304 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

Edelstahl 304 wird als austenitischer Edelstahl klassifiziert, eine Kategorie, die für ihre hohe Korrosionsbeständigkeit und hervorragende Formbarkeit bekannt ist. Die Hauptlegierungselemente in Edelstahl 304 sind Chrom (18-20%) und Nickel (8-10,5%), die seine Eigenschaften erheblich beeinflussen. Das Vorhandensein von Chrom verbessert den Widerstand des Stahls gegen Oxidation und Korrosion, während Nickel zur Zähigkeit und Duktilität beiträgt.

Umfassender Überblick

Edelstahl 304 ist eine der am häufigsten verwendeten Edelstahlgüten, die für ihre Vielseitigkeit und die ausgewogene Kombination von Eigenschaften bekannt ist. Zu den inhärenten Merkmalen gehören hervorragende Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit und die Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten. Diese Eigenschaften machen ihn für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, von Küchenausrüstung bis hin zu chemischen Verfahren.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile (Pros)	Einschränkungen (Cons)
Exzellente Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Umgebungen	Empfindlich gegenüber Lochfraß in Chloridumgebungen
Gute Formbarkeit und Schweißbarkeit	Geringere Festigkeit bei erhöhten Temperaturen im Vergleich zu anderen Güten
Nicht-magnetisch im geglühten Zustand	Nicht geeignet für Hochtemperaturanwendungen über 870 °C (1600 °F)
Kosteneffektiv und weit verbreitet	Kann unter bestimmten Bedingungen zu Spannungsrisskorrosion neigen

Historisch gesehen hat Edelstahl 304 eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung moderner Edelstahlanwendungen gespielt und ist zu einer Standardwahl in Branchen wie der Lebensmittelverarbeitung, Pharmazie und Bauwesen geworden. Seine verbreitete Verwendung auf dem Markt ergibt sich aus der günstigen Kombination von Eigenschaften, die ihn zu einem bevorzugten Material für Ingenieure und Designer macht.

Alternative Namen, Standards und Entsprechungen

Normenorganisation	Bezeichnung/Güte	Land/Region der Herkunft	Notizen/Anmerkungen
UNS	S30400	USA	Näheste Entsprechung zu AISI 304
AISI/SAE	304	USA	Weit anerkannte Bezeichnung
ASTM	A240	USA	Standard-Spezifikation für Edelstahlplatten
EN	1.4301	Europa	Entsprechung zu AISI 304
DIN	X5CrNi18-10	Deutschland	Minimale kompositionelle Unterschiede
JIS	SUS304	Japan	Häufig in japanischen Standards verwendet
GB	06Cr19Ni10	China	Entsprechende Bezeichnung in China
ISO	304	International	Standardbezeichnung

Die feinen Unterschiede zwischen entsprechenden Güten, wie Variationen im Nickel- und Chromgehalt, können die Leistungsfähigkeit des Stahls in bestimmten Umgebungen beeinflussen. Beispielsweise können 304 und 1.4301 zwar ähnlich sein, doch letzterer kann aufgrund seiner spezifischen Herstellungsverfahren leicht unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentbereich (%)
Cr (Chrom)	18.0 - 20.0
Ni (Nickel)	8.0 - 10.5
C (Kohlenstoff)	max. 0.08
Mn (Mangan)	max. 2.0
Si (Silizium)	max. 1.0
P (Phosphor)	max. 0.045
S (Schwefel)	max. 0.03

