316H-Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

316H-Edelstahl ist eine Hochtemperatur-Variante der 316-Qualität, die als austenitischer Edelstahl klassifiziert ist. Es ist hauptsächlich mit Chrom (16-18 %), Nickel (10-14 %) und Molybdän (2-3 %) legiert, was seine Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften verbessert. Die "H"-Bezeichnung zeigt einen höheren Kohlenstoffgehalt (0,04 % bis 0,10 %) im Vergleich zu standard 316 an, was seine Festigkeit bei erhöhten Temperaturen verbessert.

Umfassende Übersicht

316H-Edelstahl ist bekannt für seine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion in chlorhaltigen Umgebungen und macht ihn zu einer bevorzugten Wahl für marine Anwendungen und chemische Verarbeitung. Der hohe Nickelgehalt trägt zur Zähigkeit und Duktilität bei, während Molybdän seine Widerstandsfähigkeit gegen lokale Korrosion verbessert.

Vorteile:
- Außerordentliche Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in aggressiven Umgebungen.
- Hohe Festigkeit und Zähigkeit bei erhöhten Temperaturen, was es für Hochbelastungsanwendungen geeignet macht.
- Gute Schweißbarkeit und Formbarkeit, die vielseitige Fertigungsoptionen ermöglichen.

Beschränkungen:
- Höhere Kosten im Vergleich zu gering legierten Edelstählen.
- Anfälligkeit für Sensibilisierung, wenn es nicht ordnungsgemäß wärmebehandelt wird, was zu interkristalliner Korrosion führen kann.
- Nicht magnetisch, was in Anwendungen, die magnetische Eigenschaften erfordern, nachteilig sein kann.

Historisch gesehen war 316H bedeutend in Branchen wie der Petrochemie, der Energieproduktion und dem Schiffbau aufgrund seiner Fähigkeit, rauen Bedingungen standzuhalten. Seine Marktposition ist stark, insbesondere in Sektoren, die Hochleistungsmaterialien verlangen.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standard Organisation	Bezeichnung/Qualität	Land/Region der Herkunft	Anmerkungen/Hinweise
UNS	S31609	USA	Nächste Entsprechung zu AISI 316H
AISI/SAE	316H	USA	Höherer Kohlenstoffgehalt als 316
ASTM	A240/A240M	USA	Standard-Spezifikation für Edelstahlplatten
EN	1.4878	Europa	Entsprechende Qualität in europäischen Standards
JIS	SUS316H	Japan	Ähnliche Eigenschaften mit geringen Zusammensetzungsunterschieden

Die Unterschiede zwischen 316H und seinen Entsprechungen, wie 316L (niedriger Kohlenstoff) und 316, liegen hauptsächlich in ihrem Kohlenstoffgehalt, der ihre Hochtemperaturfestigkeit und Anfälligkeit für Sensibilisierung beeinflusst.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
Cr (Chrom)	16,0 - 18,0
Ni (Nickel)	10,0 - 14,0
Mo (Molybdän)	2,0 - 3,0
C (Kohlenstoff)	0,04 - 0,10
Mn (Mangan)	max. 2,0
Si (Silizium)	max. 1,0
P (Phosphor)	max. 0,045
S (Schwefel)	max. 0,030

Die Hauptrolle von Chrom ist die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, während Nickel zur Zähigkeit und Duktilität beiträgt. Molybdän erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion, insbesondere in chlorhaltigen Umgebungen. Der höhere Kohlenstoffgehalt in 316H verbessert seine Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, was es für Hochbelastungsanwendungen geeignet macht.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Glühend	515 - 690 MPa	75 - 100 ksi	ASTM E8
Reißfestigkeit (0,2 % Offset)	Glühend	205 - 310 MPa	30 - 45 ksi	ASTM E8
Dehnung	Glühend	min. 40 %	min. 40 %	ASTM E8
Härte (Rockwell B)	Glühend	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
Schlagfestigkeit (Charpy)	-20 °C	40 J	30 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Reißfestigkeit sowie guten Dehnungseigenschaften macht 316H geeignet für Anwendungen, die strukturelle Integrität unter mechanischer Belastung erfordern. Seine Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen verbessert auch seine Leistung in kryogenen Anwendungen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	8,0 g/cm³	0,289 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1375 - 1400 °C	2500 - 2550 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	16,2 W/m·K	112 BTU·in/ft²·h·°F
Spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	Raumtemperatur	0,72 µΩ·m	0,72 µΩ·in
Wärmeausdehnungskoeffizient	20 - 100 °C	16,0 x 10⁻⁶/K	8,9 x 10⁻⁶/°F

