430 vs 446 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
Bagikan
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Einführung
Typ 430 und Typ 446 sind zwei ferritische Edelstahlgrade, die häufig in Betracht gezogen werden, wenn ein Design Korrosionsbeständigkeit, thermische Stabilität, Formbarkeit und Kosten ausbalancieren muss. Beschaffungs- und Ingenieurteams stehen oft vor einem Auswahldilemma: Wählen Sie den kostengünstigeren, besser formbaren Grad mit ausreichender Korrosionsbeständigkeit für milde Umgebungen oder zahlen Sie einen Aufpreis für höheren Chromgehalt, verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und längere Lebensdauer in aggressiven Umgebungen.
Der Hauptunterschied zwischen diesen Graden ist ihre Legierungsstrategie innerhalb der ferritischen Familie: Der eine ist ein standardmäßiger, wirtschaftlicher ferritischer Edelstahl mit 16–18% Chrom (Typ 430), während der andere ein hochchromhaltiger ferritischer Edelstahl (Typ 446) ist, der für die Oxidation bei erhöhten Temperaturen und eine erhöhte Beständigkeit gegen hochchloridische oder höhere Temperaturumgebungen optimiert ist. Dieser Unterschied beeinflusst ihre Auswahl in Blech, Platten, Rohren und gefertigten Komponenten.
1. Standards und Bezeichnungen
- UNS: UNS S43000 (Typ 430); UNS S44600 (Typ 446)
- ASTM/ASME: Häufig unter ASTM A240 / ASME SA-240 für flache Produkte aus Edelstahl angegeben
- JIS: SUS430; SUS446 (häufige JIS/SUS-Bezeichnungen, die in Asien verwendet werden)
- EN/ISO: Beide Grade erscheinen in der EN/ISO 10088-Serie und nationalen Äquivalenten (spezifische numerische EN-Bezeichnungen variieren je nach Land und Produktform)
- GB: Chinesische nationale Standards listen Äquivalente auf (Produktstandards variieren je nach Form und Anwendung)
Klassifikation: Sowohl Typ 430 als auch Typ 446 sind ferritische Edelstähle (magnetisch, kubisch raumzentriert). Sie sind keine austenitischen, Werkzeug- oder HSLA-Stähle.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
| Element (Gew.% ) | Typ 430 (typischer Bereich) | Typ 446 (typischer Bereich) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.12 | ≤ 0.20–0.25 |
| Mn | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| Si | ≤ 1.0 | ≤ 1.0 |
| P | ≤ 0.04 | ≤ 0.04 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 16.0–18.0 | 23.0–27.0 |
| Ni | ≤ 0.75 | ≤ 0.6 |
| Mo | typischerweise 0 | 0–1.0 (einige Grade enthalten kleines Mo) |
| V, Nb, Ti | gewöhnlich Spuren oder keine | gewöhnlich Spuren oder keine |
| N | sehr niedrig | sehr niedrig |
Hinweise: - Die oben genannten Bereiche repräsentieren typische Zusammensetzungen für kommerzielle ASTM/UNS-Grades im geglühten Zustand. Exakte Grenzen hängen von der Spezifikation und dem Lieferanten ab. - Typ 430 ist eine kostengünstige ferritische Legierung mit moderatem Chromgehalt für allgemeine Korrosionsbeständigkeit und gute Formbarkeit. - Typ 446 erhöht den Chromgehalt erheblich (und fügt manchmal kleines Molybdän hinzu), um die Oxidationsbeständigkeit, Widerstand gegen Loch- und Spaltkorrosion bei erhöhten Temperaturen sowie Widerstand gegen Ablagerungen in karbonisierenden oder oxidierenden Atmosphären zu verbessern.
Wie die Legierung die Eigenschaften beeinflusst: - Chrom ist das Hauptelement für Passivität (Edelstahlverhalten); die Erhöhung des Cr-Gehalts auf den Bereich von 23–27% führt zu verbesserter Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und besserem Widerstand gegen aggressive lokale Korrosion. - Kohlenstoff erhöht die Festigkeit, kann jedoch die Karbidabscheidung an Korngrenzen fördern; bei Ferritstählen kann dies Kriechverhalten und Zähigkeit bei hohen Temperaturen beeinflussen. - Molybdän, wenn vorhanden, verbessert die Widerstandsfähigkeit gegen Lochkorrosion und Korrosion bei hohen Temperaturen. - Niedriger Ni- und niedriger N-Gehalt bedeuten, dass es sich um ferritische Stähle handelt: begrenzte Härtbarkeit durch Wärmebehandlung, magnetisch und im Allgemeinen nicht alterungs- oder fällungs-härtend.
