403 Edelstahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

Edelstahl 403 wird als martensitischer Edelstahl klassifiziert, der hauptsächlich für seine hohe Festigkeit und mäßige Korrosionsbeständigkeit bekannt ist. Die Hauptlegierungselemente in Edelstahl 403 umfassen Chrom (12-14 %), Nickel (bis zu 1 %) und Kohlenstoff (0,15-0,40 %). Das Vorhandensein von Chrom bietet Korrosionsbeständigkeit, während Kohlenstoff zur Härte und Festigkeit beiträgt. Diese Stahlgüte wird häufig in Anwendungen verwendet, die hohe Festigkeit und mäßige Korrosionsbeständigkeit erfordern, was sie für verschiedene Ingenieuranwendungen geeignet macht.

Umfassender Überblick

Edelstahl 403 weist mehrere signifikante Eigenschaften auf, die seinen Nutzen in Ingenieuranwendungen bestimmen. Er besitzt gute mechanische Eigenschaften, einschließlich hoher Zugfestigkeit und Härte, die ihn für Anwendungen geeignet machen, die Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit erfordern. Darüber hinaus ermöglicht seine mäßige Korrosionsbeständigkeit, dass er in Umgebungen verwendet werden kann, die ihn Feuchtigkeit und einigen korrosiven Stoffen aussetzen können.

Vorteile:
- Hohe Festigkeit: Edelstahl 403 kann erheblichen mechanischen Belastungen standhalten, was ihn ideal für strukturelle Anwendungen macht.
- Mäßige Korrosionsbeständigkeit: Obwohl er nicht so beständig ist wie austenitische Grade, schneidet er in leicht korrosiven Umgebungen gut ab.
- Gute Verarbeitungseigenschaften: Dieser Stahl kann leicht bearbeitet und geschweißt werden, was seine Verwendung in verschiedenen Fertigungsprozessen erleichtert.

Beschränkungen:
- Niedrigere Korrosionsbeständigkeit: Im Vergleich zu austenitischen Edelstählen hat 403 eine reduzierte Widerstandsfähigkeit gegenüber Loch- und Spaltkorrosion.
- Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion (SCC): In bestimmten Umgebungen kann es zu SCC kommen, die die strukturelle Integrität beeinträchtigen kann.

Historisch gesehen wurde Edelstahl 403 in Anwendungen wie Turbinenblättern, Ventilkomponenten und anderen hochbelasteten Umgebungen eingesetzt. Seine Marktposition ist stabil, mit einer konstanten Nachfrage in Branchen, die Stärke und mäßige Korrosionsbeständigkeit priorisieren.

Alternative Namen, Standards und Entsprechungen

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Anmerkungen
UNS	S40300	USA	Nähester Äquivalent zu AISI 403
AISI/SAE	403	USA	Allgemein verwendete Bezeichnung
ASTM	A276	USA	Standard-Spezifikation für Edelstahlstangen
EN	1.4006	Europa	Kleine zusammensetzungstechnische Unterschiede
JIS	SUS403	Japan	Ähnliche Eigenschaften, verwendet in japanischen Anwendungen

Die Unterschiede zwischen diesen äquivalenten Graden können die Auswahl basierend auf spezifischen Leistungsanforderungen beeinflussen. Beispielsweise können zwar UNS S40300 und AISI 403 eng verwandt sein, aber leichte Variationen im Kohlenstoffgehalt können die Härte und Bearbeitbarkeit beeinflussen.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
Cr (Chrom)	12,0 - 14,0
Ni (Nickel)	0,5 - 1,0
C (Kohlenstoff)	0,15 - 0,40
Mn (Mangan)	max. 1,0
Si (Silizium)	max. 1,0
P (Phosphor)	max. 0,04
S (Schwefel)	max. 0,03

Die Hauptfunktion von Chrom in Edelstahl 403 besteht darin, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, während Kohlenstoff zur Härte und Festigkeit des Materials beiträgt. Mangan und Silizium werden hinzugefügt, um die Zähigkeit und Duktilität des Stahls zu verbessern.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten)	Referenzstandard für Testmethode
Zugfestigkeit	Geglüht	Raumtemperatur	520 - 700 MPa	75 - 102 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2 % Offset)	Geglüht	Raumtemperatur	280 - 450 MPa	41 - 65 ksi	ASTM E8
Elongation	Geglüht	Raumtemperatur	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Härte (Rockwell C)	Geglüht	Raumtemperatur	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Schlagfestigkeit	Geglüht	-20 °C	40 J	29,5 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit macht Edelstahl 403 geeignet für Anwendungen, die erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Seine Elongation und Schlagfestigkeit weisen auf eine gute Duktilität hin, die entscheidend ist, um spröde Brüche unter Belastung zu verhindern.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch - SI-Einheiten)	Wert (imperiale Einheiten)
Dichte	Raumtemperatur	7,75 g/cm³	0,28 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	25 W/m·K	17,3 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Besondere Wärmekapazität	Raumtemperatur	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	Raumtemperatur	0,73 µΩ·m	0,00043 Ω·in

