620	485–620
Streckgrenze 0.2% Offset (MPa)	170–310	170–310
Dehnung (A%)	40–60%	40–60%
Schlagzähigkeit (J, Raumtemp)	Allgemein hoch; Kerbzähigkeit ausgezeichnet	Allgemein hoch; ähnlich wie 304L
Härte (HRB)	≤ 95 (geglüht)	≤ 95 (geglüht)

Interpretation: - Im geglühten Zustand haben beide Sorten sehr ähnliche Festigkeit, Duktilität und Zähigkeit, da sie die austenitische Matrix teilen. Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften sind für die meisten strukturellen Anwendungen vernachlässigbar. - Jeder Festigkeitsunterschied wird normalerweise durch Kaltverformung und nicht durch Wärmebehandlung erreicht.

5. Schweißbarkeit

Sowohl 304L als auch 347 gelten als hoch schweißbar, wenn die Standardpraktiken befolgt werden. Wichtige Schweißüberlegungen:

• Der niedrige Kohlenstoffgehalt von 304L minimiert das Risiko der Bildung von Chromkarbiden in der wärmebeeinflussten Zone (HAZ) während des Schweißens; dies macht 304L zur bevorzugten Wahl, wenn eine Nachschweißsensibilisierung ohne spezielle Verfahren vermieden werden muss.
• Die Niobstabilisierung von 347 macht es robust gegen Sensibilisierung, selbst wenn der Kohlenstoffgehalt höher ist — Niob bindet Kohlenstoff als $\text{NbC}$ und verhindert die Bildung von Chromkarbiden.
• Beide Sorten können mit gängigen Verfahren (GMAW, GTAW, SMAW usw.) mit geeigneten Füllmetallen (z. B. 308L/309 für 304L; 316L/347-kompatible Füllstoffe je nach Einsatz) geschweißt werden.

Nützliche Schweißbarkeitsindizes (qualitative Interpretation nur):

• Kohlenstoffäquivalent (IIW): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ Niedriger $CE_{IIW}$ korreliert mit geringerer Härtbarkeit und reduziertem Risiko von Kaltverriss in ferritischen Stählen; für austenitische Edelstähle ist dieser Indikator weniger kritisch, wird aber dennoch für Mischlegierungsbewertungen verwendet.

• Pcm (Dekarbonisierungs- und Schweißrissrisikoindikator): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$ Für rostfreie Sorten erhöht Niob $P_{cm}$ leicht, aber in stabilisierten Sorten wird dies durch die chemische Bindung von Kohlenstoff kompensiert. Interpretieren Sie diese Formeln qualitativ: 304L hat von Natur aus niedrigen C und daher ein geringeres Sensibilisierungsrisiko; die Stabilisierung von 347 bietet ähnliche oder überlegene Widerstandsfähigkeit gegen durch Korbide an Korngrenzen induzierte Korrosion nach dem Schweißen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

Als austenitische Edelstähle sind beide Sorten auf einen kontinuierlichen, chromreichen passiven Film für die Korrosionsbeständigkeit angewiesen.

• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) wird häufig zur Bewertung der Lochkorrosionsbeständigkeit verwendet, wenn Mo und N vorhanden sind: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Für 304L und 347, die vernachlässigbare Mo-Gehalte und niedrige N-Gehalte aufweisen, sind die PREN-Werte bescheiden; PREN ist daher von begrenztem Nutzen, um diese beiden Sorten von Mo-haltigen Sorten (z. B. 316L) zu unterscheiden.

Interkristalline Korrosion: - 304L: niedriger Kohlenstoff minimiert die Bildung von $\text{Cr}_{23}\text{C}_6$ an Korngrenzen und verringert die Anfälligkeit für interkristalline Korrosion nach dem Schweißen, ohne dass eine Nachschweißwärmebehandlung erforderlich ist. - 347: die Niobstabilisierung verhindert die Bildung von Chromkarbiden, indem sie bevorzugt $\text{NbC}$ bildet, was einen robusten Widerstand gegen interkristalline Angriffe selbst bei höherem Kohlenstoffgehalt oder langsamer Abkühlung bietet.

Weitere Schutzmaßnahmen: - Wenn eine nicht rostfreie Schutzstrategie verwendet wird (hier nicht typisch), sind Beschichtungen wie Lackieren oder Verzinken außerhalb der Norm für diese Sorten; Edelstähle werden typischerweise durch Passivierungsbehandlungen (Salpetersäure oder Zitronensäure) oder mechanisches Polieren geschützt, um den passiven Film wiederherzustellen.

