319 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen
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319 Edelstahl ist als austenitischer Edelstahl klassifiziert, der für seinen hohen Chrom- und Nickelgehalt bekannt ist, der zu seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften beiträgt. Diese Sorte ist hauptsächlich mit etwa 19% Chrom und 9% Nickel legiert, zusammen mit kleinen Mengen Mangan, Silizium und Kohlenstoff. Die austenitische Struktur von 319 Edelstahl verleiht ihm überlegene Zähigkeit und Verformbarkeit, was ihn für verschiedene Anwendungen in herausfordernden Umgebungen geeignet macht.
Umfassende Übersicht
319 Edelstahl ist bekannt für seine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion, insbesondere in Hochtemperatureinsätzen. Sein hoher Chromgehalt verbessert seine Fähigkeit, korrosiven Umgebungen standzuhalten, während der Nickelgehalt zu seiner Zähigkeit und Verformbarkeit beiträgt. Die einzigartige Kombination von Eigenschaften des Stahls macht ihn besonders vorteilhaft in Anwendungen, die hohe Festigkeit und Widerstand gegen thermische Ermüdung erfordern.
Vorteile:
- Korrosionsbeständigkeit: Hervorragende Beständigkeit gegen eine Vielzahl von korrosiven Medien, einschließlich Säuren und Chloriden.
- Hochtemperaturstabilität: Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen, was ihn für Anwendungen in Wärmeübertragern und Ofenkomponenten geeignet macht.
- Verformbarkeit und Zähigkeit: Bietet gute Formbarkeit und Schweißbarkeit, die verschiedene Fertigungsprozesse ermöglichen.
Einschränkungen:
- Kosten: Höherer Legierungsgehalt kann im Vergleich zu niedriglegierten Edelstählen zu höheren Materialkosten führen.
- Verfestigung: Kann aufgrund seiner Neigung zur Verfestigung während der Bearbeitung schwierig zu bearbeiten sein.
319 Edelstahl hat eine bedeutende Stellung auf dem Markt und wird häufig in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Verarbeitung und der Lebensmittelproduktion aufgrund seiner robusten Leistung in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region des Ursprungs | Hinweise/Anmerkungen |
---|---|---|---|
UNS | S31900 | USA | Nächster Äquivalent zu AISI 304, aber mit höherem Siliziumgehalt. |
AISI/SAE | 319 | USA | Ähnlich wie 304, jedoch mit verbesserten Hochtemperatureigenschaften. |
ASTM | A240 | USA | Standard-Spezifikation für Chrom- und Chrom-Nickel-Edelstahlplatten, -bleche und -streifen. |
EN | 1.4301 | Europa | Entspricht AISI 304, mit geringfügigen chemischen Abweichungen. |
JIS | SUS 304 | Japan | Eng verwandt, jedoch mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften. |
Die Tabelle hebt die verschiedenen Standards und Bezeichnungen hervor, die mit 319 Edelstahl verbunden sind. Bemerkenswert ist, dass, obwohl er Ähnlichkeiten mit AISI 304 aufweist, der höhere Siliziumgehalt in 319 seine Beständigkeit gegen Oxidation bei erhöhten Temperaturen verbessert, was ihn in bestimmten Anwendungen zur bevorzugten Wahl macht.
Wesentliche Eigenschaften
Chemische Zusammensetzung
Element (Symbol und Name) | Prozentsatzbereich (%) |
---|---|
Cr (Chrom) | 18,0 - 20,0 |
Ni (Nickel) | 8,0 - 10,0 |
Si (Silizium) | 2,0 - 3,0 |
Mn (Mangan) | 1,0 - 2,0 |
C (Kohlenstoff) | 0,08 max |
Fe (Eisen) | Rest |
Die primären Legierungselemente in 319 Edelstahl spielen eine entscheidende Rolle bei der Definition seiner Eigenschaften:
- Chrom (Cr): Verbessert die Korrosionsbeständigkeit und bildet eine schützende Oxidschicht.
- Nickel (Ni): Verbessert Zähigkeit und Verformbarkeit, trägt zur Fähigkeit des Stahls bei, Deformationen standzuhalten.
- Silizium (Si): Erhöht die Oxidationsbeständigkeit und verbessert die Hochtemperaturfestigkeit.
