Fragen Sie einen Ingenieur:Austenitischer Edelstahl

Vielseitiger und zäher austenitischer Edelstahl – selbst bei kryogenen oder erhöhten Temperaturen

Edelstahl wird wegen seiner Rostbeständigkeit als „rostfrei“ bezeichnet. Stahl enthält Eisen und Kohlenstoff in bestimmten Prozentsätzen:Durch die Zugabe des Elements Chrom wird es von Stahl zu rostfreiem Stahl. Ausgehend von diesen drei Grundelementen haben Metallurgen eine riesige Auswahl an rostfreien Stählen geschaffen. Arten von Metallen in der Legierung, Legierungsanweisungen, Wärmebehandlungen und Nachbearbeitungsarbeiten gehen in die Beschreibung jeder Sorte ein. Diese Spezifikationen werden in vier Hauptuntertypen eingeteilt:austenitisch, eisenhaltig, martensitisch und Duplex. Alle sind nützlich, aber austenitische Stähle zeichnen sich durch ihre überlegene Nützlichkeit aus. 70 % der Edelstahlartikel sind aus austenitischem Edelstahl.

Chrom macht Edelstahl korrosionsbeständig, indem es schnell oxidiert. Dies bildet eine Versiegelung oder „Passivschicht“, die das Metall auf Eisenbasis vor Rost schützt. Austenitischer Edelstahl hat ein zusätzliches Legierungselement, Nickel, das ihm Festigkeits- und Duktilitätseigenschaften verleiht.

Eigenschaften von austenitischem Edelstahl

Austenitischer Edelstahl hat viele nützliche Eigenschaften:

• Sehr korrosionsbeständig
• Langlebig
• Formbar
• Schweißbar
• Wird bei kryogenen Temperaturen nicht spröde
• Größerer Warmfestigkeitsbereich als andere rostfreie Typen
• Größere Wärmeausdehnung als martensitische und ferritische Edelstähle
• Geringere Wärmeleitfähigkeit als martensitische Sorten
• Normalerweise nicht magnetisch; leicht magnetisch bei Kaltumformung

Diese Eigenschaften machen austenitischen Edelstahl vielseitig und ideal für viele Anwendungen, darunter Küchen und Lebensmittelverarbeitungsgeräte, Labors und Krankenhäuser, Außenmobiliar und -verkleidungen, Öfen und Hochöfen, Wärmetauscher und mehr. Die kommerziell gebräuchlichen 300er-Serien, einschließlich der gebräuchlichen Güten 304 und 316, sind austenitische Stähle.

Austenitischer Stahl hat diese nützlichen Eigenschaften aufgrund seiner Molekularstruktur. Es ist jedoch teuer, die Austenitmoleküle innerhalb des Stahls zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Diese Stähle werden daher nur dort eingesetzt, wo ihre verbesserten Eigenschaften erforderlich sind.

Austenitische Mikrostruktur

Wenn Metalle aus dem geschmolzenen Zustand gefrieren, kristallisieren sie und bilden Körner, die in einem Gitter aneinander haften. Diese Kristallstruktur bestimmt viele der mechanischen Eigenschaften des Metalls.

Es gibt viele Faktoren, die diese Mikrostruktur beeinflussen:die Materialien innerhalb des Gitters, wie heiß das Metall wird und wie schnell es abkühlt und ob das Metall anschließend wärmebehandelt wird. Austenitische Legierungen haben eine sogenannte „flächenzentrierte kubische Mikrostruktur“. Dieses Gitter besteht aus dicht gepackten Zellen. Flächenzentrierte Austenitmoleküle treten nur in Weichstählen auf, wenn sich Eisen in geschmolzenem Zustand befindet. Wenn Metallurgen der Legierung Nickel hinzufügen, kann diese Struktur auch dann erhalten bleiben, wenn das Metall kühl ist.

