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Edelstahl 309S ist die kohlenstoffarme Version der Sorte 309, einer austenitischen Chrom-Nickel-Legierung mit 22,0–24,0 % Chrom und 12,0–15,0 % Nickel. In den USA als UNS S30908 und im europäischen System als 1.4833 bezeichnet, ist es hauptsächlich für Komponenten spezifiziert, die in oxidierenden Atmosphären bei Temperaturen bis etwa 1000 °C im Dauerbetrieb betrieben werden.
Die definierende Spezifikationsgrenze ist Kohlenstoff: 309S ist auf 0,08 % C begrenzt, während reines 309 bis zu 0,20 % zulässt. Ein niedrigerer Kohlenstoffgehalt unterdrückt die Ausfällung von Chromkarbid an den Korngrenzen, wenn das Material geschweißt oder im Temperaturbereich von 430–900 °C gehalten wird. Daher wird 309S für geschweißte Fertigungen und thermisch zyklische Geräte bevorzugt.
Produktform nicht mit Sorte verwechseln. 309S ist eine Schmiedespezifikation, die für Bleche, Platten, Stangen und Rohre verwendet wird. Wenn für ein Gussteil wie eine Ofenrolle, eine Ofenplatte oder eine Wärmebehandlungsvorrichtung dieselbe Cr-Ni-Legierungsfamilie benötigt wird, verwenden Gießereien Gussqualitäten wie ASTM A297 Note HH und nicht die Schmiedespezifikation 309S.
Chemische Zusammensetzung von 309S (UNS S30908)
Die Chemie von 309S wird durch Standards wie ASTM A240 und entsprechende europäische Spezifikationen festgelegt; Jede Hochtemperatureigenschaft ergibt sich aus der untenstehenden Bilanz.
| Element | 309S (S30908) | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Kohlenstoff (C) | 0,08 max | Begrenzt die Karbidausfällung an den Korngrenzen |
| Chrom (Cr) | 22,0–24,0 | Bildet die schützende Cr2O3-Schicht gegen Oxidation |
| Nickel (Ni) | 12,0–15,0 | Stabilisiert Austenit und erhält die Festigkeit bei Temperatur |
| Mangan (Mn) | 2,00 max | Desoxidation und geringer Austenitbeitrag |
| Silizium (Si) | 1,00 max | Verbessert die Oxidations- und Aufkohlungsbeständigkeit |
| Phosphor (P) | 0,045 max | Auf Duktilität kontrolliertes Restelement |
| Schwefel (S) | 0,030 max | Restelement kontrolliert für Heißverarbeitbarkeit |
Im Vergleich zum höherlegierten 310S (24–26 % Cr, 19–22 % Ni) bietet 309S eine kostengünstigere Basis und bietet dennoch eine praktische Oxidationsbeständigkeit um 1000 °C. Das zusätzliche Nickel in 310S erkauft einen sichtbaren Spielraum bei der Kriechfestigkeit und der Beständigkeit gegenüber starken thermischen Zyklen, weshalb 310S dazu neigt, 309S zu ersetzen, sobald die Betriebstemperatur über etwa 1000 °C steigt.
Mechanische und physikalische Eigenschaften
Im geglühten Zustand ist 309S weich, duktil und nicht magnetisch; Die folgenden Werte beschreiben den Herstellungszustand, nicht den Heißbetriebszustand.
| Eigentum | Geglühter Wert |
|---|---|
| Mindestzugfestigkeit | 515 MPa (75 ksi) |
| Mindeststreckgrenze | 205 MPa (30 ksi) |
| Minimale Dehnung | 40 % |
| Härte | Maximal 217 HB, typischerweise 160–180 HB |
| Dichte | 7,98 g/cm³ |
| Elastizitätsmodul | ≈200 GPa |
| Schmelzbereich | ≈1400–1450 °C |
| Mittlerer Wärmeausdehnungskoeffizient, 20–100 °C | ≈15 µm/(m·K) |
| Wärmeleitfähigkeit, 100 °C | ≈15–16 W/(m·K) |
Wählen Sie 309S nicht aufgrund seiner Mindestzugfestigkeit von 515 MPa aus, wenn die Betriebstemperatur 900 °C beträgt. Oberhalb von 600 °C fällt die zulässige Spannung stark ab, und die praktische Grenze wird durch die Oxidationsrate und die Kriechlebensdauer für die genaue Abschnittsdicke bestimmt. Geben Sie beim Versenden einer Angebotsanfrage die Atmosphäre, die Spitzentemperatur und die Last an; Der Lieferant kann sich dann zwischen 309S, einer gegossenen HH/HK-Sorte oder einem 310S-Upgrade entscheiden.