Mechanische Eigenschaften
Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Testtemperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch) | Typischer Wert/Bereich (imperial) | Referenzstandard für die Prüfmethode |
---|---|---|---|---|---|
Zugfestigkeit | Annealed | Raumtemperatur | 520 - 750 MPa | 75 - 109 ksi | ASTM E8 |
Streckgrenze (0,2% Offset) | Annealed | Raumtemperatur | 210 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
Dehnung | Annealed | Raumtemperatur | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
Härte (Rockwell B) | Annealed | Raumtemperatur | 80 - 90 HRB | 80 - 90 HRB | ASTM E18 |
Impactfestigkeit (Charpy) | Annealed | -20°C | 40 J | 29,5 ft-lbf | ASTM E23 |
Die mechanischen Eigenschaften von 319 Edelstahl machen ihn geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Verformbarkeit erfordern. Die Zug- und Streckfestigkeiten geben an, dass er signifikante Lasten standhalten kann, während der Dehnungsanteil seine Fähigkeit zur Verformung ohne Bruch widerspiegelt. Die Impactfestigkeit ist besonders wichtig in Anwendungen, die dynamischen Lasten oder Stößen ausgesetzt sind.
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Wert (metrisch) | Wert (imperial) |
---|---|---|---|
Dichte | Raumtemperatur | 7,93 g/cm³ | 0,286 lb/in³ |
Schmelzpunkt/-bereich | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
Wärmeleitfähigkeit | Raumtemperatur | 16 W/m·K | 92 BTU·in/h·ft²·°F |
Spezifische Wärmefähigkeit | Raumtemperatur | 500 J/kg·K | 0,12 BTU/lb·°F |
Elektrische Widerstandsfähigkeit | Raumtemperatur | 0,72 µΩ·m | 0,00000072 Ω·m |
Wärmeausdehnungskoeffizient | Raumtemperatur | 16,5 x 10⁻⁶/K | 9,17 x 10⁻⁶/°F |
Wichtige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit sind signifikant für Anwendungen in Wärmeübertragern und anderen thermischen Managementsystemen. Der relativ hohe Schmelzpunkt deutet auf seine Eignung für Hochtemperaturanwendungen hin, während der Wärmeausdehnungskoeffizient für Anwendungen, die Temperaturwechsel betreffen, entscheidend ist.
Korrosionsbeständigkeit
Korrigator | Konzentration (%) | Temperatur (°C) | Widerstandsbewertung | Hinweise |
---|---|---|---|---|
Chloride | 3-10 | 20-60 | Gut | Risiko von Lochkorrosion. |
Schwefelsäure | 10-30 | 20-40 | Befriedigend | Empfindlich gegenüber Spannungsrisskorrosion. |
Essigsäure | 5-20 | 20-60 | Ausgezeichnet | Beständig gegen lokale Korrosion. |
Meerwasser | - | 20-30 | Gut | Geeignet für marine Anwendungen. |
319 Edelstahl zeigt hervorragende Beständigkeit gegen verschiedene korrosive Agenzien, was ihn für Anwendungen in der chemischen Verarbeitung, marinen Umgebungen und der Lebensmittelproduktion geeignet macht. Seine Leistung in Chloridumgebungen ist bemerkenswert, obwohl Vorsicht geboten ist aufgrund des Risikos von Lochkorrosion. Im Vergleich zu anderen Edelstählen wie 304 und 316 bietet 319 eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen, schneidet aber möglicherweise in stark sauren Umgebungen nicht so gut ab.
Hitzebeständigkeit
Eigenschaft/Grenze | Temperatur (°C) | Temperatur (°F) | Bemerkungen |
---|---|---|---|
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur | 800 | 1472 | Geeignet für längere Exposition. |
Maximale intermittierende Betriebstemperatur | 900 | 1652 | Kann kurzfristige Spitzen standhalten. |
Skalierungs-Temperatur | 1000 | 1832 | Beginnt, mechanische Eigenschaften zu verlieren. |
Kriechfestigkeitsbetrachtungen | 600 | 1112 | Kriechbeständigkeit beginnt zu sinken. |
319 Edelstahl behält seine mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen, was ihn ideal für Anwendungen in Wärmeübertragern und Ofenkomponenten macht. Vorsicht ist jedoch geboten, um längere Expositionen bei Temperaturen über 800 °C zu vermeiden, da dies zu Skalierung und Verlust der Festigkeit führen kann.
Fertigungseigenschaften
Schweißbarkeit
Schweißprozess | Empfohlene Füllmetall (AWS-Klassifizierung) | Typisches Schutzgas/Flussmittel | Hinweise |
---|---|---|---|
TIG | ER309L | Argon | Gut für dünne Abschnitte. |
MIG | ER308L | Argon + CO2 | Geeignet für dickere Abschnitte. |
SMAW | E309L | - | Erfordert Vorwärmung bei dickeren Materialien. |
319 Edelstahl wird allgemein als gut schweißbar angesehen, insbesondere mit TIG- und MIG-Prozessen. Vorwärmung kann bei dickeren Abschnitten erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden. Die Nachwärmebehandlung kann die mechanischen Eigenschaften des Schweißnähte verbessern.