7. Fertigung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Formbarkeit: Beide Sorten sind im geglühten Zustand aufgrund ihrer austenitischen Struktur hoch formbar. Tiefziehen und komplexes Biegen sind üblich.
• Bearbeitbarkeit: Austenitische Edelstähle sind im Allgemeinen schwieriger zu bearbeiten als Kohlenstoffstähle (Tendenz zur Verfestigung und geringere Wärmeleitfähigkeit). 304L und 347 haben ähnliche Bearbeitbarkeit; 347 kann aufgrund von Nb-Karbiden etwas härter für Werkzeuge sein, aber die Unterschiede sind gering.
• Oberflächenfinish: Beide lassen sich gut polieren; 347 kann nach aggressiver thermischer Exposition leicht unterschiedliche karbidbezogene Oberflächenmerkmale entwickeln.
• Nachbearbeitungsbehandlungen: Passivierung oder Beizen nach der Fertigung/Schweißen wird empfohlen, um das Oberflächenchromoxid wiederherzustellen und Fremdverunreinigungen zu entfernen.

8. Typische Anwendungen

304L – Typische Anwendungen	347 – Typische Anwendungen
Lebensmittelverarbeitungsgeräte, Molkereien, Brauereien und Küchenutensilien (wo Schweißnähte häufig und Sauberkeit entscheidend ist)	Chemische Verarbeitungsgeräte und Wärmetauscher, bei denen der Einsatz zyklische oder erhöhte Temperaturen und geschweißte Baugruppen umfasst
Pharmazeutische und medizinische Komponenten, die eine einfache Reinigung und Korrosionsbeständigkeit erfordern	Auspuffsysteme, Flugzeugkanäle und Komponenten von Industrieöfen, bei denen die Stabilisierung die Leistung nach thermischen Zyklen verbessert
Architektonische Verkleidungen, Tanks und Rohrleitungen in mild korrosiven Umgebungen	Druckbehälter, Hochtemperatur-Dampfleitungen und geschweißte Baugruppen, die einem Sensibilisierungsrisiko ausgesetzt sind

Auswahlbegründung: - Wählen Sie 304L, wenn die Minimierung der anfänglichen Materialkosten und die Maximierung der Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen ohne spezielle Stabilisierung bevorzugt wird (z. B. Lebensmittel, Pharma). - Wählen Sie 347, wenn geschweißte Komponenten längerer thermischen Exposition ausgesetzt sind oder wenn das Material einem Sensibilisierungsrisiko ausgesetzt ist und die Stabilisierung (Niob) eine vorhersehbarere langfristige Leistung bietet.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: 347 ist typischerweise etwas teurer als 304L aufgrund der Zugabe von Niob und manchmal strengerer Spezifikationskontrollen. Der Aufpreis kann jedoch bescheiden sein und hängt von den Marktbedingungen und der Produktform ab.
• Verfügbarkeit: Beide sind weltweit in Platten-, Blech-, Rohr- und Stangenformen weit verbreitet. 304/304L ist häufiger und in größerer Vielfalt und Menge auf Lager, was die Lieferzeiten für spezialisierte Größen verkürzen kann. 347 wird häufig für Druck- und Hochtemperaturanwendungen auf Lager gehalten, kann jedoch längere Lieferzeiten für bestimmte Formen oder Oberflächenbehandlungen haben.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Attribut	304L	347
Schweißbarkeit	Ausgezeichnet (niedriger C minimiert Sensibilisierung)	Ausgezeichnet (Nb-Stabilisierung minimiert Sensibilisierung)
Festigkeit–Zähigkeit	Ähnlich; beide austenitisch und duktil	Ähnlich; marginale Vorteile bei erhöhten Temperaturen
Kosten	Niedriger (im Allgemeinen)	Höher (Kosten für Nioblegierung)

Wählen Sie 304L, wenn: - Sie einen niedriglegierten austenitischen Edelstahl mit zuverlässiger Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen für Lebensmittel-, pharmazeutische oder allgemeine Anwendungen benötigen. - Kosten und breite Verfügbarkeit die Hauptanliegen sind und die Betriebstemperaturen nicht hoch genug sind, um eine Sensibilisierung nach dem Schweißen zu verursachen.

Wählen Sie 347, wenn: - Das Design signifikante geschweißte Baugruppen umfasst, die längerer thermischer Exposition, Zyklen oder erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, bei denen die Stabilisierung gegen interkristalline Korrosion entscheidend ist. - Sie eine Stabilisierungstrategie (Niob) bevorzugen, anstatt sich ausschließlich auf niedrigen Kohlenstoff zu verlassen, oder wenn die Materialbeschaffung eine leicht teurere stabilisierte Legierung ermöglichen kann.

Abschließende Anmerkung: Sowohl 304L als auch 347 sind bewährte austenitische Edelstähle mit überlappenden mechanischen Eigenschaften, aber unterschiedlichen Ansätzen zur Vermeidung von Sensibilisierung. Die endgültige Auswahl sollte die Schweißverfahren, die Temperaturhistorie, die Korrosionsumgebung (Chlorid, Salpeter, Sulfid) und die Beschaffungsbeschränkungen berücksichtigen. Für kritische Anwendungen sollten Sie Werkszertifikate anfordern und, falls erforderlich, Qualifikationsschweißungen und Korrosionstests unter repräsentativen Einsatzbedingungen durchführen.