309S vs. 310S und gegossene hitzebeständige Sorten
Der engste Gussverwandte von 309S ist ASTM A297 Grade HH, eine 25Cr-12Ni-Legierung, deren nominelle Zusammensetzung etwa 96 % ihrer Elemente mit der Knetsorte teilt, aber mehr Kohlenstoff enthält, um den Gussteilen eine Hochtemperatur-Kriechfestigkeit zu verleihen.
Diese Unterscheidung ist die häufigste Ursache für Verwirrung bei der Beschaffung. Wenn Sie eine Zeichnung für eine Ofenrolle einsenden und darauf „309S“ schreiben, schlägt eine Gießerei normalerweise eine Chemie vom Typ HH vor (24–28 % Cr, 11–14 % Ni, 0,20–0,50 % C), da eine kohlenstoffarme Knetchemie nicht die Gussmikrostruktur und Bruchfestigkeit entwickelt, die in einem dicken tragenden Abschnitt erforderlich sind. Wählen Sie zuerst die Produktform aus: bearbeitetes 309S, wo Sie Bleche oder Rohre schneiden, formen und schweißen können; gegossene A297-Qualitäten, bei denen das Teil geformt, schwer und temperaturbelastet ist.
| Grade | Formular | Kohlenstoff | Chrom | Nickel | Typische Rolle |
|---|---|---|---|---|---|
| 309 / 309S | Bearbeitetes Blech, Platte, Stange, Rohr | ≤0,20 / ≤0,08 % | 22–24 % | 12–15 % | Vorgefertigte Auskleidungen, Kanäle, geschweißte Rohrbaugruppen |
| 310 / 310S | Bearbeitetes Blech, Platte, Stange, Rohr | ≤0,25 / ≤0,08 % | 24–26 % | 19–22 % | Bei höheren Temperaturen hergestellte Komponenten |
| HH (A297) | Statischer oder Schleuderguss | 0,20–0,50 % | 24–28 % | 11–14 % | Dicke Gussteile um 1000 °C |
| HK (A297) | Statischer oder Schleuderguss | 0,20–0,60 % | 24–28 % | 18–22 % | Schwerere Gussteile über 1000 °C |
Für runde Bauteile, die im Ofen belastet werden, ist das Schleudergießen meist der richtige Weg, da es ein dichtes, gerichtet erstarrtes Gefüge erzeugt. Für die Gasleitung ist ein gerolltes und geschweißtes 309S-Rohr geeignet; Ein Rohr, das sein Eigengewicht bei 1000 °C halten muss, sollte ein Schleudergussprodukt mit kontrollierter Chemie sein.
Hitzebeständiges Edelstahlrohr aus Schleuderguss Dieses Rohr wird im Schleudergussverfahren für eine dichte, gerichtet erstarrte Struktur hergestellt und eignet sich daher für tragende Ofenkomponenten bei hohen Temperaturen, wie z. B. Gasleitungen und Rohre, die ihr Eigengewicht bei 1000 °C tragen müssen. Produkt anzeigen → Herstellung und Wärmebehandlung
309S kann mit Standardverfahren für austenitischen Edelstahl geschnitten, geformt, bearbeitet und geschweißt werden; Die einzige entscheidende Regel besteht darin, die Warmbearbeitung mit einem vollständigen Lösungsglühen und einer schnellen Abkühlung abzuschließen.
