310S Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

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310S Edelstahl ist ein austenitischer Edelstahl, der für seine hervorragende Hochtemperatureigenschaften und Oxidationsbeständigkeit bekannt ist. Er besteht hauptsächlich aus Eisen, Chrom und Nickel, mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt, der die Schweißbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen interkristalline Korrosion verbessert. Die wichtigsten legierenden Elemente sind:

  • Chrom (Cr): Typischerweise 24-26%, was die Korrosionsbeständigkeit bietet und zur Gesamtfestigkeit des Stahls beiträgt.
  • Nickel (Ni): Normalerweise 19-22%, was Zähigkeit und Verformbarkeit, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, verbessert.
  • Molybdän (Mo): In geringen Mengen vorhanden (bis zu 0,75%), was den Widerstand gegen Loch- und Spaltenkorrosion verbessert.

Wesentliche Eigenschaften

310S Edelstahl zeichnet sich aus durch:
- Hochtemperaturbeständigkeit: Geeignet für Anwendungen mit Temperaturen bis zu 1150°C (2100°F).
- Korrosionsbeständigkeit: Hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation und Sulfidation.
- Gute Schweißbarkeit: Der niedrige Kohlenstoffgehalt minimiert das Risiko der Karbid-Ausfällung während des Schweißens.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile:
- Außergewöhnliche Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion bei hohen Temperaturen.
- Gute mechanische Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen.
- Hervorragende Schweißbarkeit und Formbarkeit.

Einschränkungen:
- Höhere Kosten im Vergleich zu niedrigeren Edelstahlqualitäten.
- Nicht geeignet für Anwendungen in starken reduzierenden Umgebungen.

Historisch wurde 310S aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften in Branchen wie der petrochemischen Industrie, der Stromerzeugung und der Lebensmittelverarbeitung weit verbreitet eingesetzt.

Alternative Namen, Standards und Entsprechungen

Normungsorganisation Bezeichnung/Grad Land/Region der Herkunft Hinweise/Anmerkungen
UNS S31008 USA Nächste Entsprechung zu AISI 310
AISI/SAE 310S USA Niedriger Kohlenstoffvariante von 310
ASTM A240 USA Standardvorgabe für Edelstahlplatten
EN 1.4845 Europa Entsprechung in den europäischen Standards
JIS SUS310S Japan Japanische Standardbezeichnung
GB 00Cr25Ni20 China Chinesische Entsprechung mit geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden

Die Unterschiede zwischen diesen Entsprechungen können die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen. Beispielsweise können Unterschiede im Nickelgehalt zwischen S31008 und SUS310S die Korrosionsbeständigkeit in bestimmten Umgebungen beeinflussen.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name) Prozentsatzbereich (%)
Fe (Eisen) Rest
Cr (Chrom) 24,0 - 26,0
Ni (Nickel) 19,0 - 22,0
Mo (Molybdän) 0,0 - 0,75
C (Kohlenstoff) ≤ 0,08
Mn (Mangan) ≤ 2,0
Si (Silizium) ≤ 1,0
P (Phosphor) ≤ 0,045
S (Schwefel) ≤ 0,03

Die Hauptfunktion von Chrom besteht darin, die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, während Nickel Zähigkeit und Verformbarkeit verbessert. Molybdän trägt zur Lochkorrosionsbeständigkeit bei, was 310S für raue Umgebungen geeignet macht.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft Zustand/Temperatur Typischer Wert/Bereich (metrisch) Typischer Wert/Bereich (imperial) Referenzstandard für Testmethode
Zugfestigkeit Geglüht 520 - 720 MPa 75 - 104 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
Impact-Widerstand -20°C (-4°F) 40 J 30 ft-lbf ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit sowie guter Dehnung macht 310S geeignet für Anwendungen, die strukturelle Integrität unter mechanischer Belastung erfordern.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft Zustand/Temperatur Wert (metrisch) Wert (imperial)
Dichte Raumtemperatur 7,93 g/cm³ 0,286 lb/in³
Schmelzpunkt - 1400 - 1450 °C 2550 - 2642 °F
Wärmeleitfähigkeit Raumtemperatur 16,2 W/m·K 112 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität Raumtemperatur 500 J/kg·K 0.12 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand Raumtemperatur 0,72 µΩ·m 0,72 µΩ·in

Die Dichte und der Schmelzpunkt zeigen, dass 310S hohe Temperaturen aushalten kann, was ihn für Anwendungen in extremen Umgebungen geeignet macht. Seine Wärmeleitfähigkeit ist mäßig, was vorteilhaft für Anwendungen ist, die Wärmehaltung erfordern.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Mittel Konzentration (%) Temperatur (°C/°F) Widerstandsbewertung Hinweise
Chloride 0 - 10 20 - 60 Gut Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure 0 - 10 20 - 50 Fair Empfindlich gegenüber Risskorrosion (SCC)
Essigsäure 0 - 10 20 - 60 Gut Mäßiger Widerstand
Meerwasser - 20 - 30 Hervorragend Beständig gegen Korrosion

310S Edelstahl zeigt hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation und Korrosion in verschiedenen Umgebungen, einschließlich atmosphärischer, saurer und salzhaltiger Bedingungen. Dennoch kann er in Chlorid-Umgebungen anfällig für Risskorrosion (SCC) sein.