Die Dichte und der Schmelzpunkt zeigen, dass 316H hohen Temperaturen standhalten kann, ohne sich erheblich zu verformen. Seine Wärmeleitfähigkeit ist moderat, was es für Anwendungen geeignet macht, bei denen eine Wärmedissipation erforderlich ist. Die spezifische Wärmekapazität ist auch günstig für thermische Anwendungen, während die elektrische Widerstandsfähigkeit darauf hindeutet, dass es kein guter Leiter von Elektrizität ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Agent	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandseinstufung	Hinweise
Chloride	3,5 %	20 °C / 68 °F	Ausgezeichnet	Risiko von Lochfraß
Schwefelsäure	10 %	25 °C / 77 °F	Gut	Begrenzte Beständigkeit
Salzsäure	5 %	25 °C / 77 °F	Durchschnittlich	Risiko lokalisierter Korrosion
Meerwasser	-	Umgebung	Ausgezeichnet	Hochgradig beständig
Essigsäure	10 %	25 °C / 77 °F	Gut	Anfällig für Spannungsrisskorrosion

316H zeigt eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von korrosiven Agentien, insbesondere in marinen Umgebungen. Seine Leistung unter chloridreichen Bedingungen ist überlegen gegenüber den Qualitätsstufen 304 und 316L, die anfälliger für Lochfraßkorrosion sind. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass 316H zwar in vielen sauren Umgebungen gut abschneidet, es dennoch anfällig für lokale Korrosion unter bestimmten Bedingungen sein kann, insbesondere bei starken Säuren wie Salzsäure.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	800 °C	1472 °F	Geeignet für Hochtemperaturanwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	870 °C	1598 °F	Nur kurzfristige Belastung
Skalierungstemperatur	925 °C	1697 °F	Über dieser Temperatur findet Oxidation statt
Beginn der Berücksichtigung der Kriechfestigkeit	600 °C	1112 °F	Die Kriechbeständigkeit nimmt über dieser Temperatur ab

316H behält seine mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen bei, was es geeignet macht für Anwendungen wie Ofenkomponenten und Wärmetauscher. Langfristige Exposition bei Temperaturen über 800 °C kann jedoch zu Oxidation und Skalierung führen, die seine Integrität beeinträchtigen kann.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlener Zusatzwerkstoff (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Füllmittel	Hinweise
TIG	ER316L	Argon	Gut für dünne Sektionen
MIG	ER316L	Argon + CO2-Mischung	Geeignet für dickere Sektionen
SMAW	E316L	-	Erfordert Vorwärmen für dicke Sektionen

316H ist hoch schweißbar, es muss jedoch darauf geachtet werden, Sensibilisierung während des Schweißens zu vermeiden. Vorwärmen und die Nachbehandlung sind empfohlen, um das Risiko der interkristallinen Korrosion zu minimieren. Der Einsatz von Zusatzwerkstoffen wie ER316L gewährleistet die Kompatibilität und erhält die Korrosionsbeständigkeit.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	316H	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	30 %	100 %	316H ist schwieriger zu bearbeiten
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	20 m/min	40 m/min	Hartmetallwerkzeuge für beste Ergebnisse verwenden

316H hat eine geringere Bearbeitbarkeit im Vergleich zu Kohlenstoffen, was langsamere Schnittgeschwindigkeiten und spezialisierte Werkzeuge erfordert. Optimale Bedingungen umfassen die Verwendung von scharfen Werkzeugen und adäquate Schmierung, um die Arbeitsverfestigung zu reduzieren.

