304H Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

304H-Edelstahl ist eine Hochtemperaturvariante des weit verbreiteten 304-Edelstahls, der als austenitischer Edelstahl klassifiziert ist. Diese Legierung ist hauptsächlich mit Chrom (18-20%) und Nickel (8-10,5%) legiert, mit einem Kohlenstoffgehalt, der höher ist als beim Standard-304, normalerweise etwa 0,04% bis 0,10%. Der erhöhte Kohlenstoffgehalt verbessert die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, wodurch 304H besonders geeignet für Anwendungen in Umgebungen ist, in denen hohe Temperaturen eine Rolle spielen.

Umfassende Übersicht

304H-Edelstahl zeigt hervorragende Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und gute Schweißbarkeit. Seine austenitische Struktur bietet überlegene Zähigkeit und Duktilität, was ihn ideal für Anwendungen macht, die signifikante mechanische Belastungen erfordern. Die Hauptvorteile von 304H umfassen seine Fähigkeit, hohen Temperaturen (bis zu 870°C oder 1600°F) standzuhalten, und seine Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation und Abblätterung. Sein höherer Kohlenstoffgehalt kann jedoch zu einer verringerten Korrosionsbeständigkeit in bestimmten Umgebungen im Vergleich zu Legierungen mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt führen.

In Bezug auf die Marktposition wird 304H häufig in der petrochemischen Industrie, der Öl- und Gas- sowie der Energieerzeugungsbranche eingesetzt, in denen Hochtemperaturanwendungen verbreitet sind. Historisch war es bedeutend für die Entwicklung von Wärmetauschern, Kesseln und Druckbehältern.

Vorteile	Nachteile
Ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit	Verringerte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu niedrigeren Kohlenstofflegierungen
Gute Schweißbarkeit	Empfänglich für Sensibilisierung, wenn nicht richtig wärmebehandelt
Hohe Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation	Höhere Kosten aufgrund von Legierungselementen

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Qualität	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Bemerkungen
UNS	S30409	USA	Nächste Entsprechung zu AISI 304L mit höherem Kohlenstoffgehalt
AISI/SAE	304H	USA	Verwendet für Hochtemperaturanwendungen
ASTM	A240/A240M	USA	Standard-Spezifikation für Chrom- und Chrom-Nickel-Edelstahlplatten, -bleche und -streifen
EN	1.4948	Europa	Entsprechende Qualität in europäischen Normen
JIS	SUS304H	Japan	Japanische Industrienorm-Entsprechung

Die Unterschiede zwischen 304H und seinen Äquivalenten, wie 304L, liegen hauptsächlich im Kohlenstoffgehalt, der ihre Leistung in Hochtemperaturumgebungen beeinflusst. Während 304L aufgrund seines niedrigeren Kohlenstoffgehalts und seiner besseren Korrosionsbeständigkeit bevorzugt wird, wird 304H für Anwendungen gewählt, die eine höhere Festigkeit bei erhöhten Temperaturen erfordern.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.04 - 0.10
Cr (Chrom)	18.0 - 20.0
Ni (Nickel)	8.0 - 10.5
Mn (Mangan)	2.0 max
Si (Silizium)	1.0 max
P (Phosphor)	0.045 max
S (Schwefel)	0.030 max

Die Hauptaufgabe von Chrom in 304H ist die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, während Nickel zur Zähigkeit und Duktilität des Stahls beiträgt. Der kontrollierte Kohlenstoffgehalt verbessert die Hochtemperaturfestigkeit und macht ihn geeignet für anspruchsvolle Anwendungen.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/Spannweite (metrisch)	Typischer Wert/Spannweite (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethode
Zugfestigkeit	Glühen	Raumtemperatur	520 - 750 MPa	75 - 109 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0.2% Versatz)	Glühen	Raumtemperatur	205 - 310 MPa	30 - 45 ksi	ASTM E8
Dehnung	Glühen	Raumtemperatur	40% min	40% min	ASTM E8
Härte (Rockwell B)	Glühen	Raumtemperatur	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
Schlagfestigkeit	Charpy (20°C)	20°C	40 J min	29.5 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit sowie guter Duktilität macht 304H geeignet für Anwendungen, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und strukturelle Integrität erfordern.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	7.93 g/cm³	0.286 lb/in³
Schmelzpunkt/-bereich	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	16.2 W/m·K	112 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmefähigkeit	Raumtemperatur	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	Raumtemperatur	0.72 µΩ·m	0.72 µΩ·in
Wärmeausdehnungskoeffizient	Raumtemperatur	16.0 x 10⁻⁶/K	8.9 x 10⁻⁶/°F

Die Dichte und der Schmelzpunkt von 304H deuten auf seine Robustheit hin, während seine Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmefähigkeit für Anwendungen, die Wärmeübertragung beinhalten, wie Wärmetauscher, entscheidend sind.

