UGI® 4313 +QT900: Hochfester martensitischer Edelstahl für anspruchsvolle Anwendungen

Überblick

UGI® 4313 ist ein niedrig-kohlenstoffhaltiger, nickel-legierter martensitischer Edelstahl, der hohe mechanische Eigenschaften, gute Kerbschlagzähigkeit und eine Korrosionsbeständigkeit vereint, die der konventioneller martensitischer Edelstähle mit hohem Kohlenstoffgehalt überlegen ist. Der Werkstoff ist im Temperaturbereich von -60 °C bis +300 °C einsetzbar.

Im wärmebehandelten Zustand (Vergüten: Härten + Anlassen) besteht das Gefüge von UGI® 4313 aus angelassenem Martensit. Es können Spuren von Ferrit und Restenaustenit vorhanden sein. Je nach gewählter Anlasstemperatur kann UGI® 4313 bis zu ca. 15 % Restenaustenit enthalten.

UGI® 4313 ist ferromagnetisch (zieht Magnete an), unabhängig von seinem metallurgischen Zustand. Seine magnetischen Eigenschaften (Permeabilität, Koerzitivfeldstärke, Remanenz und Sättigungspolarisation) hängen jedoch von den Wärmebehandlungsbedingungen ab. Der Stahl eignet sich hervorragend für Anwendungen, bei denen ein Kompromiss aus mechanischer Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Magnetismus gefordert ist – beispielsweise für Kraftstoffeinspritzdüsen in der Automobilindustrie.

Eigenschaften

Allgemein

Eigenschaft	Wert
Dichte	7,7 g/cm³

Mechanisch (Zustand +QT900)

Eigenschaft	Temperatur	Wert	Bemerkung
Kerbschlagzähigkeit (Charpy-V)	-60 °C	40 J	–
Kerbschlagzähigkeit (Charpy-V)	20 °C	50 J	–
Elastizitätsmodul	20 °C	200 GPa	–
Elastizitätsmodul	100 °C	195 GPa	–
Elastizitätsmodul	200 °C	185 GPa	–
Elastizitätsmodul	300 °C	170 GPa	–
Elastizitätsmodul	300 °C	175 GPa	–
Bruchdehnung	–	≥ 12 %	Durchmesser ≤ 160 mm
Zugfestigkeit	–	900 – 1100 MPa	Durchmesser ≤ 160 mm

Thermisch

Eigenschaft	Wert	Bemerkung
Wärmeausdehnungskoeffizient	10,5 × 10⁻⁶ 1/K	20 – 100 °C
Wärmeausdehnungskoeffizient	10,9 × 10⁻⁶ 1/K	20 – 200 °C
Wärmeausdehnungskoeffizient	11,3 × 10⁻⁶ 1/K	20 – 300 °C
Wärmeausdehnungskoeffizient	11,6 × 10⁻⁶ 1/K	20 – 400 °C
Spezifische Wärmekapazität	430 J/(kg·K)	–

Elektrisch

Eigenschaft	Wert
Elektrischer Widerstand	6,0 × 10⁻⁷ Ω·m

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Element	Gehalt	Bemerkung
Kohlenstoff (C)	0,05	max.
Chrom (Cr)	12,0 – 14,0 %	–
Mangan (Mn)	1,5	max.
Molybdän (Mo)	0,30 – 0,70 %	–
Nickel (Ni)	3,5 – 4,5 %	–
Stickstoff (N)	0,02 %	max.
Phosphor (P)	0,04	max.
Silizium (Si)	0,70	max.
Schwefel (S)	0,015	max.

Technologische Eigenschaften

Anwendungsbereiche

• Kupplungen, Pumpen, Ventile und Verdichter für chemische und petrochemische Industrie
• Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Motorenanwendungen (insbesondere Einspritzsysteme)
• Bauteile für Kraftwerksturbinen
• Medizinische Instrumentierung
• Bauwesen, Konstruktionen
• Militärische und Verteidigungsanwendungen

Kaltumformung

Drahtziehen – Profilieren: UGI® 4313 eignet sich für die Kaltumformung mit konventionellen Methoden.