3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung
Mikrostruktur: - Beide Grade zeigen eine ferritische (kubisch raumzentrierte, BCC) Mikrostruktur im geglühten Zustand. - Typ 430: ferritische Matrix mit relativ wenigen Ausscheidungen; Karbidabscheidungen können an Korngrenzen auftreten, wenn sie sensitiven Zyklen mit ausreichendem Kohlenstoff ausgesetzt sind. - Typ 446: ferritische Matrix mit höherem Cr-Gehalt; kann Chromkarbide oder chromreiche Ausscheidungen bei erhöhten Temperaturen enthalten, aber der höhere Cr-Gehalt begünstigt eine schützende passive Schicht und verbessert den Widerstand gegen Ablagerungen.
Reaktion auf Wärmebehandlung: - Ferritische Edelstähle sind nicht durch Abschrecken und Anlassen härtbar wie martensitische Stähle. Härte und Festigkeit werden hauptsächlich durch Kaltverformung, Korngröße und Legierungsgehalt kontrolliert. - Glühen: Beide werden lösungsgeglüht, um die Zähigkeit wiederherzustellen; typisches Glühen für Ferritstähle liegt bei etwa 800–950 °C, gefolgt von kontrollierter Abkühlung, um Sprödigkeit zu vermeiden. - Stabilisierung: Für hochkohlenstoffhaltige Varianten können Stabilisierungbehandlungen (z. B. Ti- oder Nb-Zugaben in anderen Legierungen) spezifiziert werden, um Kohlenstoff zu binden und die Karbidabscheidung zu reduzieren; Typ 430 und 446 verlassen sich typischerweise auf niedrigen Kohlenstoff oder kontrollierte Verarbeitung. - Thermomechanische Verarbeitung (Walzen, kontrollierte Abkühlung) kann die Korngröße verfeinern und Festigkeit sowie Zähigkeit verbessern; Typ 446 profitiert von Prozesskontrolle, wenn er für Hochtemperaturkomponenten verwendet wird, um Ausscheidungen und Kriechbeständigkeit zu steuern.
4. Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft (geglüht, typische Bereiche) | Typ 430 | Typ 446 |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit (MPa) | 400–600 | 450–700 |
| Streckgrenze (0,2% Offset, MPa) | 200–350 | 250–450 |
| Dehnung (%) | 20–30 | 10–25 |
| Zähigkeit (Charpy, J) | mäßig; verbessert sich mit niedrigerem Kohlenstoff und feinerem Korn | typischerweise niedriger bei Raumtemperatur im Vergleich zu 430 aufgrund höherem Cr und niedrigerer Zähigkeit; Zähigkeit bei erhöhten Temperaturen besser erhalten |
| Härte (HB) | 120–180 | 140–220 |
Interpretation: - Typ 446 ist im Allgemeinen stärker und hat eine höhere Festigkeit bei erhöhten Temperaturen sowie eine bessere Kriech-/Oxidationsbeständigkeit als Typ 430 aufgrund seines höheren Chromgehalts und in einigen Varianten leicht höherem Kohlenstoff und optionalem Mo. - Typ 430 ist typischerweise zäher und leichter zu formen; die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen kann bei 430 besser sein, abhängig von der Verarbeitung. - Exakte Werte hängen von der Produktform (Blech, Platte, Rohr), Dicke und Verarbeitungsverlauf ab. Beide Grade beziehen den Großteil ihrer Festigkeit aus der Kaltverfestigung und der Kontrolle der Mikrostruktur anstelle von Wärmebehandlungsverstärkung.
5. Schweißbarkeit
Überlegungen zur Schweißbarkeit von ferritischen Edelstählen drehen sich um den Kohlenstoffgehalt, die Legierung, die die Härtbarkeit beeinflusst, und die Anfälligkeit für Kornwachstum und Sprödigkeit.