Das Lösungsglühen erfolgt bei 1038–1120 °C mit ausreichendem Halt, um Chromkarbide aufzulösen, gefolgt von einem Abschrecken mit Wasser oder einer kräftigen Luftkühlung. Die Sorte kann nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden; Die durch Kaltumformung gewonnene Steifigkeit ist lediglich eine Kaltverfestigung und verschwindet beim Glühen.
Das Schweißen ist unkompliziert. Verwenden Sie passenden 309- oder 309L-Füllstoff, vermeiden Sie Vorwärmen, außer in sehr steifen Abschnitten, und halten Sie die Zwischenlagentemperaturen moderat. Die Kohlenstoffkappe mit 0,08 % reduziert die Ausfällung von Chromkarbid in der Wärmeeinflusszone im Vergleich zu reinem 309 erheblich, weshalb Schweißteile aus 309S ohne separate Nachbehandlung in den Ofen eingesetzt werden können.
Die gleiche Argumentation gilt auch für die Vorrichtungen, die Werkstücke durch Wärmebehandlungszyklen transportieren. Das Tablettdesign und das Tablettmaterial bestimmen gemeinsam die Temperaturgleichmäßigkeit und unsere Überprüfung von Optimierung des Designs der Wärmebehandlungswanne erklärt die strukturellen Faktoren, die eine Gießerei vor dem Gießen von Werkzeugen prüft. Bei wiederholten Temperaturwechseln übertreffen Gusshalterungen mit verstärkten Rippen die Versionen aus dünnem Blech, weshalb die meisten Betreiber von geschweißten 309S-Rahmen auf gegossene Körbe und Tabletts vom Typ HH für kontinuierliche Wärmebehandlungslinien umsteigen.
Stapelbarer Wärmebehandlungskorb für Wannenöfen Dieser stapelbare Korb wurde für die Organisation von Teilen während der Wärmebehandlung entwickelt. Er verbessert die Ofenkapazität und den Luftstrom und gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung und konsistente Ergebnisse. Er eignet sich besonders für kontinuierliche Wärmebehandlungslinien, in denen gegossene HH-Körbe besser sind als geschweißte Blechversionen. Produkt anzeigen → Typische Hochtemperaturanwendungen
309S ist der standardmäßige wirtschaftliche Edelstahl für saubere, oxidierende Atmosphären bis etwa 1000 °C und für Komponenten, die durch Schweißen oder Kaltumformen hergestellt werden können.
- Vorrichtungen zur Wärmebehandlung: Tabletts, Körbe, Retorten und Muffeln, die bei 850–1000 °C betrieben werden.
- Ofeneinbauten: Strahlrohre, Brennerdüsen, Brennkammern und feuerfeste Anker.
- Ofenzubehör für Drehrohröfen: Ofenhilfsmittel, Ofenmund- und -schwanzschutzplatten sowie hitzebeständige Dichtungsbänder.
- Abfallverbrennungs- und Energieanlagen: Kesselkomponenten, Luftvorwärmerabschnitte und Rußbläserlanzen.
- Komponenten petrochemischer Anlagen: Schutzrohre, Luftverteiler, Katalysatorträgergitter und Reaktoreinbauten.
Zwei Anwendungsgrenzen sollten beachtet werden. In schwefelhaltigen Atmosphären über etwa 500 °C ist das Nickel in 309S anfällig für Sulfidierung, sodass möglicherweise eine andere Legierungsfamilie erforderlich ist. Bei starken Temperaturwechseln in der Nähe von 1000 °C verformt sich eine dünne Schmiedeauskleidung vor einem Gussbauteil mit integrierten Rippen, weshalb Ofenrollen und Schutzplatten für Brennöfen fast immer gegossen und nicht aus Blech gefertigt werden.
Hitzebeständige Schleudergussofenrolle Diese Rolle besteht aus hitzebeständigen Legierungen, um hohen Temperaturen und Rotationsbelastungen standzuhalten und eine zuverlässige Bewegung in Schleudergussöfen zu gewährleisten. Sein Gussdesign mit Rippen bietet eine bessere Temperaturwechselbeständigkeit als dünne Schmiedeauskleidungen und verlängert so die Lebensdauer in anspruchsvollen Anwendungen. Produkt anzeigen → So spezifizieren Sie 309S-Komponenten: Überlegungen zur Beschaffung
Der nützlichste Schritt besteht darin, in jeder Angebotsanfrage die Produktform und den geltenden Standard anzugeben. Eine Anfrage für ein „309S-Casting“ ist technisch nicht eindeutig und führt zu nicht vergleichbaren Angeboten.
