Edelstahl SUS304H mit hohem Kohlenstoffgehalt

Was ist SUS304H?

SUS304H ist eine kohlenstoffreiche Variante von SUS304, die im JIS-System definiert ist, wobei der Kohlenstoffgehalt bei 0,04-0,10 % statt dem Maximum von 0,08 % von SUS304 liegt. Der kontrollierte Kohlenstoffgehalt erhöht die Hochtemperaturfestigkeit und Kriechfestigkeit, während die allgemeine Korrosionsbeständigkeit der 18-8-Familie erhalten bleibt. Die Sorte entspricht ASTM 304H, UNS S30409 und wird für tragende Komponenten in Energieerzeugungs- und petrochemischen Anlagen verwendet, die kontinuierlich bei erhöhter Temperatur laufen.

Chemische Zusammensetzung gemäß JIS G4303 / G4305

Element (Gew.-%)	SUS304H
C	0.04-0.10
Si	1,00 max
Mn	2,00 max
P	0,045 max
S	0,030 max
Cr	18.0-20.0
Ni	8.0-10.5

Die Zusammensetzungsgrenzwerte folgen der Praxis JIS G4303 (Stab) und G4305 (kaltgewalztes Blech und Band) und entsprechen den Grenzwerten von ASTM A240 S30409. Die Chrom- und Nickelbereiche sind identisch mit denen von SUS304; Lediglich die Kohlenstoffspezifikation unterscheidet sich.

Mechanische Eigenschaften

Im geglühten Zustand weist die Sorte eine Mindestzugfestigkeit von 515 MPa, eine Mindeststreckgrenze von 205 MPa, eine Dehnung von mindestens 40 % und eine typische Härte von bis zu etwa 201 HB auf, was sowohl den JIS G4305-Daten als auch den ASTM A240 S30409-Werten entspricht. Die Eigenschaft, die im Betrieb am wichtigsten ist, ist jedoch nicht die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur, sondern die Kriech- und Bruchfestigkeit bei 800 -900 C, wo die karbidverankerte Mikrostruktur SUS304 deutlich übertrifft.

Leistung bei hohen-Temperaturen

Bei Temperaturen über etwa 600 °C wirken die feinen Chromkarbide, die durch den erhöhten Kohlenstoff gebildet werden, als Fixierungspunkte, die die Bewegung der Korngrenzen und die langsame Kriechverformung einschränken. Dadurch kann SUS304H im Dauerbetrieb bei 800 bis 900 °C in Kesselüberhitzern und Dampfturbinenkomponenten eingesetzt werden, wo sich SUS304 viel früher verformen und versagen würde. Der Typ weist auch bei längerer Belastung eine gute thermische Stabilität auf, weshalb er für langlebige Komponenten in der Stromerzeugung spezifiziert ist.

Überlegungen zur Wärmebehandlung und zum Schweißen

Die empfohlene Wärmebehandlung ist ein Lösungsglühen bei 1010-1120 C und anschließendes schnelles Abschrecken mit Wasser, wodurch Karbide in der austenitischen Matrix aufgelöst und eine gleichmäßige Mikrostruktur wiederhergestellt werden. Das Schweißen ist der Schwachpunkt dieser Sorte: Die Wärmeeinflusszone durchläuft den Sensibilisierungsbereich von 425 bis 815 °C, Chromkarbide scheiden sich an den Korngrenzen aus und die interkristalline Korrosionsbeständigkeit geht verloren. Bei geschweißten Bauteilen ist ein Lösungsglühen nach dem Schweißen erforderlich, bei großen Kesselbaugruppen ist dies jedoch oft unpraktisch. Für geschweißte Hochtemperaturanwendungen sind daher stabilisierte Sorten wie SUS321H oder SUS347H die bevorzugte Wahl.

Anwendungen und Sortenäquivalente

Typische Anwendungen sind Kesselüberhitzerrohre, Dampfturbinenkomponenten, Industrieofenteile und petrochemische Reaktorrohre. Die korrekten Entsprechungen sind ASTM 304H (UNS S30409); Im EN-System ist das hitzebeständigste Analogon X6CrNi18-11 (EN 1.4948). Beachten Sie, dass EN 1.4307 (X2CrNi18-9) eine kohlenstoffarme Sorte vom Typ 304L ist und nicht als Äquivalent zu SUS304H verwendet werden darf.

FAQ

Wie verbessert der hohe Kohlenstoffgehalt von SUS304H die Leistung bei hohen Temperaturen?

Oberhalb von etwa 600 °C bildet der erhöhte Kohlenstoff feine Chromkarbide, die Korngrenzen fixieren und die Kriechverformung unter anhaltender Belastung einschränken. SUS304 mit weniger Kohlenstoff bildet weniger Karbide und seine Korngrenzen gleiten leichter, sodass es bei 800–900 °C schneller kriecht.

Was ist Kriechfestigkeit und warum ist sie hier wichtig?

Kriechfestigkeit ist die Fähigkeit, einer langsamen dauerhaften Verformung unter konstanter Belastung und hoher Temperatur zu widerstehen. Bei Kesselüberhitzerrohren und Turbinenteilen entscheidet sie über die Lebensdauer: Eine gute Kriechfestigkeit hält das Bauteil über Zehntausende statt Tausende Stunden formstabil.

Ist SUS304H für Schweißanwendungen geeignet?

Nicht ideal. Der hohe Kohlenstoffgehalt fördert die Ausfällung von Chromkarbid in der Hitzeeinflusszone beim Schweißen, was zu Sensibilisierung und interkristalliner Korrosion führt. Lösungsglühen nach dem Schweißen bei 1010-1120 C mit Wasserabschreckung stellt die Beständigkeit wieder her, ist jedoch bei großen Baugruppen oft unpraktisch. Daher werden stabilisierte Güten wie SUS321H oder SUS347H für geschweißte Hochtemperaturanwendungen bevorzugt.

Wie schneidet SUS304H im Vergleich zu SUS321H bei hohen Temperaturen ab?

SUS321H ist mit Titan-stabilisiert, sodass eine Sensibilisierung vollständig vermieden wird und keine Wärmebehandlung nach dem Schweißen-erforderlich ist, mit gutem Betrieb bis etwa 900 C. SUS304H basiert auf Kohlenstoff für die Festigkeit und ist die kostengünstigere Option für nicht-geschweißte Komponenten, bei denen Schweißbeschränkungen und Korrosionsanforderungen nicht streng sind.

Welche Wärmebehandlung wird für SUS304H empfohlen?

Lösungsglühen bei 1010-1120 C, gefolgt von schnellem Abschrecken mit Wasser. Dies löst vorhandene Karbide auf und verhindert eine erneute Ausscheidung während des Abkühlens, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit und die Kriechfestigkeit maximiert werden. Das Anlassen bei niedrigen Temperaturen muss vermieden werden, da es die Ausscheidung von Karbiden an den Korngrenzen fördert.

Was ist das korrekte EN-Äquivalent von SUS304H?

Das ASTM-Äquivalent ist 304H (UNS S30409). Im EN-System ist das hitzebeständigste Analogon X6CrNi18-11 (EN 1.4948); EN 1.4307 ist eine kohlenstoffarme Sorte vom Typ 304L- und kein Äquivalent.