Formbarkeit

316H zeigt eine gute Formbarkeit, die kalte und heiße Formprozesse ermöglicht. Aufgrund seiner Werkverfestigungseigenschaften ist jedoch eine sorgfältige Kontrolle der Biegeladien erforderlich, um Rissbildung zu vermeiden. Es ist geeignet für Anwendungen, die komplexe Formen und Konfigurationen erfordern.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primärer Zweck / Erwünschtes Ergebnis
Festigungs-Glühen	1010 - 1120 °C / 1850 - 2050 °F	30 Minuten	Luft oder Wasser	Verklumpungen auflösen, Spannungen abbauen
Spannungsabbau	400 - 600 °C / 750 - 1112 °F	1 Stunde	Luft	Reduzierung von Restspannungen

Wärmebehandlungsprozesse wie das Festigungs-Glühen verbessern die Korrosionsbeständigkeit von 316H, indem sie Verklumpungen auflösen und die Sensibilisierung verhindern. Die metallurgischen Umwandlungen während dieser Behandlungen haben erheblichen Einfluss auf die Mikrostruktur, was zu verbesserter Zähigkeit und Duktilität führt.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Spezifisches Anwendungsbeispiel	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Marine Engineering	Schiffbau	Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit	Exposition gegenüber Meerwasser
Chemische Verarbeitung	Reaktortanks	Hochtemperaturfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit	Rauhe chemische Umgebungen
Öl & Gas	Pipelinesysteme	Zähigkeit, Schweißbarkeit	Hochbelastungsanwendungen
Energieerzeugung	Wärmetauscher	Hochtemperaturleistung	Thermische Effizienz

Weitere Anwendungen sind:
* Pharmazeutische Geräte
* Lebensmittelverarbeitungsmaschinen
* Architektonische Strukturen, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind

316H wird für diese Anwendungen aufgrund seiner überlegenen Korrosionsbeständigkeit und der Fähigkeit, die Festigkeit bei höheren Temperaturen aufrechtzuerhalten, ausgewählt, um Zuverlässigkeit und Langlebigkeit in anspruchsvollen Umgebungen zu gewährleisten.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	316H	304	321	Kurzfassung des Pro/Con oder Kompromisshinweises
Wichtige mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Moderate Festigkeit	Hohe Festigkeit	316H bietet bessere Hochtemperatureigenschaften
Wichtiger Korrosionsaspekt	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet	321 ist besser für Hochtemperaturanwendungen geeignet
Schweißbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Gut	316H erfordert sorgfältige Handhabung, um Sensibilisierung zu vermeiden
Bearbeitbarkeit	Moderat	Gut	Moderat	316H ist schwieriger zu bearbeiten
Ungefähre relative Kosten	Höher	Niedriger	Höher	Kostenüberlegungen können die Auswahl beeinflussen
Typische Verfügbarkeit	Moderat	Hoch	Moderat	304 ist häufiger verfügbar

Bei der Auswahl von 316H umfassen die Überlegungen Kosten-Effektivität, Verfügbarkeit und spezifische Anwendungsanforderungen. Seine hohe Leistung in korrosiven Umgebungen und bei erhöhten Temperaturen macht es zu einer bevorzugten Wahl in kritischen Anwendungen. Seine höheren Kosten und niedrigere Bearbeitbarkeit im Vergleich zu Alternativen wie 304 können jedoch Entscheidungen beeinflussen, insbesondere in weniger anspruchsvollen Umgebungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 316H-Edelstahl ein vielseitiges und leistungsstarkes Material ist, das in herausfordernden Bedingungen exzellent abschneidet und in verschiedenen Branchen unverzichtbar ist. Seine einzigartigen Eigenschaften und Fähigkeiten erfordern eine sorgfältige Überlegung bei der Materialauswahl, um eine optimale Leistung und Langlebigkeit in Anwendungen zu gewährleisten.