- Geben Sie ASTM A240 für bearbeitete Platten und Bleche, ASTM A312 oder A358 für geschweißte Rohre und ASTM A297 für Gussteile an.
- Fordern Sie die tatsächliche Schmelzanalyse an und überprüfen Sie die Chrom-, Nickel- und Kohlenstoffwerte im Mühlentestzertifikat.
- Bestätigen Sie bei Gussstücken die Chargenchemie, den Gießweg und das von der Gießerei verwendete Wärmebehandlungsverfahren nach dem Guss.
- Senden Sie den Arbeitszyklus: Spitzentemperatur, Atmosphärenzusammensetzung, Verweilzeit und zyklische Frequenz.
- Für kritische tragende Teile über 900 °C sind Kriechbruchdaten oder eine dokumentierte Servicehistorie anstelle von Zugwerten bei Raumtemperatur erforderlich.
Ein Lieferant, der sowohl mit Schmiedeteilen als auch mit Gussteilen aus derselben Cr-Ni-Legierungsfamilie arbeitet, kann Ihren Arbeitszyklus ohne Rätselraten in die richtige Produktform umwandeln. Unser Gießerei für hitzebeständigen legierten Stahl hat die hier beschriebenen Gusssorten für Brennöfen, Hochöfen und Wärmebehandlungslinien hergestellt und kann eine Gusschemie empfehlen, wenn eine 309S-Knetkomponente nicht die richtige Lösung für den Lastfall ist.
Häufig gestellte Fragen zu 309S
Was ist der Unterschied zwischen 309 und 309S?
Nur die CO2-Grenze. 309 erlaubt maximal 0,20 % Kohlenstoff; 309S ist auf 0,08 % begrenzt. Der geringere Kohlenstoffgehalt schränkt die Ausfällung von Chromkarbid beim Schweißen und im Betrieb im Temperaturbereich von 430–900 °C ein, weshalb 309S für geschweißte und thermisch zyklische Geräte bevorzugt wird.
Kann 309S für Gussteile verwendet werden?
309S ist formal eine künstliche Bezeichnung. Für Gussteile verwenden Gießereien ASTM A297-Sorten mit der gleichen Cr-Ni-Basis, normalerweise Sorte HH (25Cr-12Ni mit 0,20–0,50 % C) um 1000 °C. Wenn Sie eine „309S-Guss“-Zeichnung einreichen, erwarten Sie von der Gießerei, dass sie eine HH-Typ-Chemie vorschlägt und den Ersatz erläutert.
Was ist bei hohen Temperaturen besser: 309S oder 310S?
310S. Sein höherer Anteil an Chrom (24–26 %) und Nickel (19–22 %) sorgt für eine stabilere Oxidschicht und eine bessere Zeitstandfestigkeit, weshalb es oberhalb von etwa 1000 °C oder bei starker Temperaturwechselbeanspruchung spezifiziert wird. 309S bleibt innerhalb seiner Bewertung die preiswerte Wahl für saubere oxidierende Luft.
Muss 309S nach dem Schweißen geglüht werden?
Für die meisten Hochtemperaturanwendungen nein. Der niedrige Kohlenstoffgehalt verhindert eine Sensibilisierung der Wärmeeinflusszone. Wenn die Schweißverbindung auch wässrigen korrosiven Medien ausgesetzt ist, kann ein vollständiges Lösungsglühen bei 1038–1120 °C mit anschließender schneller Abkühlung vorgeschrieben werden.
Ist 309S magnetisch?
Im geglühten Zustand ist es im Wesentlichen nicht magnetisch, wie man es von einer austenitischen Sorte erwartet. Kaltverformung kann einen leichten Magnetismus hervorrufen, der jedoch für Ofen- und Ofenanwendungen selten von Bedeutung ist.
