320 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen
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Edelstahl 320 wird als austenitischer Edelstahl klassifiziert, der hauptsächlich aus Eisen, Chrom und Nickel besteht und einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweist. Diese spezifische Legierung enthält typischerweise etwa 18% Chrom und 8% Nickel, die wesentlich zur Korrosionsbeständigkeit und den mechanischen Eigenschaften beitragen. Der niedrige Kohlenstoffgehalt verbessert die Schweißbarkeit und verringert das Risiko der Karbidabscheidung während des Schweißens, wodurch er für verschiedene Anwendungen in Branchen geeignet ist, in denen hohe Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit erforderlich sind.
Umfassender Überblick
Edelstahl 320 ist bekannt für seine hervorragende Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion, insbesondere in Hochtemperaturumgebungen. Seine austenitische Struktur bietet gute Verformbarkeit und Zähigkeit, was ihn zur bevorzugten Wahl für Anwendungen macht, die sowohl Festigkeit als auch Flexibilität erfordern. Die primären Legierungselemente, Chrom und Nickel, spielen entscheidende Rollen bei der Verbesserung der Beständigkeit des Stahls gegenüber korrosiven Umgebungen, während der niedrige Kohlenstoffgehalt das Risiko der interkristallinen Korrosion minimiert.
Vorteile:
- Korrosionsbeständigkeit: Außergewöhnliche Beständigkeit gegen eine Vielzahl von korrosiven Umgebungen, einschließlich saurer und alkalischer Bedingungen.
- Hochtemperaturstabilität: Behält Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen.
- Schweißbarkeit: Der niedrige Kohlenstoffgehalt ermöglicht ein einfaches Schweißen ohne signifikantes Risiko für Schweißzerfall.
Grenzen:
- Kosten: Im Allgemeinen teurer als Kohlenstoffstähle aufgrund der Legierungselemente.
- Verfestigung: Kann hart und spröde werden, wenn es umfangreicher Kaltbearbeitung ausgesetzt wird, was sorgfältige Handhabung während der Verarbeitung erfordern kann.
Historisch wurde Edelstahl 320 in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, insbesondere in der Lebensmittelverarbeitung, Chemie- und petrochemischen Industrie, wo seine einzigartigen Eigenschaften hoch geschätzt werden. Seine Marktposition ist stark, mit einer konstanten Nachfrage nach seiner Verwendung in Umgebungen, die andere Materialien herausfordern.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region des Ursprungs | Hinweise/Anmerkungen |
---|---|---|---|
UNS | S32000 | USA | Nächster Äquivalent zu AISI 304 mit geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden. |
AISI/SAE | 320 | USA | Ähnlich wie 316, aber mit anderen Legierungselementen. |
ASTM | A240 | USA | Standard-Spezifikation für Edelstahlplatten. |
EN | 1.4301 | Europa | Entspricht AISI 304, hat aber andere mechanische Eigenschaften. |
JIS | SUS 304 | Japan | Eng verwandt, mit ähnlicher Korrosionsbeständigkeit. |
Die subtilen Unterschiede zwischen diesen Grades können die Leistung in spezifischen Anwendungen erheblich beeinflussen. Zum Beispiel, während Edelstahl 320 und 304 viele Eigenschaften teilen, macht 320s verbesserte Beständigkeit gegenüber bestimmten korrosiven Stoffen es geeigneter für spezifische Umgebungen.
Schlüsseleigenschaften
Chemische Zusammensetzung
Element (Symbol und Name) | Prozentsatzbereich (%) |
---|---|
Fe (Eisen) | Rest |
Cr (Chrom) | 18.0 - 20.0 |
Ni (Nickel) | 8.0 - 10.0 |
C (Kohlenstoff) | ≤ 0.08 |
Mn (Mangan) | 2.0 - 2.5 |
Si (Silizium) | ≤ 1.0 |
Die primären Legierungselemente im Edelstahl 320 umfassen Chrom, das die Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsstabilität verbessert, sowie Nickel, das zur Zähigkeit und Verformbarkeit beiträgt. Der niedrige Kohlenstoffgehalt ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Schweißbarkeit des Stahls und verhindert die Karbidabscheidung, die zu interkristalliner Korrosion führen kann.