Relevante Indizes: - Die Kohlenstoffäquivalent (IIW)-Gleichung ist nützlich, um die Neigung zu Kaltverfestigung/Sprödigkeit in geschweißten Ferritstählen zu beurteilen: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Der $P_{cm}$-Parameter gibt ein Maß für die Schweißbarkeit und die Neigung zur Härtung oder Rissbildung an: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Qualitative Interpretation: - Typ 430: im Allgemeinen gute Schweißbarkeit mit gängigen Schmelzprozessen, wenn Vorwärm- und Interpass-Temperaturen kontrolliert werden; niedriger Kohlenstoff und moderates Cr ergeben handhabbare CE- und Pcm-Werte. Kornwachstum kann die Zähigkeit in den wärmebeeinflussten Zonen (HAZ) reduzieren. - Typ 446: die Schweißbarkeit ist herausfordernder als bei 430 aufgrund des höheren Cr-Gehalts und oft höheren Kohlenstoffgehalts; HAZ-Sprödigkeit und reduzierte Zähigkeit sind Bedenken. Vorwärmen, kontrollierte Wärmezufuhr und Nachglühen oder Spannungsabbaupraktiken können in kritischen Anwendungen erforderlich sein. Die Auswahl des Füllmetalls (austenitische versus ferritische Füllstoffe) beeinflusst die Gelenkleistung—Anpassung und Verdünnung müssen berücksichtigt werden. - In beiden Fällen sollte übermäßige Wärmezufuhr und schnelles Abkühlen vermieden werden, da dies harte, spröde Mikrostrukturen in der HAZ fördern kann. Verwenden Sie qualifizierte Schweißverfahren für strukturelle oder druckbelastete Anwendungen.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
Beide Grade sind rostfrei (bilden einen passiven Chromoxidfilm), aber ihr Korrosionsverhalten unterscheidet sich:
- Allgemeine Korrosion: Typ 430 bietet gute Beständigkeit in atmosphärischen und leicht korrosiven Umgebungen (innen, leicht feucht und nicht maritim). Er wird häufig dort eingesetzt, wo das Risiko von Loch- und Spaltkorrosion gering ist.
- Lokalisierte Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen: Typ 446, mit deutlich höherem Chromgehalt, zeigt überlegene Beständigkeit gegen Ablagerungen, Oxidation und einige Formen lokalisierter Korrosion bei erhöhten Temperaturen und in aggressiven, chloridhaltigen Atmosphären. Wenn Mo in 446-Varianten vorhanden ist, wird die Widerstandsfähigkeit gegen Lochkorrosion weiter verbessert.
Äquivalente Zahl für die Widerstandsfähigkeit gegen Lochkorrosion (wo zutreffend): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - PREN ist am nützlichsten zur Beurteilung der Widerstandsfähigkeit gegen Lochkorrosion in Legierungen, in denen Mo und N signifikant sind. Für den Standard 430 mit niedrigem Mo und N ist PREN niedrig und kein nützlicher Diskriminator; für einige 446-Varianten mit Mo wird PREN höher sein, was eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Lochkorrosion widerspiegelt.
Oberflächenschutz für nicht-rostfreie Vergleiche: - Beide sind rostfrei—ein spezieller Oberflächenschutz (Verzinkung) ist unnötig und ungewöhnlich. Oberflächenbehandlungen (Passivierung, Beizen, mechanisches Polieren) verbessern die Korrosionsbeständigkeit und das Aussehen. Wo Chlorangriffe zu erwarten sind, sollte ein höherer Legierungsgehalt oder Beschichtungen in Betracht gezogen werden.
7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit
- Zerspanbarkeit: Ferritische Edelstähle lassen sich typischerweise leichter bearbeiten als austenitische Grade. Typ 430 lässt sich mit herkömmlichen Werkzeugen vernünftig bearbeiten; Kaltverfestigung kann auftreten, wenn die Vorschübe niedrig sind. Typ 446, der härter ist und einen höheren Cr-Gehalt hat, ist anspruchsvoller für Schneidwerkzeuge und benötigt möglicherweise robustere Werkzeuge und langsamere Geschwindigkeiten.
- Formbarkeit: Typ 430 hat bessere Kaltumformungseigenschaften (Tiefziehen, Biegen) aufgrund höherer Zähigkeit. Typ 446 ist weniger zäh und schwieriger zu formen, ohne zu brechen, insbesondere in dickeren Abschnitten.
