301 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen
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301 Edelstahl wird als austenitischer Edelstahl klassifiziert, der sich durch seinen hohen Chrom- und Nickelgehalt auszeichnet, der eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften bietet. Diese Stahlgüte ist hauptsächlich mit etwa 17 % Chrom und 7 % Nickel legiert, mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt, der seine Schweißbarkeit und Formbarkeit verbessert. Das Vorhandensein dieser Legierungselemente beeinflusst seine grundlegenden Eigenschaften erheblich und macht ihn für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet.
Umfassende Übersicht
Die bedeutendsten Eigenschaften von 301 Edelstahl sind seine hohe Festigkeit, hervorragende Duktilität und gute Korrosionsbeständigkeit. Er ist bekannt für seine Fähigkeit, moderaten bis hohen Temperaturen standzuhalten, und wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen sowohl Festigkeit als auch Korrosionsbeständigkeit entscheidend sind.
Vorteile (Pro):
- Hohe Festigkeit: 301 Edelstahl weist eine überlegene Zugfestigkeit auf, was ihn ideal für Anwendungen macht, die hohe Tragfähigkeit erfordern.
- Korrosionsbeständigkeit: Er bietet eine gute Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von korrosiven Umgebungen, einschließlich atmosphärischer Bedingungen und einiger Chemikalien.
- Formbarkeit: Der niedrige Kohlenstoffgehalt ermöglicht eine hervorragende Formbarkeit, was ihn für komplexe Formen und Designs geeignet macht.
Beschränkungen (Contra):
- Verfestigung durch Bearbeitung: Obwohl er sich leicht formen lässt, verfestigt er sich auch schnell, was die weitere Bearbeitung komplizieren kann.
- Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion (SCC): In bestimmten Umgebungen, insbesondere solchen mit Chloriden, kann 301 anfällig für SCC sein.
Historisch gesehen wurde 301 Edelstahl in der Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie in architektonischen Anwendungen weit verbreitet eingesetzt. Seine Marktposition ist stark aufgrund seiner Vielseitigkeit und des Gleichgewichts, das er zwischen Kosten und Leistung bietet.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
| Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region des Ursprungs | Hinweise/Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| UNS | S30100 | USA | Nächster Äquivalent zu AISI 301 |
| AISI/SAE | 301 | USA | Allgemein verwendete Bezeichnung |
| ASTM | A240 | USA | Standard-Spezifikation für Edelstahlplatten |
| EN | 1.4310 | Europa | Geringfügige Zusammensetzungsunterschiede zu beachten |
| JIS | SUS301 | Japan | Ähnliche Eigenschaften, können jedoch in spezifischen Anwendungen variieren |
Die Unterschiede zwischen äquivalenten Graden können die Auswahl basierend auf spezifischen mechanischen Eigenschaften oder Korrosionsbeständigkeit beeinflussen. Zum Beispiel, während EN 1.4310 ähnlich ist, kann es aufgrund von Zusammensetzungsvariationen leicht unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen.
Wichtige Eigenschaften
Chemische Zusammensetzung
| Element (Symbol und Name) | Prozentsatzbereich (%) |
|---|---|
| Cr (Chrom) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (Nickel) | 6.0 - 8.0 |
| C (Kohlenstoff) | ≤ 0.08 |
| Mn (Mangan) | 2.0 - 4.0 |
| Si (Silizium) | ≤ 1.0 |
| P (Phosphor) | ≤ 0.045 |
| S (Schwefel) | ≤ 0.03 |
Die primären Legierungselemente in 301 Edelstahl sind Chrom und Nickel. Chrom verbessert die Korrosionsbeständigkeit und trägt zur Härte des Stahls bei, während Nickel die Duktilität und Zähigkeit verbessert. Der niedrige Kohlenstoffgehalt ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Schweißbarkeit und die Verhinderung der Karbidabscheidung während des Schweißens.
Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch) | Typischer Wert/Bereich (imperial) | Referenzstandard für Prüfmethoden |
|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Geglüht | 520 - 750 MPa | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
| Streckgrenze (0,2 % Offset) | Geglüht | 205 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
| Dehnung | Geglüht | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| Härte (Rockwell B) | Geglüht | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | ASTM E18 |
| Schlagfestigkeit | - | 30 J (bei -196 °C) | 22 ft-lbf (bei -320 °F) | ASTM E23 |
Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit macht 301 Edelstahl geeignet für Anwendungen, die strukturelle Integrität unter mechanischer Belastung erfordern. Seine Dehnung zeigt eine gute Duktilität, die eine Verformung ohne Bruch ermöglicht.
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Wert (metrisch) | Wert (imperial) |
|---|---|---|---|
| Dichte | - | 7.93 g/cm³ | 0.286 lb/in³ |
| Schmelzpunkt | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| Wärmeleitfähigkeit | 20 °C | 16.2 W/m·K | 112 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| Spezifische Wärmekapazität | 20 °C | 500 J/kg·K | 0.119 BTU/lb·°F |
| Elektrische Widerstandsfähigkeit | 20 °C | 0.72 µΩ·m | 0.72 µΩ·in |
| Wärmeausdehnungskoeffizient | 20 - 100 °C | 16.0 x 10⁻⁶/K | 8.89 x 10⁻⁶/°F |
Die Dichte von 301 Edelstahl macht ihn geeignet für Anwendungen, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt. Seine Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität sind wichtig für Anwendungen, die Wärmeübertragung betreffen, während der Wärmeausdehnungskoeffizient angibt, wie sich das Material bei Temperaturänderungen verhält.