Flächenzentrierte kubische Strukturen haben Atome an jeder Ecke der Zelle, plus Atome in der Mitte jeder Fläche des Würfels. Es sind die Atome auf der Oberfläche jedes Würfels, die dem austenitischen Stahl seine Eigenschaften verleihen. Die Dichte der Atome pro Zelle verleiht ihm Stärke. Viele andere Formen von Stahl und Edelstahl haben lockerer gepackte Strukturen ohne das Atom in der Mitte jeder Fläche.

Austenitischer Edelstahl ist nicht magnetisch, da jedes Atom in der Zelle ein Paar mit entgegengesetzter Ladung finden kann.

Austenitischer Edelstahl:geeignet für Kryotechnik

Flächenzentrierte kubische Strukturen sind bei extremen Temperaturen aufgrund der zusätzlichen Stärke der zusätzlichen Atome pro Zelle widerstandsfähiger.

Austenitische Edelstähle sind die einzigen Edelstähle, die bei kryogenen Anwendungen nicht spröde werden und leicht brechen. Selbst unter -292 °F behält dieses Material seine Zähigkeit und Dehnung. Beim Auftreffen können die Moleküle aneinander vorbeigleiten, ohne zu zerbrechen.

Im Vergleich dazu weisen kubisch-raumzentrierte Strukturen meist eine „Übergangs“temperatur auf, unterhalb derer das Material bei mechanischer Beanspruchung zerbricht. Dies wird als Kälteversprödung bezeichnet.

Hitzetoleranz oder Heißfestigkeit

Wenn Metalle erhitzt werden, erweichen sie, bis sie ihren Schmelzpunkt erreichen. Diejenigen, die weniger schnell erweichen, haben eine größere Warmfestigkeit. Austenitischer Edelstahl beginnt zwischen 900 und 1000 ° F an Festigkeit zu verlieren, aber nicht so schnell wie andere rostfreie Arten. Dauerbetriebstemperaturen bei zwei Arten, den martensitischen und ferritischen Edelstählen, liegen zwischen 1300 und 1500 °F. Die maximale Dauerbetriebstemperatur für austenitischen Edelstahl 310 beträgt 2100 °F.

Die Komplexität von Metallen

Metalle erhalten ihre einzigartigen Materialeigenschaften durch ihre atomare Kristallgitterbildung. Diese Körner werden von vielen verschiedenen Aspekten der Metallherstellung beeinflusst.

Stahl entsteht, wenn Eisen mit Kohlenstoff legiert wird, wodurch eine starke, duktile, aber rostanfällige Legierung entsteht. Chrom wird hinzugefügt, um eine passive Oxidschicht zu schaffen und Rost zu verhindern. Bei einer Wärmebehandlung zwischen 1.674 und 2.541 °F dringt Kohlenstoff durch das Gitter und der Edelstahl hat jetzt eine größere Duktilität und Festigkeit. Die einzige Möglichkeit, diese Struktur bei Raumtemperatur aufrechtzuerhalten, besteht darin, Nickel und/oder Mangan in der Legierung zu haben. Diese Zusätze stellen ein chemisches Gerüst für die flächenzentrierten kubischen Zellen bereit. Mit all diesen Elementen entsteht austenitischer Edelstahl:nicht magnetisch, hitze- und kältebeständig, duktil und schweißbar.

Belastbare austenitische Edelstähle funktionieren in vielen industriellen Umgebungen. Ihre mechanischen Eigenschaften machen sie bei weitem zur beliebtesten Wahl bei rostfreien Güten. Nickel- und Manganzusätze verteuern jedoch austenitische Stähle:Neue Duplex-Stähle, die Austenit und Ferrit verschränken, weisen tendenziell einige Eigenschaften von beiden auf. Sie sind eine kostengünstigere Möglichkeit, einige Vorteile von austenitischem Stahl in nicht extremen Umgebungen zu nutzen. Für kryogene und wärmeintensive Anwendungen wie Boiler, Wärmetauscher und Dampfleitungen wird austenitischer Edelstahl jedoch die beliebteste Wahl bleiben.