Korrosionseigenschaften

Lochfraßkorrosion: Die Beständigkeit gegen lokalisierte Lochfraßkorrosion hängt stark von der Legierungszusammensetzung ab. Der PREN-Wert (Pitting Resistance Equivalent Number = %Cr + 3,3×%Mo + 16×%N) gibt einen Anhaltspunkt. Mit einem durchschnittlichen PREN von 15 weist UGI® 4313 eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf als die AISI-420-Serie (1.4034; PREN ~13,5), bleibt aber hinter der AISI-431-Serie (1.4057; PREN ~17) zurück.

Die Lochfraßbeständigkeit ist in mäßig aggressiven Umgebungen (< 100 ppm Chloridionen) zufriedenstellend. Sie lässt sich durch einen glatten Oberflächenzustand (z. B. elektropoliert) weiter verbessern.

Zerspanbarkeit

UGI® 4313 kann sowohl im geglühten Zustand (A) als auch im vergüteten Zustand (QT) zerspant werden. Der geglühte Zustand neigt aufgrund niedriger Festigkeit zum Aufbauschneiden, was Werkzeugverschleiß und Oberflächenqualität beeinträchtigen kann. Vergütete Zustände verursachen umso schnelleren Werkzeugverschleiß, je höher ihre mechanischen Eigenschaften sind. Unter den vier verfügbaren QT-Zuständen bietet QT700 die beste Zerspanbarkeit.

Die Zerspanbarkeit ist vergleichbar mit der des nickelhaltigen martensitischen Werkstoffs UGI® 4418.

Wärmebehandlung

Weichglühen: 600 – 650 °C, Abkühlung an der Luft oder im Ofen, nach martensitischer Umwandlung durchzuführen.

Härten: Austenitisieren bei 900 – 1150 °C, anschliessend Abkühlung an der Luft oder in Öl.

Anlassen: Die Anlasstemperatur richtet sich nach den geforderten mechanischen Eigenschaften. Empfehlungen gemäss EN 10088-3:

• +QT700: Doppeltes Anlassen bei 650 – 700 °C und 600 – 620 °C
• +QT780: Einfaches Anlassen bei 550 – 620 °C
• +QT900: Einfaches Anlassen bei 520 – 580 °C

Warmumformung

Erhitzen auf 1150 – 1200 °C. Schmieden vorzugsweise im Bereich 1200 – 900 °C mit anschliessender Luftkühlung. Das Schmiedeverhalten ähnelt dem eines austenitischen 1.4301-Typs. Nach der Warmumformung wird eine vollständige Wärmebehandlung (Austenitisieren, Härten, Anlassen) empfohlen.

Lieferprogramm

Produkt	Form	Oberfläche	Toleranz	Abmessungen (mm)
Entzunderte Walzstäbe	Rund	–	12 – 13	22 – 115
Kaltgezogene, gedrehte und geschliffene Stäbe	Rund	–	6 – 11	2 – 115
Draht (Wire Rod)	Rund	Beizt	–	5 – 32

Weitere Optionen auf Anfrage beim Lieferanten.

Schweissen

UGI® 4313 ist mit Lichtbogenverfahren (GMAW, GTAW, SMAW) und den meisten anderen Verfahren (Punktschweissen, Nahtschweissen, Laser) schweissbar. Dank des niedrigen Kohlenstoffgehalts und des Nickelanteils ist es leichter zu schweissen als die meisten martensitischen Edelstähle.

Der kohlenstoffarme Martensit in Kombination mit fein verteiltem Restenaustenit verleiht den Wärmeeinflusszonen (WEZ) im unnachbehandelten Zustand gute Kerbschlagzähigkeit. UGI® 4313 ist daher relativ unempfindlich gegen Kaltcrispen; Vorwärmen ist normalerweise nicht erforderlich – ausser bei sehr dicken Bauteilen oder geometrisch bedingten hohen Eigenspannungen (dann 100 – 200 °C Vorwärmtemperatur).

Zusatzwerkstoff:

• Keine hohen mechanischen Eigenschaften der Schweissnaht gefordert: Austenitischer Zusatz (z. B. UGIWELD™ 316LM). Keine Nachbehandlung nötig.
• Schweissnaht soll gleiche mechanische Eigenschaften wie Grundwerkstoff haben: Gleichartiger Zusatz. Nachschweiss-Anlassen bei 540 – 580 °C empfohlen. Beim MIG-Schweissen Schutzgas Ar + 1–2 % CO₂ verwenden, um Sauerstoffgehalt in der Schmelze niedrig zu halten und gute Zähigkeit zu sichern.