Korrosionsbeständigkeit

Korrsiver Stoff	Konzentation (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Chloride	3-5%	20-60°C / 68-140°F	Ausreichend	Risiko von Lochfraß
Schwefelsäure	10%	20-40°C / 68-104°F	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	10%	20-60°C / 68-140°F	Gut	Mäßige Widerstandsfähigkeit
Meersalz	-	Umgebung	Gut	Geeignet für marine Anwendungen

304H zeigt eine gute Beständigkeit gegen verschiedene korrosive Umgebungen, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen und bei verdünnten Säuren. Es ist jedoch anfällig für Lochfraß in chloridhaltigen Umgebungen und sollte in Anwendungen mit konzentrierter Schwefelsäure vermieden werden. Im Vergleich zu 316-Edelstahl, der Molybdän zur Verbesserung der Lochfraßbeständigkeit enthält, kann 304H in stark korrosiven Umgebungen nicht so gut abschneiden.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale dauerhafte Betriebstemperatur	870°C	1600°F	-
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	925°C	1700°F	-
Temperatur für Abblätterung	800°C	1472°F	-
Berücksichtigung der Kriechfestigkeit	600°C	1112°F	Beginnt zu sinken

304H behält seine Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen bei, was es geeignet für Anwendungen in Wärmetauschern und Druckbehältern macht. Längere Exposition gegenüber Temperaturen über 870°C kann jedoch zu Oxidation und Abblätterung führen, was sorgfältige Konstruktionsüberlegungen erforderlich macht.

Fabrikationseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlene Fülldraht (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
TIG	ER308L	Argon	Gute Ergebnisse mit der richtigen Technik
MIG	ER308L	Argon/CO2-Gemisch	Benötigt Vorwärmen bei dickeren Abschnitten
SMAW	E308L	-	Geeignet für dickere Abschnitte

304H wird allgemein als gut schweißbar angesehen, jedoch wird empfohlen, zum Vorwärmen und zur Nachbearbeitung, um das Risiko von Rissen und Sensibilisierung zu minimieren. Die richtige Auswahl des Fülldrahts ist entscheidend, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	304H	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	60%	100%	304H ist weniger zerspanbar als 1212
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30-50 m/min	60-80 m/min	Schneidwerkzeuge scharf und richtige Kühlmittel verwenden

304H hat eine mittlere Zerspanbarkeit, und obwohl es effektiv zerspanbar ist, erfordert es sorgfältige Aufmerksamkeit für Werkzeuge und Schnittgeschwindigkeiten, um ein Arbeitshärten zu vermeiden.

Formbarkeit

304H zeigt gute Formbarkeit und ermöglicht sowohl Kalt- als auch Warmumformungsprozesse. Aufgrund seiner Eigenschaften des Arbeitshärtens ist jedoch eine sorgfältige Kontrolle der Biegeradien und Formgeschwindigkeiten erforderlich, um Risse zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwachsenes Ergebnis
Lösungs-Glühen	1010 - 1120 °C / 1850 - 2050 °F	30 min	Luft oder Wasser	Karbid lösen, Duktilität verbessern
Stressabbau	600 - 800 °C / 1112 - 1472 °F	1-2 Stunden	Luft	Restspannungen reduzieren

Wärmebehandlungsprozesse wie Lösungs-Glühen sind entscheidend zur Optimierung der Mikrostruktur von 304H und zur Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit.

Typische Anwendungen und Endnutzung

Industrie/Sektor	Konkretes Anwendungsbeispiel	Schlüsselspezifische Eigenschaften des Stahls, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Öl und Gas	Wärmetauscher	Hochtemperaturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit	Erforderlich für raue Umgebungen
Energieerzeugung	Kesselrohre	Hohe Festigkeit, Oxidationsbeständigkeit	Wesentlich für Effizienz
Chemische Verarbeitung	Druckbehälter	Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit	Sicherheit und Zuverlässigkeit
Lebensmittelverarbeitung	Ausrüstung und Rohrleitungen	Korrosionsbeständigkeit, leichte Reinigung	Hygienestandards

• 304H wird oft für Wärmetauscher aufgrund seiner Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten und Oxidation zu widerstehen, ausgewählt.
• In der Öl- und Gasindustrie wird es in Druckbehältern eingesetzt, in denen hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit kritisch sind.
• Der Lebensmittelsektor nutzt 304H aufgrund seiner hygienischen Eigenschaften und der leichten Reinigung.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	304H	316	321	Kurz Pro-/Kontra- oder Trade-off-Hinweis
Schlüsselmechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Bessere Korrosionsbeständigkeit	Gute Hochtemperaturstabilität	304H ist stärker, aber weniger widerstandsfähig
Wichtigster Korrosionsaspekt	Ordentlich in Chloriden	Ausgezeichnet in Chloriden	Gut in Hochtemperaturanwendungen	316 wird in marinen Umgebungen bevorzugt
Schweißbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Gut	316 benötigt möglicherweise spezielle Füllung für hohe Temperaturen
Zerspanbarkeit	Mäßig	Mäßig	Mäßig	Alle erfordern Sorgfalt, um Arbeitshärten zu vermeiden
Ungefähre relative Kosten	Mäßig	Höher	Mäßig	304H ist kosteneffektiv für Hochtemperaturanwendungen
Typische Verfügbarkeit	Allgemein	Allgemein	Weniger häufig	304H ist in verschiedenen Formen weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von 304H umfassen die Überlegungen seine Kosteneffizienz für Hochtemperaturanwendungen, die Verfügbarkeit und die spezifischen mechanischen und korrosiven Eigenschaften, die für die beabsichtigte Nutzung erforderlich sind. Während es signifikante Vorteile in Festigkeit und Hitzebeständigkeit bietet, kann seine Anfälligkeit für Lochfraß in chloridhaltigen Umgebungen eine sorgfältige Bewertung im Vergleich zu Alternativen wie 316-Edelstahl für spezifische Anwendungen erfordern.