Eigenschaften bei hohen Temperaturen Edelstahl
Rostfreier Stahl hat eine gute Festigkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit und Oxidation bei erhöhten Temperaturen. Edelstahl wird bei Temperaturen von bis zu 1700° F für 304 und 316 und bis zu 2000 F für die Hochtemperatur-Edelstahlsorten verwendet. 309(S) und bis zu 2100° F für 310(S). Nichtrostender Stahl wird in großem Umfang verwendet in Wärmetauscher, Überhitzer, Kessel, Speisewassererhitzer, Ventile und Hauptdampfleitungen sowie Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.
Abbildung 1 gibt einen Überblick über die Vorteile der Warmfestigkeit von nichtrostendem Stahl im Vergleich zu unlegiertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Tabelle 1 zeigt die Kurzzeit Zugfestigkeit und Streckgrenze gegenüber der Temperatur. Tabelle 2 zeigt die allgemein akzeptierten Temperaturen sowohl für den intermittierenden als auch für den Dauerbetrieb.
Mit der Zeit und der Temperatur ist bei jedem Metall eine Veränderung der metallurgischen Struktur zu erwarten. Bei nichtrostendem Stahl können die Veränderungen Erweichung, Karbid Niederschlagoder Versprödung. Erweichung oder Festigkeitsverlust tritt bei der 300er-Serie (304, 316 usw.) von rostfreiem Stahl bei ca. 1000° F und bei ca. 900° F bei der härtbaren 400er-Serie (410<, 420, 440) und 800° F für die nicht härtbare Serie 400 (409, 430) Reihe (siehe Tabelle 1).
Karbidausscheidung kann bei der Serie 300 im Temperaturbereich von 800 - 1600° F auftreten. Dies kann durch die Wahl einer Sorte verhindert werden, die Karbidausscheidungen verhindert, d.h., 347 (Cb hinzugefügt) oder 321 (Titan hinzugefügt). Falls Karbidausscheidungen auftreten, können sie durch Erhitzen auf über 1900° und schnelles Abkühlen entfernt werden.
Die härtbare Serie 400 mit mehr als 12% Chrom sowie die nicht härtbare Serie 400 und die Duplex-Edelstahl unterliegen der Versprödung, wenn sie über einen längeren Zeitraum einer Temperatur von 700 - 950° F ausgesetzt sind. Dies wird manchmal als 885F-Versprödung bezeichnet, weil dies die Temperatur ist, bei der die Versprödung am schnellsten eintritt. Die 885F-Versprödung führt zu geringer Duktilität und erhöhter Härte und Zugfestigkeit bei Raumtemperatur, behält aber seine wünschenswerte mechanische Eigenschaften bei Betriebstemperaturen.
Tabelle 1 Kurzfristig Zugfestigkeit gegen Temperatur (im geglühten Zustand, außer 410)
| Temperatur | 304 & TS ksi | 316 YS ksi | 309 & TS ksi | 309S YS ksi | 310 & TS ksi | 310S YS ksi | 410* TS ksi | YS ksi | 430 TS ksi | YS ksi |
| Raumtemp. | 84 | 42 | 90 | 45 | 90 | 45 | 110 | 85 | 75 | 50 |
| 400°F | 82 | 36 | 80 | 38 | 84 | 34 | 108 | 85 | 65 | 38 |
| 600°F | 77 | 32 | 75 | 36 | 82 | 31 | 102 | 82 | 62 | 36 |
| 800°F | 74 | 28 | 71 | 34 | 78 | 28 | 92 | 80 | 55 | 35 |
| 1000°F | 70 | 26 | 64 | 30 | 70 | 26 | 74 | 70 | 38 | 28 |
| 1200°F | 58 | 23 | 53 | 27 | 59 | 25 | 44 | 40 | 22 | 16 |
| 1400°F | 34 | 20 | 35 | 20 | 41 | 24 | — | — | 10 | 8 |
| 1600°F | 24 | 18 | 25 | 20 | 26 | 22 | — | — | 5 | 4 |
* wärmebehandelt durch Ölabschrecken ab 1800° F und Anlassen bei 1200° F
Tabelle 2 Allgemein akzeptierter Dienst Temperaturen
| Material | Intermittierend Betriebstemperatur | Kontinuierlich Betriebstemperatur |
| Austenitisch | ||
| 304 | 1600°F (870°C) | 1700°F (925°C) |
| 316 | 1600°F (870°C) | 1700°F (925°C) |
| 309 | 1800°F (980°C) | 2000°F (1095°C) |
| 310 | 1900°F (1035°C) | 2100°F (1150°C) |
| Martensitisch | ||
| 410 | 1500°F (815°C) | 1300°F (705°C) |
| 420 | 1350°F (735°C) | 1150°F (620°C) |
| Ferritisch | ||
| 430 | 1600°F (870°C) | 1500°F (815°C) |
Es mag unlogisch erscheinen, dass die "kontinuierliche" Betriebstemperatur höher ist als die "intermittierende" Betriebstemperatur für die 300er-Sorten. Die Antwort ist, dass der intermittierende Betrieb "thermische Zyklen" beinhaltet, die dazu führen können, dass die bei hohen Temperaturen gebildete Zunderschicht reißt und abplatzt. Dies geschieht aufgrund des unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem nichtrostenden Stahl und dem Zunder. Infolge dieser Verzunderung und Rissbildung kommt es zu einer stärkeren Verschlechterung der Oberfläche als bei einer kontinuierlichen Temperatur auftreten würde. Daher sind die empfohlenen intermittierenden Betriebstemperaturen niedriger. Dies ist bei der Serie 400 (sowohl ferritische als auch martensitische Sorten) nicht der Fall. Der Grund dafür ist nicht bekannt.
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