318 Edelstahl (Duplex): Eigenschaften und wichtige Anwendungen

318 Edelstahl, auch bekannt als Duplex-Edelstahl, ist eine einzigartige Legierung, die die vorteilhaften Eigenschaften sowohl von austenitischen als auch von ferritischen Edelstählen kombiniert. Als Duplex-Edelstahl eingestuft, enthält er typischerweise eine ausgewogene Mikrostruktur von ungefähr 50% Austenit und 50% Ferrit. Die primären Legierungselemente umfassen Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Molybdän (Mo), die erheblichen Einfluss auf seine Korrosionsbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Gesamtleistung haben.

Umfassende Übersicht

318 Edelstahl ist besonders bekannt für seine hohe Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit, was ihn für verschiedene anspruchsvolle Anwendungen geeignet macht. Die Legierung enthält typischerweise rund 24% Chrom, 6% Nickel und 3% Molybdän, die zu seiner robusten Leistung in rauen Umgebungen beitragen. Die zweiphasige Mikrostruktur bietet im Vergleich zu traditionellen austenitischen Edelstählen eine verbesserte Zähigkeit und Verformbarkeit.

Vorteile:
- Korrosionsbeständigkeit: Ausgezeichnete Beständigkeit gegen Lochkorrosion und Spaltkorrosion, besonders in Chloridumgebungen.
- Mechanische Festigkeit: Höhere Streckgrenze im Vergleich zu austenitischen Grades, was dünnere Querschnitte in strukturellen Anwendungen ermöglicht.
- Schweißbarkeit: Gute Schweißbarkeit mit geeigneten Füllstoffen, was ihn für die Fertigung geeignet macht.

Einschränkungen:
- Kosten: Generell teurer als Standard-austenitische Edelstähle aufgrund der Legierungselemente.
- Brittler bei niedrigen Temperaturen: Potenzial für reduzierte Zähigkeit in kryogenen Anwendungen.
- Empfindlichkeit gegenüber Sigma-Phasenbildung: Bei erhöhten Temperaturen kann eine längere Exposition zur Bildung von Sigma-Phasen führen, die die Legierung spröde machen kann.

Historisch wurden Duplex-Edelstähle wie 318 entwickelt, um die Einschränkungen von austenitischen und ferritischen Graden, insbesondere hinsichtlich Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, zu überwinden. Heute nehmen sie eine bedeutende Position auf dem Markt ein, insbesondere in Branchen wie Öl und Gas, chemische Verarbeitung und maritimen Anwendungen.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Anmerkungen
UNS	S31803	USA	Nächster Äquivalent zu 318L
AISI/SAE	318	USA	Minimale zusammensetzende Unterschiede zu beachten
ASTM	A240/A240M	USA	Standard-Spezifikation für Chrom- und Chrom-Nickel-Edelstahlbleche, -platten und -streifen für Druckbehälter und allgemeine Anwendungen
EN	1.4462	Europa	Europäisches Äquivalent mit ähnlichen Eigenschaften
JIS	SUS318	Japan	Japanische Standardbezeichnung

Die Unterschiede zwischen äquivalenten Graden können subtil, aber signifikant sein. Zum Beispiel, während S31803 und 1.4462 ähnliche Zusammensetzungen haben, können ihre mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit aufgrund von Unterschieden in den Herstellungsverfahren und der Wärmebehandlung leicht variieren.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
Chrom (Cr)	24.0 - 26.0
Nickel (Ni)	4.5 - 6.5
Molybdän (Mo)	2.5 - 3.5
Mangan (Mn)	0.5 - 1.5
Stickstoff (N)	0.08 - 0.20
Kohlenstoff (C)	≤ 0.03
Phosphor (P)	≤ 0.03
Schwefel (S)	≤ 0.02