Bearbeitbarkeit
Bearbeitungsparameter | 319 Edelstahl | AISI 1212 | Hinweise/Tipps |
---|---|---|---|
Relativer Bearbeitungsindex | 40 | 100 | Mittlere Bearbeitbarkeit. |
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen) | 30 m/min | 60 m/min | Karbidwerkzeuge für beste Ergebnisse verwenden. |
319 Edelstahl weist angesichts seiner Verfestigungseigenschaften mittelschwere Bearbeitungsherausforderungen auf. Die Verwendung von Karbidwerkzeugen und die Optimierung der Schnittgeschwindigkeiten können die Leistung während der Bearbeitungsoperationen verbessern.
Formbarkeit
319 Edelstahl zeigt eine gute Formbarkeit, die kalte und warme Umformprozesse ermöglicht. Es ist jedoch Vorsicht geboten, um übermäßige Verfestigung zu vermeiden, die während der Biegeoperationen zu Rissbildung führen kann. Vorgeschriebene Biegeradien sollten beachtet werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Wärmebehandlung
Behandlungsprozess | Temperaturbereich (°C/°F) | Typische Haltezeit | Kühlmethode | Primärer Zweck / Erwünschtes Ergebnis |
---|---|---|---|---|
Glühen | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 1 - 2 Stunden | Luft | Beseitigung von Spannungen, Verbesserung der Verformbarkeit. |
Auslagerungsbehandlung | 1050 - 1100 / 1922 - 2012 | 1 Stunde | Wasser | Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. |
Wärmebehandlungsprozesse wie Glühen und Auslagerungsbehandlung sind entscheidend für die Optimierung der Mikrostruktur von 319 Edelstahl. Diese Behandlungen verbessern die Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, wodurch das Material für anspruchsvolle Anwendungen geeignet ist.
Typische Anwendungen und Endnutzungen
Branche/Sektor | Beispielhafte spezifische Anwendung | Schlüsselstahl Eigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden | Grund für die Auswahl |
---|---|---|---|
Luft- und Raumfahrt | Motorenkomponenten | Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit | Leistung bei hohen Temperaturen. |
Chemische Verarbeitung | Wärmeübertrager | Oxidationsbeständigkeit, thermische Stabilität | Haltbarkeit in korrosiven Umgebungen. |
Lebensmittelproduktion | Verarbeitungsgeräte | Reaktive Oberfläche, leichte Reinigung | Einhaltung der Hygienestandards. |
Weitere Anwendungen sind:
- Marine Komponenten
- Pharmazeutische Geräte
- Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie
319 Edelstahl wird für diese Anwendungen ausgewählt, da er in rauen Umgebungen standhalten kann und gleichzeitig strukturelle Integrität und Leistung gewährleistet.
Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke
Merkmal Eigenschaft | 319 Edelstahl | AISI 304 | AISI 316 | Kurze Pro/Contra oder Trade-off-Anmerkung |
---|---|---|---|---|
Wesentliche mechanische Eigenschaft | Hohe Festigkeit | Moderat | Hoch | 319 bietet bessere Hochtemperaturleistung. |
Wesentliches Korrosionsaspekt | Gut bei Chloriden | Befriedigend | Ausgezeichnet | 316 ist überlegen in marinen Umgebungen. |
Schweißbarkeit | Gut | Ausgezeichnet | Gut | 319 erfordert mehr Sorgfalt beim Schweißen. |
Bearbeitbarkeit | Moderat | Gut | Befriedigend | 319 ist schwieriger zu bearbeiten. |
Formbarkeit | Gut | Ausgezeichnet | Gut | 319 erfordert möglicherweise mehr Aufmerksamkeit, um Rissbildung zu vermeiden. |
Ungefähre relative Kosten | Höher | Moderat | Höher | Kostenüberlegungen können die Auswahl beeinflussen. |
Typische Verfügbarkeit | Moderat | Hoch | Hoch | 304 ist häufiger erhältlich. |
Bei der Auswahl von 319 Edelstahl müssen Überlegungen wie Kosten, Verfügbarkeit und spezifische Anwendungsanforderungen bewertet werden. Seine einzigartigen Eigenschaften machen ihn für spezialisierte Anwendungen geeignet, insbesondere wenn Hochtemperaturleistung und Korrosionsbeständigkeit von entscheidender Bedeutung sind.