Die Dichte von Edelstahl 403 trägt zu seinem Gewicht und seiner Festigkeit bei, während sein Schmelzpunkt auf eine gute thermische Stabilität hinweist. Die Wärmeleitfähigkeit und die besondere Wärmekapazität sind wichtig für Anwendungen, die Wärmeübertragung betreffen.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosionsmittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Chloride	3-5%	25 °C/77 °F	Ausreichend	Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure	10%	20 °C/68 °F	Schlecht	Nicht empfohlen
Essigsäure	5%	25 °C/77 °F	Gut	Mäßige Beständigkeit
Meerwasser	-	25 °C/77 °F	Ausreichend	Empfindlich gegenüber Spaltkorrosion

Edelstahl 403 zeigt eine mäßige Beständigkeit gegenüber verschiedenen korrosiven Umgebungen. Er schneidet in leicht sauren Bedingungen, wie Essigsäure, angemessen ab, ist jedoch anfällig für Lochkorrosion in chloridreichen Umgebungen. Im Vergleich zu austenitischen Graden wie 304 oder 316 hat Edelstahl 403 eine geringere Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in aggressiven Umgebungen.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	600 °C	1112 °F	Geeignet für Hochtemperaturanwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	650 °C	1202 °F	Kann kurzfristige Exposition standhalten
Skalierungstemperatur	700 °C	1292 °F	Risiko von Oxidation über dieser Temperatur

Bei erhöhten Temperaturen behält Edelstahl 403 seine Festigkeit bei, kann jedoch eine Oxidation erfahren. Seine Leistung bei Hochtemperaturanwendungen ist im Allgemeinen gut, jedoch muss darauf geachtet werden, eine längere Exposition gegenüber Temperaturen über der Skalierungsgrenze zu vermeiden.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlener Fülldraht (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Füllstoff	Bemerkungen
TIG	ER403	Argon	Vorerwärmung empfohlen
MIG	ER308	Argon + CO2	Nachschweiß-Wärmebehandlung kann erforderlich sein

Edelstahl 403 ist im Allgemeinen schweißbar, jedoch wird Vorerwärmung empfohlen, um das Risiko von Rissen zu reduzieren. Eine Nachschweiß-Wärmebehandlung kann die mechanischen Eigenschaften des Schweißguts verbessern.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	[Edelstahl 403]	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	60%	100%	Benötigt scharfe Werkzeuge
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	50 m/min	Anpassen für Werkzeugverschleiß

Edelstahl 403 hat eine mäßige Bearbeitbarkeit. Er benötigt scharfe Werkzeuge und angemessene Schnittgeschwindigkeiten, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Formbarkeit

Edelstahl 403 kann kalt und heiß geformt werden, zeigt jedoch eine Arbeitshärtung. Der minimale Biegeradius sollte während der Formgebung berücksichtigt werden, um Risse zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptziel / Erwünschtes Ergebnis
Glühen	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 Stunden	Luft oder Wasser	Weichmachen, verbesserte Duktilität
Härte	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 Minuten	Öl oder Luft	Erhöhte Härte

Während der Wärmebehandlung durchläuft Edelstahl 403 metallurgische Transformationen, die seine mechanischen Eigenschaften verbessern. Das Glühen macht das Material weich, während die Härte die Festigkeit und Härte erhöht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Luft- und Raumfahrt	Turbinenkomponenten	Hohe Festigkeit, mäßige Korrosionsbeständigkeit	Haltbarkeit unter Belastung
Automobilindustrie	Auspuffventile	Temperaturbeständigkeit, Festigkeit	Leistung unter harshen Bedingungen
Öl- und Gasindustrie	Pumpenwellen	Verschleißfestigkeit, Festigkeit	Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Umgebungen

Weitere Anwendungen sind:
- Ventilkomponenten
- Marinehardware
- Lebensmittelverarbeitungsanlagen

Edelstahl 403 wird für diese Anwendungen aufgrund seiner Kombination aus Stärke, mäßiger Korrosionsbeständigkeit und guter Verarbeitbarkeit gewählt, was ihn für anspruchsvolle Umgebungen geeignet macht.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	Edelstahl 403	AISI 304 Edelstahl	AISI 316 Edelstahl	Kurze Pro-/Kontra- oder Trade-off-Hinweis
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Gute Duktilität	Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit	403 ist stärker, aber weniger duktil
Wesentlicher Korrosionsaspekt	Mäßige Beständigkeit	Ausgezeichnete Beständigkeit	Überlegene Beständigkeit	403 ist weniger geeignet für harsche Umgebungen
Schweißbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Gut	403 erfordert Vorerwärmung
Bearbeitbarkeit	Mäßig	Gut	Mäßig	403 ist weniger bearbeitbar als 304
Formbarkeit	Ausreichend	Gut	Ausreichend	403 hat eingeschränkte Formbarkeit
Ungefährer relativer Kosten	Mäßig	Höher	Höher	403 ist kosteneffektiv für Stärke
Typische Verfügbarkeit	Gemein	Sehr verbreitet	Gemein	403 ist leicht erhältlich

Bei der Auswahl von Edelstahl 403 sind Überlegungen wie Kostenwirksamkeit, Verfügbarkeit und Eignung für spezifische Anwendungen wichtig. Während er hohe Festigkeit bietet, ist seine Korrosionsbeständigkeit nicht so robust wie die von austenitischen Graden. Daher ist es entscheidend, die Betriebsumgebung und mechanischen Anforderungen vor der Auswahl zu bewerten.