Die Hauptrolle von Chrom besteht darin, die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, während Nickel zur Zähigkeit und Verformbarkeit beiträgt. Molybdän verbessert die Beständigkeit gegen Lochkorrosion und Spaltkorrosion, insbesondere in Chloridumgebungen. Stickstoff wird hinzugefügt, um die Festigkeit zu erhöhen und die Beständigkeit gegen Spannungsriss-Korrosion zu verbessern.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten)	Referenzstandard für Prüfmethode
Zugfestigkeit	Normalisiert	620 - 850 MPa	90 - 123 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Offset)	Normalisiert	450 - 650 MPa	65 - 94 ksi	ASTM E8
Elongation	Normalisiert	25 - 40%	25 - 40%	ASTM E8
Härte (Rockwell B)	Normalisiert	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	ASTM E18
Schlagzähigkeit (Charpy)	-20°C	40 J	29.5 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit macht 318 Edelstahl geeignet für Anwendungen, die strukturelle Integrität unter mechanischer Belastung erfordern. Seine Dehnung und Schlagzähigkeit zeigen gute Verformbarkeit und Zähigkeit, die für dynamische Belastungsbedingungen wesentlich sind.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch - SI-Einheiten)	Wert (imperiale Einheiten)
Dichte	-	7.8 g/cm³	0.283 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Wärmeleitfähigkeit	20 °C	15 W/m·K	86 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Spezifische Wärmekapazität	20 °C	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	20 °C	0.72 µΩ·m	0.00000072 Ω·m
Thermischer Ausdehnungskoeffizient	20 - 100 °C	16.5 x 10⁻⁶ /K	9.2 x 10⁻⁶ /°F

Die Dichte von 318 Edelstahl deutet auf ein robustes Material hin, während seine Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität darauf hindeuten, dass es thermische Spannungen effektiv bewältigen kann. Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist entscheidend für Anwendungen, die Temperaturschwankungen beinhalten, um die dimensionsstabilität sicherzustellen.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Mittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Beständigkeitsbewertung	Hinweise
Chloride	3-10	20-60 °C / 68-140 °F	Ausgezeichnet	Risiko von Lochkorrosion bei hohen Konzentrationen
Schwefelsäure	10-30	20-40 °C / 68-104 °F	Gut	Begrenzte Beständigkeit bei hohen Temperaturen
Salzsäure	1-5	20-25 °C / 68-77 °F	Ausreichend	Nicht empfohlen für hohe Konzentrationen
Meerwasser	-	Umgebung	Ausgezeichnet	Hochgradig resistent gegen Meerwasserkorrosion

318 Edelstahl zeigt eine hervorragende Beständigkeit gegen verschiedene korrosive Mittel, insbesondere in maritimen Umgebungen und der chemischen Verarbeitung. Seine Leistung gegen Chloride ist bemerkenswert, was ihn für Offshore- und Küstenanwendungen geeignet macht. Vorsicht ist jedoch in Umgebungen mit hohen Konzentrationen von Schwefelsäure und Salzsäure geboten, in denen alternative Materialien möglicherweise besser geeignet sind.

Im Vergleich zu anderen Edelstählen, wie 316L und 2205, bietet 318 eine überlegene Beständigkeit gegen Lochkorrosion und Spannungsrisskorrosion, insbesondere in chloridehaltigen Umgebungen. 316L kann jedoch in stark sauren Bedingungen besser abschneiden, während 2205 eine verbesserte Festigkeit bietet.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	300 °C	572 °F	Geeignet für den Dauerbetrieb bei dieser Temperatur
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	350 °C	662 °F	Kurze Exposition kann toleriert werden
Skalierungstemperatur	600 °C	1112 °F	Risiko der Oxidation über dieser Temperatur
Überlegungen zur Kriechfestigkeit	500 °C	932 °F	Kriechbeständigkeit beginnt bei dieser Temperatur abzunehmen

Bei erhöhten Temperaturen behält 318 Edelstahl gute mechanische Eigenschaften, obwohl eine längere Exposition zu Oxidation und der Bildung von Sigma-Phasen führen kann, die die Legierung spröde machen können. Es ist wichtig, die Betriebsumgebung und Temperaturänderungen bei der Auswahl dieses Materials für Hochtemperatur-Anwendungen zu berücksichtigen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlenes Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flechtmaterial	Hinweise
TIG	ER318L	Argon	Gute Ergebnisse mit der richtigen Technik
MIG	ER318L	Argon/CO2-Mischung	Geeignet für dickere Abschnitte
SMAW	E318-16	-	Erfordert Vorheizen für dickere Abschnitte

318 Edelstahl gilt allgemein als gut schweißbar, insbesondere mit geeigneten Füllmetallen. Vorheizen kann für dickere Abschnitte erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden. Nachbearbeitende Wärmebehandlung kann die mechanischen Eigenschaften verbessern und Restspannungen abbauen.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	318 Edelstahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	40%	100%	Erfordert langsamere Schnittgeschwindigkeiten
Typische Schnittgeschwindigkeit	20-30 m/min	60-80 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für die besten Ergebnisse