Im Vergleich zu Qualitäten wie 316L, die Molybdän für eine verbesserte Lochkorrosionsbeständigkeit enthalten, kann 310S in Hochtemperaturanwendungen besser abschneiden, jedoch möglicherweise nicht so effektiv in chloridreichen Umgebungen.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze Temperatur (°C) Temperatur (°F) Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur 1150 °C 2100 °F Geeignet für Hochtemperaturanwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur 1050 °C 1922 °F Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur 900 °C 1652 °F Risiko der Oxidation über diesen Punkt hinaus

310S behält seine Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen, was ihn ideal für Ofenkomponenten und Wärmetauscher macht. Eine längere Exposition über die maximale Betriebstemperatur hinaus kann jedoch zu Skalierung und einer verminderten mechanischen Festigkeit führen.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren Empfohlenes Zusatzmetall (AWS-Klassifikation) Typisches Schutzgas/Flussmittel Hinweise
TIG ER310S Argon Hervorragend für dünne Sektionen
MIG ER310 Argon + CO2 Gut für dickere Sektionen
SMAW E310-16 - Geeignet für alle Positionen

310S ist sehr gut schweißbar, mit empfohlenen Zusatzmetallen, die seiner Zusammensetzung entsprechen. Vor- und Nachbehandlung des Schweißens können die Qualität der Schweißnähte verbessern und das Risiko von Rissen reduzieren.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter 310S AISI 1212 Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex 30% 100% Erfordert langsamere Schnittgeschwindigkeiten
Typische Schnittgeschwindigkeit 20 m/min 60 m/min Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für beste Ergebnisse

Die Zerspanung von 310S kann aufgrund seiner Zähigkeit und Eigenschaft der Werkhärtung herausfordernd sein. Optimale Bedingungen umfassen die Verwendung von scharfen Werkzeugen und langsameren Schnittgeschwindigkeiten, um übermäßigen Verschleiß zu vermeiden.

Formbarkeit

310S zeigt eine gute Formbarkeit, die kaltes und heißes Arbeiten ermöglicht. Dennoch kann seine Werkhärtungsrate zu Herausforderungen beim Formen komplexer Formen führen. Empfohlene Biegeradien sollten größer sein als die für niedrigere Grades, um Risse zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess Temperaturbereich (°C/°F) Typische Haltezeit Kühlmethode Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen 1050 - 1150 °C / 1922 - 2100 °F 1 - 2 Stunden Luft oder Wasser Spannungen abbauen, Verformbarkeit verbessern
Loslösung 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F 30 Minuten Wasser Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit

Wärmebehandlungsprozesse wie Glühen können die Verformbarkeit und Zähigkeit von 310S erheblich verbessern, was ihn für anspruchsvolle Anwendungen geeigneter macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Industrie/Sektor Beispiel für spezifische Anwendung Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden Grund für die Auswahl (kurz)
Petrochemie Wärmetauscher Hochtemperaturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit Wichtig für die Haltbarkeit
Kraftwerk Boilerkomponenten Oxidationsbeständigkeit, mechanische Festigkeit Kritisch für die Effizienz
Lebensmittelverarbeitung Öfen und Herde Sauberkeit, Hochtemperaturstabilität Erfüllt Hygieneanforderungen
Luftfahrt Auspuffsysteme Leichtgewicht, hohe Festigkeit Reduziert das Gewicht bei gleichbleibender Leistung

310S wird für Anwendungen gewählt, die Hochtemperaturstabilität und Widerstand gegen korrosive Umgebungen erfordern, was ihn ideal für Branchen macht, in denen Zuverlässigkeit von größter Bedeutung ist.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Erkenntnisse

Merkmal/Eigenschaft 310S 316L 321 Kurz Pro-/Kontra- oder Abwägungshinweis
Wesentliche mechanische Eigenschaft Hohe Zugfestigkeit Gute Korrosionsbeständigkeit Exzellente Hochtemperaturstabilität 310S ist stärker bei hohen Temperaturen
Wesentlicher Korrosionsaspekt Gut bei hohen Temperaturen Besser in Chloridumgebungen Gut bei hohen Temperaturen 316L gewinnt in salzhaltigen Bedingungen
Schweißbarkeit Exzellent Gut Ausreichend 310S ist einfacher zu schweißen
Zerspanbarkeit Mäßig Hoch Niedrig 316L ist einfacher zu zerspanen
Ungefähr relativer Preis Mäßig Höher Mäßig Kosten variieren je nach Marktbedingungen
Typische Verfügbarkeit Allgemein Sehr häufig Weniger häufig 310S ist weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von 310S sollten seine Hochtemperatureigenschaften und Korrosionsbeständigkeit im Verhältnis zu den spezifischen Anforderungen der Anwendung berücksichtigt werden. Während es teurer sein kann als niedrigere Grades, kann seine Haltbarkeit zu geringeren Wartungskosten auf lange Sicht führen. Darüber hinaus macht seine Verfügbarkeit in verschiedenen Formen (Blech, Platten, Rohre) ihn zu einer vielseitigen Wahl für viele Ingenieuranwendungen.

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