- Oberflächenbehandlung: Beide nehmen Politur und Oberflächenbehandlungen gut an; 446 kann während Wärmeprozessen eine leicht höhere Widerstandsfähigkeit gegen Verfärbung zeigen.
8. Typische Anwendungen
| Typ 430 — Typische Anwendungen | Typ 446 — Typische Anwendungen |
|---|---|
| Haushaltsgeräte (Ofenverkleidung, Steuerungen) | Hochtemperatur-Ofenteile, Brennerverkleidungen |
| Dekorative Verkleidungen, architektonische Innenpaneele | Wärmetauscher in hochtemperaturkorrosiven Umgebungen |
| Automobilverkleidungen und Verkleidungsteile (nicht strukturell) | Industrielle Prozessanlagen, die oxidierenden Atmosphären ausgesetzt sind |
| Unterlegscheiben, Schrauben, Verkleidungen, wo moderate Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist | Abgassysteme, Kesselverkleidungen, Schornsteinverkleidungen |
| Gastronomiegeräte (in milden Umgebungen) | Hochtemperatur-Abgas- und Auspuffkomponenten |
Auswahlbegründung: - Wählen Sie Typ 430, wenn Kosten, Verfügbarkeit und Formbarkeit Prioritäten in milden bis moderaten Korrosionsumgebungen sind. - Wählen Sie Typ 446, wenn Widerstand gegen Oxidation bei hohen Temperaturen, Widerstand gegen Ablagerungen oder eine verlängerte Lebensdauer in aggressiveren Bedingungen entscheidend sind, trotz höherer Materialkosten und potenzieller Verarbeitungsherausforderungen.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Kosten: Typ 430 ist im Allgemeinen einer der kostengünstigeren Edelstähle aufgrund des bescheidenen Chromgehalts und der hohen Verfügbarkeit. Typ 446 hat einen Aufpreis aufgrund des viel höheren Chromgehalts und, wo vorhanden, zusätzlicher Legierung (Mo).
- Verfügbarkeit: Typ 430 ist weit verbreitet in Blech, Platten, Streifen und gängigen gefertigten Formen. Typ 446 ist weniger häufig vorrätig und oft über Spezialanbieter in spezifischen Produktformen (Blech, Platte, Rohr) erhältlich und kann längere Lieferzeiten für große Mengen oder ungewöhnliche Geometrien haben.
- Beschaffungstipp: Bewerten Sie die Lebenszykluskosten—die höheren Anfangskosten von 446 können gerechtfertigt sein, wenn Ausfallzeiten, Ersatz oder Garantieansprüche in hochtemperatur-/oxidierenden Umgebungen teuer wären.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
| Leistungskennzahl | Typ 430 | Typ 446 |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit | Gut (mit Standardkontrollen) | Herausfordernder; benötigt kontrollierte Verfahren |
| Festigkeit–Zähigkeit | Mäßige Festigkeit, gute Zähigkeit | Höhere Festigkeit bei hohen Temperaturen, niedrigere Zähigkeit bei Raumtemperatur |
| Korrosion (hochtemperatur/Loch) | Ausreichend für milde Umgebungen | Überlegen für hochtemperatur- und aggressive Umgebungen |
| Kosten | Niedriger | Höher |
Empfehlung: - Wählen Sie Typ 430, wenn Sie einen wirtschaftlichen, leicht formbaren ferritischen Edelstahl für Innenarchitekturarbeiten, Geräteverkleidungen oder mäßig korrosive Umgebungen benötigen, in denen Oxidation bei hohen Temperaturen und aggressive Lochkorrosion keine primären Anliegen sind. - Wählen Sie Typ 446, wenn die Anwendung erhöhte Temperaturen, oxidierende Atmosphären, Ofenteile, Abgas- oder Auspuffumgebungen oder Situationen umfasst, in denen überlegene Ablagerungs- und langfristige Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen höhere Material- und Verarbeitungskosten rechtfertigen.
Letzte Anmerkung: Beide Grade sind ferritische Edelstähle und sollten am besten mit detaillierter Produktform, erwarteter Betriebstemperatur, Schweißanforderungen und Oberflächenfinish spezifiziert werden. Für kritische oder hochtemperaturbeständige Anwendungen konsultieren Sie die Materialdaten von Lieferanten und führen Sie anwendungsspezifische Korrosions- und mechanische Bewertungen durch.