Chrom ist entscheidend für die Bildung einer passiven Oxidschicht, die den Stahl vor Korrosion schützt. Nickel verbessert die Zähigkeit und Duktilität, was das Formen und Schweißen erleichtert. Mangan und Silizium tragen zur Gesamtfestigkeit und Stabilität der Legierung bei.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Spanne (Metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Spanne (Imperiale Einheiten)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Geglüht	520 - 720 MPa	75 - 104 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Offset)	Geglüht	215 - 505 MPa	31 - 73 ksi	ASTM E8
Dehnung	Geglüht	40 - 50%	40 - 50%	ASTM E8
Härte (Rockwell B)	Geglüht	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	-20 °C (-4 °F)	40 J	29.5 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht Edelstahl 304 geeignet für Anwendungen, die gute Festigkeit und Duktilität erfordern, wie struktuelle Komponenten und Druckbehälter.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (Metrisch - SI-Einheiten)	Wert (Imperiale Einheiten)
Dichte	Raumtemperatur	8.0 g/cm³	0.289 lb/in³
Schmelzpunkt/-bereich	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	16 W/m·K	92 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	Raumtemperatur	0.72 µΩ·m	0.000014 ohm·cm
Temperaturausdehnungskoeffizient	20 - 100 °C	16.0 x 10⁻⁶ /K	8.9 x 10⁻⁶ /°F
Magnetische Permeabilität	Raumtemperatur	Nicht-magnetisch	Nicht-magnetisch

Wichtige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit sind entscheidend für Anwendungen in Wärmetauschern und Kochgeräten, wo ein effizienter Wärmeübergang entscheidend ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Mittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Notizen
Chloride	0 - 3%	20 - 60 °C (68 - 140 °F)	Ausreichend	Risiko von Lochfraß
Sulfursäure	10 - 30%	20 - 50 °C (68 - 122 °F)	Gut	Empfindlich gegenüber Spannungsrisskorrosion
Essigsäure	10 - 50%	20 - 60 °C (68 - 140 °F)	Gut	Allgemein beständig
Meerwasser	-	Umgebung	Exzellent	Hochgradig beständig
Atmosphärisch	-	Umgebung	Exzellent	Gute Beständigkeit

Edelstahl 304 zeigt hervorragende Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von korrosiven Umgebungen, was ihn für Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung, Meeresumgebungen und chemischen Handhabung geeignet macht. Er ist jedoch anfällig für Lochfraßkorrosion in chloridreichen Umgebungen, was in Küstenanwendungen oder bei Vorhandensein von Enteisungssalzen kritisch sein kann.

Im Vergleich zu anderen Edelstahlgüten, wie Edelstahl 316, der Molybdän für verbesserte Korrosionsbeständigkeit enthält, schneidet 304 in hochgradig korrosiven Umgebungen möglicherweise weniger gut ab. Er wird jedoch oft wegen seiner Kosteneffizienz und Verfügbarkeit gewählt.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Anmerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	870 °C	1600 °F	-
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	925 °C	1700 °F	-
Skalierungstemperatur	800 °C	1470 °F	Risiko von Oxidation
Überlegungen zur Kriechfestigkeit beginnen bei	500 °C	932 °F	-

Bei erhöhten Temperaturen behält Edelstahl 304 eine gute Oxidationsbeständigkeit bei, jedoch kann eine längere Exposition zu Skalierung und Verlust der mechanischen Eigenschaften führen. Er wird nicht empfohlen für Anwendungen über 870 °C (1600 °F) aufgrund potenzieller Festigkeitsverschlechterung.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlene Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Notizen
TIG	ER308L	Argon	Gut für dünne Sektionen
MIG	ER308L	Argon + CO2-Gemisch	Geeignet für dickere Sektionen
Stick	E308L	-	Gut für Reparaturen vor Ort

Edelstahl 304 ist bekannt für seine hervorragende Schweißbarkeit, was ihn für verschiedene Schweißverfahren geeignet macht. Vor- und Nachbehandlungen der Schweißnähte sind in der Regel nicht erforderlich, aber die Kontrolle des Wärmeinputs ist entscheidend, um Verzerrungen zu vermeiden und mechanische Eigenschaften zu erhalten. Potenzielle Mängel wie Porosität und Rissbildung können auftreten, wenn keine ordnungsgemäßen Techniken befolgt werden.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	Edelstahl 304	AISI 1212 (Benchmark-Stahl)	Notizen/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	60%	100%	-
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30-50 m/min	80-120 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge

Edelstahl 304 hat eine mäßige Zerspanbarkeit im Vergleich zu Baustählen. Optimale Bedingungen sind die Verwendung von scharfen Werkzeugen und geeigneten Schneidflüssigkeiten, um die Arbeitshärtung zu reduzieren und die Oberflächenqualität zu verbessern.