Mechanische Eigenschaften
Zustand/Temperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten) | Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten) | Referenzstandard für Prüfmethoden | |
---|---|---|---|---|
Zugfestigkeit | Angeglüht | 520 - 720 MPa | 75 - 104 ksi | ASTM E8 |
Streckgrenze (0.2% Offset) | Angeglüht | 205 - 310 MPa | 30 - 45 ksi | ASTM E8 |
Dehnung | Angeglüht | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
Härte | Angeglüht | 160 - 190 HB | 90 - 100 HB | ASTM E10 |
Schlagfestigkeit | -40°C | 40 J | 30 ft-lbf | ASTM E23 |
Die mechanischen Eigenschaften von Edelstahl 320 machen ihn geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Verformbarkeit erfordern. Seine Zugfestigkeit und Streckgrenze weisen auf die Fähigkeit hin, signifikante Lasten zu tragen, während sein Dehnungsprozentsatz seine Fähigkeit zur Verformung ohne Bruch widerspiegelt, was ihn ideal für strukturelle Anwendungen macht.
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Wert (metrisch - SI-Einheiten) | Wert (imperiale Einheiten) |
---|---|---|---|
Dichte | - | 7.93 g/cm³ | 0.286 lb/in³ |
Schmelzpunkt/-bereich | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
Wärmeleitfähigkeit | 20°C | 16 W/m·K | 92 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
Spezifische Wärmekapazität | 20°C | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
Elektrische Widerstandsfähigkeit | 20°C | 0.73 µΩ·m | 0.0000013 Ω·in |
Die Dichte von Edelstahl 320 zeigt seine erhebliche Masse an, die zu seiner Festigkeit beiträgt. Seine Wärmeleitfähigkeit ist moderat, was ihn für Anwendungen geeignet macht, bei denen Wärmetransfer erforderlich, aber nicht übermäßig ist. Die spezifische Wärmekapazität ist relativ hoch, wodurch er Wärme aufnehmen und behalten kann, was in Hochtemperatureinsätzen von Vorteil ist.
Korrosionsbeständigkeit
Korrsiver Stoff | Konzentration (%) | Temperatur (°C/°F) | Beständigkeitsbewertung | Hinweise |
---|---|---|---|---|
Chloride | 3-10 | 20-60 / 68-140 | Gut | Risiko von Lochfraß. |
Schwefelsäure | 10-30 | 20-50 / 68-122 | Fair | Empfindlich gegenüber spannungsrisskorrosion. |
Essigsäure | 5-20 | 20-60 / 68-140 | Gut | Im Allgemeinen beständig. |
Alkalische Lösungen | 5-30 | 20-60 / 68-140 | Ausgezeichnet | Sehr beständig. |
Edelstahl 320 zeigt ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von korrosiven Umgebungen, insbesondere in alkalischen Lösungen und organischen Säuren. Er ist jedoch anfällig für Lochfraß in Chlorid-Umgebungen und spannungsrisskorrosion in Schwefelsäure. Im Vergleich zu Edelstahl 316, der Molybdän hinzugefügt hat, um die Lochfraßbeständigkeit zu erhöhen, könnte 320 in chloridreichen Umgebungen nicht so gut abschneiden, bietet jedoch eine bessere Beständigkeit in alkalischen Bedingungen.
Hitzebeständigkeit
Temperatur (°C) | Temperatur (°F) | Bemerkungen | |
---|---|---|---|
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur | 800 | 1472 | Geeignet für Hochtemperaturanwendungen. |
Maximale intermittierende Betriebstemperatur | 900 | 1652 | Kann kurzfristigen exponierten höheren Temperaturen standhalten. |
Skalierungstemperatur | 1000 | 1832 | Beginnt über dieser Temperatur signifikant zu oxidieren. |
Bei erhöhten Temperaturen behält Edelstahl 320 seine Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit, was ihn für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen geeignet macht. Langfristige Exposition gegenüber Temperaturen über 800 °C (1472 °F) kann jedoch zu Oxidation und Skalierung führen, was die strukturelle Integrität beeinträchtigen kann.
Bearbeitungseigenschaften
Schweißbarkeit
Schweißverfahren | Empfohlener Zusatzwerkstoff (AWS-Klassifikation) | Typisches Schutzgas/Flussmittel | Hinweise |
---|---|---|---|
TIG | ER308L | Argon | Ausgezeichnet für dünne Abschnitte. |
MIG | ER308L | Argon + CO2 | Gut für dickere Abschnitte. |
Stabelektrode | E308L | - | Geeignet für Außenanwendungen. |
Edelstahl 320 ist aufgrund seines niedrigen Kohlenstoffgehalts sehr gut schweißbar, was das Risiko der Karbidabscheidung während des Schweißens minimiert. Eine Vorwärmebehandlung ist in der Regel nicht erforderlich, aber eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann vorteilhaft sein, um Spannungen abzubauen und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Zerspanbarkeit
Zerspanungsparameter | Edelstahl 320 | AISI 1212 | Hinweise/Tipps |
---|---|---|---|
Relativer Zerspanungsindex | 40 | 100 | Schwieriger zu zerspanen. |
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen) | 25 m/min | 50 m/min | Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für die besten Ergebnisse. |
Das Zerspanen von Edelstahl 320 kann im Vergleich zu Kohlenstoffstählen schwieriger sein, da es zu Verfestigungstendenzen neigt. Es wird empfohlen, Hochgeschwindigkeitsstahl- oder Hartmetallwerkzeuge zu verwenden und angemessene Schnittgeschwindigkeiten und Kühlmittelanwendungen aufrechtzuerhalten, um Überhitzung zu verhindern.