Die Bearbeitung von 318 Edelstahl kann aufgrund seiner Festigkeit und Zähigkeit herausfordernd sein. Es wird empfohlen, Hochgeschwindigkeitsstahl oder Hartmetallwerkzeuge zu verwenden und eine niedrigere Schnittgeschwindigkeit beizubehalten, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Formbarkeit

318 Edelstahl weist eine gute Formbarkeit auf, die kalte und heiße Umformprozesse ermöglicht. Aufgrund seiner Festigkeit kann es jedoch höhere Kräfte im Vergleich zu austenitischen Graden erfordern. Das Material kann mit geeigneten Werkzeugen gebogen und geformt werden, aber es muss darauf geachtet werden, eine Verfestigung zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Abkühlungsmethode	Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis
Rekristallisationsglühen	1020 - 1100 °C / 1868 - 2012 °F	30 Minuten	Luft oder Wasser	Karbid lösen und Zähigkeit verbessern
Spannungsabbau	300 - 600 °C / 572 - 1112 °F	1 Stunde	Luft	Restspannungen abbauen

Wärmebehandlungsprozesse wie das Rekristallisationsglühen sind entscheidend für die Optimierung der Mikrostruktur und der Eigenschaften von 318 Edelstahl. Diese Behandlung hilft, Karbide aufzulösen und die Zähigkeit zu erhöhen, was das Material für die Fertigung geeigneter macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Wichtige Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Öl und Gas	Offshore-Plattformen	Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit	Wesentlich für raue marine Umgebungen
Chemische Verarbeitung	Speichertanks	Exzellente Beständigkeit gegen aggressive Chemikalien	Gewährleistet Langlebigkeit und Sicherheit
Marine	Schiffbau	Beständigkeit gegen Meerwasserkorrosion	Kritisch für strukturelle Integrität
Energieerzeugung	Wärmetauscher	Gute Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit	Effizienter Wärmeaustausch unter rauen Bedingungen

Weitere Anwendungen sind:
- Zellstoff- und Papierindustrie: Verwendet in Bleich- und Chemie-Rückgewinnungsprozessen.
- Lebensmittelverarbeitung: Ausrüstung, die hohe Hygienestandards und Korrosionsbeständigkeit erfordert.
- Pharmazeutika: Ausrüstung und Rohrleitungssysteme, bei denen Sauberkeit und Korrosionsbeständigkeit von entscheidender Bedeutung sind.

Die Auswahl von 318 Edelstahl für diese Anwendungen ist hauptsächlich auf seine überlegenen mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit zurückzuführen, die für die Aufrechterhaltung der Leistung und Sicherheit in herausfordernden Umgebungen entscheidend sind.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	318 Edelstahl	316L Edelstahl	2205 Duplex Edelstahl	Kurz Pro-/Contra- oder Kompromiss-Notiz
Wichtige mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Gute Zähigkeit	Leider höhere Festigkeit	318 bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit
Wichtiger Korrosionsaspekt	Ausgezeichnet in Chloriden	Gut in Säuren	Ausgezeichnet in Chloriden	318 ist überlegen in Chloridumgebungen
Schweißbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Gut	316L ist einfacher zu schweißen
Bearbeitbarkeit	Moderat	Gut	Moderat	316L ist einfacher zu bearbeiten
Formbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Moderat	316L bietet bessere Formbarkeit
Ungefährer relativer Preis	Höher	Moderat	Höher	Kosten variieren mit der Marktnachfrage
Typische Verfügbarkeit	Moderat	Hoch	Moderat	316L ist häufiger vorrätig

Bei der Auswahl von 318 Edelstahl sind Überlegungen wie Kosten-Nutzen, Verfügbarkeit und spezifische Anwendungsanforderungen entscheidend. Obwohl er teurer sein kann als Standard-austenitische Grade, rechtfertigt seine überlegene Leistung in korrosiven Umgebungen oft die Investition. Darüber hinaus machen seine einzigartigen Eigenschaften ihn für Nischenanwendungen geeignet, bei denen andere Materialien versagen könnten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 318 Edelstahl ein vielseitiges und robustes Material ist, das in verschiedenen anspruchsvollen Anwendungen hervorragende Leistungen erbringt, insbesondere in Umgebungen, in denen Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit von größter Bedeutung sind. Seine einzigartigen Eigenschaften und Vorteile machen ihn zu einer bevorzugten Wahl in vielen Branchen, um Sicherheit und Langlebigkeit in kritischen Anwendungen zu gewährleisten.