Formbarkeit

Edelstahl 304 zeigt eine gute Formbarkeit, die das Kalt- und Warmformen ermöglicht. Er kann leicht gebogen, gezogen und in verschiedene Formen gebracht werden. Es ist jedoch wichtig, die Arbeitshärtung zu berücksichtigen, die die Duktilität des Materials während umfangreicher Formoperationen beeinflussen kann.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Abkühlmethode	Primärer Zweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	1010 - 1120 °C (1850 - 2050 °F)	30 Minuten pro Zoll Dicke	Luft oder Wasser	Stress abbauen, Duktilität verbessern
Jungenbehandlung	1010 - 1120 °C (1850 - 2050 °F)	30 Minuten	Schnellabkühlung	Karbide auflösen, Austenit stabilisieren

Wärmebehandlungsprozesse wie das Glühen werden eingesetzt, um interne Spannungen abzubauen und die Duktilität zu verbessern. Der Prozess der Jungenbehandlung hilft, Karbide aufzulösen und eine gleichmäßige Mikrostruktur sowie verbesserte Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Industrie/Sektor	Spezielles Anwendungsbeispiel	Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Lebensmittelverarbeitung	Küchengeräte	Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit	Hygiene und Haltbarkeit
Chemische Verarbeitung	Lagerbehälter	Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit	Sicherheit und Langlebigkeit
Bauwesen	Architektonische Fassaden	Ästhetische Anziehungskraft, Stärke	Visuelle und strukturelle Integrität
Automobilindustrie	Auspuffsysteme	Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit	Leistung und Haltbarkeit
Medizinische Geräte	Chirurgische Instrumente	Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit	Sicherheit und Zuverlässigkeit

In der Lebensmittelverarbeitung wird Edelstahl 304 aufgrund seiner Fähigkeit geschätzt, Reinigungschemikalien standzuhalten und Hygiene zu bewahren. In der chemischen Verarbeitung stellt seine Korrosionsbeständigkeit die Sicherheit der gelagerten Materialien sicher.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	Edelstahl 304	Edelstahl 316	Edelstahl 430	Kurze Pro-/Con- oder Abwägungsnotiz
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Mäßige Festigkeit	Höhere Festigkeit	Geringere Festigkeit	316 ist besser für Anwendungen mit hoher Belastung
Wesentliches Korrosionsmerkmal	Gute Beständigkeit	Exzellente Beständigkeit	Ausreichende Beständigkeit	316 ist in Chloridumgebungen bevorzugt
Schweißbarkeit	Exzellent	Gut	Ausreichend	304 lässt sich leichter schweißen als 430
Zerspanbarkeit	Mäßig	Mäßig	Gut	430 ist leichter zu bearbeiten
Formbarkeit	Gut	Gut	Exzellent	430 hat eine bessere Formbarkeit
Ungefähre relative Kosten	Mäßig	Höher	Geringer	304 ist kosteneffektiv für viele Anwendungen
Typische Verfügbarkeit	Hoch	Mäßig	Hoch	304 ist weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von Edelstahl 304 sind Überlegungen zur Kosteneffizienz, Verfügbarkeit und den spezifischen Anwendungsanforderungen wichtig. Sein ausgewogenes Eigenschaftsprofil macht ihn für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, obwohl Alternativen wie 316 für korrosivere Umgebungen notwendig sein können. Darüber hinaus ist Edelstahl 304 nicht-magnetisch, was in bestimmten Anwendungen, wie in der Lebensmittel- und Medizinbranche, von Vorteil sein kann.

Zusammenfassend ist Edelstahl 304 ein vielseitiges und weit verbreitetes Material, das ein Gleichgewicht zwischen Korrosionsbeständigkeit, mechanischen Eigenschaften und Verarbeitungsfreundlichkeit bietet und somit eine ausgezeichnete Wahl für verschiedene technische Anwendungen darstellt.