Formbarkeit
Edelstahl 320 zeigt eine gute Formbarkeit, die kalte und warme Formgebungsprozesse ermöglicht. Es ist jedoch wichtig, den Verfestigungseffekt während der Kaltformung zu berücksichtigen, was zusätzlichen Kraftaufwand erfordern kann und zu einer verringerten Verformbarkeit führen kann. Der minimale Biegeradius sollte sorgfältig berechnet werden, um Rissbildung zu vermeiden.
Wärmebehandlung
Behandlungsprozess | Temperaturbereich (°C/°F) | Typische Haltezeit | Kühlmethode | Primäres Ziel / Erwartetes Ergebnis |
---|---|---|---|---|
Glühen | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 1 - 2 Stunden | Luft | Spannungen abbauen und Verformbarkeit verbessern. |
Gleichgewichtsbehandlung | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 Minuten | Wasser | Karbid lösen und Korrosionsbeständigkeit verbessern. |
Wärmebehandlungsprozesse wie Glühen und Gleichgewichtsbehandlung sind entscheidend für die Optimierung der Mikrostruktur von Edelstahl 320. Diese Behandlungen verbessern die Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, indem sie Karbide lösen und interne Spannungen abbauen.
Typische Anwendungen und Endverwendungen
Branche/Sektor | Beispiel für spezifische Anwendung | Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden | Grund für die Auswahl (kurz) |
---|---|---|---|
Lebensmittelverarbeitung | Geräte und Leitungen | Korrosionsbeständigkeit, einfache Reinigung | Hygiene und Haltbarkeit |
Chemische Verarbeitung | Reaktoren und Lagertanks | Hochtemperaturstabilität, Korrosionsbeständigkeit | Sicherheit und Langlebigkeit |
Öl und Gas | Pipeline-Komponenten | Festigkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit | Zuverlässigkeit in harsh Umgebungen |
Weitere Anwendungen umfassen:
- Pharmazeutische Geräte
- Maritime Umgebungen
- Architektonische Strukturen
Die Auswahl von Edelstahl 320 für diese Anwendungen erfolgt hauptsächlich aufgrund seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften, die Sicherheit und Langlebigkeit in anspruchsvollen Umgebungen gewährleisten.
Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke
Merkmal/Eigenschaft | Edelstahl 320 | Edelstahl AISI 316 | Edelstahl AISI 304 | Kurznotiz Pro/Con oder Abwägung |
---|---|---|---|---|
Wesentliche mechanische Eigenschaft | Hohe Zugfestigkeit | Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit | Gute Verformbarkeit | 320 bietet eine Balance zwischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. |
Wesentliche Korrosionsaspekte | Gut in alkalischen Lösungen | Am besten in Chloridumgebungen | Mittlere Beständigkeit | 316 ist in Chloridumgebungen überlegen. |
Schweißbarkeit | Ausgezeichnet | Gut | Gut | Alle Grade sind schweißbar, aber 320 hat einen Vorteil aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehalts. |
Zerspanbarkeit | Moderat | Gut | Ausgezeichnet | 320 ist schwieriger zu zerspanen als 304 und 316. |
Ungefähre relative Kosten | Moderat | Höher | Geringer | 320 ist im Allgemeinen kosteneffektiver als 316. |
Typische Verfügbarkeit | Moderat | Hoch | Hoch | 304 ist der am häufigsten verfügbare Edelstahl. |
Bei der Auswahl von Edelstahl 320 sind Überlegungen die Kosten, Verfügbarkeit und spezifische Leistungsanforderungen in korrosiven Umgebungen. Seine einzigartigen Eigenschaften machen ihn für Nischenanwendungen geeignet, in denen andere Grades möglicherweise nicht so gut abschneiden. Darüber hinaus müssen Sicherheitsüberlegungen in Hochstressumgebungen berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das ausgewählte Material alle regulatorischen und Leistungsstandards erfüllt.