Streckgrenze von Edelstahl 18-8: Werte, Kaltumformung und Konstruktionsdaten

Wenn Ingenieure nach der Streckgrenze von 18-8-Edelstahl fragen, ist die nützlichste Antwort gleichzeitig auch die unauffälligste: Es kommt darauf an. Geglühte 18-8-Rohre verlassen das Werk mit einer Streckgrenze von etwa 205 MPa (30 ksi), während kaltgezogene, vollständig hart angelassene Rohre mit derselben chemischen Zusammensetzung 1.000 MPa überschreiten können. Alles dazwischen hängt davon ab, wie stark das Rohr reduziert wurde, bei welcher Temperatur es geglüht wurde und welche Testmethode im Werkszertifikat angegeben ist. Wenn man diese Zahl falsch angibt, ändern sich die Wandstärkenberechnungen, Flanschbewertungen und Stützabstände.

Wir produzieren seit mehr als 16 Jahren Edelstahlrohre bei Xinhang Special Material Co., Ltd. Hangzhou Branch, und die Güteklasse 18-8 bildet nach wie vor das Rückgrat der meisten Bestellungen, die über unseren Schreibtisch gehen. Was folgt, ist das praktische Bild, das wir unseren Kunden vermitteln: die Zahlen selbst, die Gründe dafür und die Fragen, die es wert ist, gestellt zu werden, bevor Sie eine Bestellung aufgeben.

Was 18-8 Edelstahl wirklich ist

18-8 ist eher eine Familienbeschreibung als eine einzelne Spezifikation. Es bezieht sich auf austenitische Edelstähle mit etwa 18 % Chrom und 8 % Nickel, eine Kombination, die in den 1920er Jahren kommerziell nutzbar wurde und seitdem bei korrosionsbeständigen Rohrleitungen vorherrscht. Innerhalb dieser Familie finden Sie Typ 302, Typ 303, Typ 304, Typ 304L, Typ 305 und Typ 384, die jeweils auf Bearbeitbarkeit, Formbarkeit, Kohlenstoffgehalt oder Tiefziehleistung abgestimmt sind.

Typ 304 ist das Arbeitstier. Seine einheitliche Nummerierungssystembezeichnung ist S30400 und sein kohlenstoffarmer Bruder 304L ist S30403. Chrom liefert den passiven Oxidfilm, der Korrosion widersteht, während Nickel die kubisch-flächenzentrierte Austenitstruktur stabilisiert, die der Legierung ihre Zähigkeit, ihre saubere Formbarkeit und ihr nichtmagnetisches Verhalten im geglühten Zustand verleiht. Dieselbe Austenitstruktur erklärt, warum sich 18-8 in einem Zugversuch nicht wie Kohlenstoffstahl verhält und warum seine Streckgrenze eher sorgfältig definiert werden muss, als einfach aus einer Kurve abzulesen.

Typische Streckgrenzenwerte von 18-8

Die folgende Tabelle fasst die Raumtemperaturwerte zusammen, die Sie auf Fabrikzertifikaten und in Designcodes für die 304-Familie finden. Die Mindestwerte richten sich nach den gängigen ASTM-Produktspezifikationen für Rohre und Röhren. Bei den Kaltumformwerten handelt es sich eher um typische Bereiche als um garantierte Mindestwerte, da sie vom genauen Reduktionsverhältnis und davon abhängen, wie das Schlussglühen durchgeführt wurde.

Zwei Beobachtungen sind hier wichtig. Erstens ist das Glühminimum für 304L niedriger als für 304, da der Kohlenstoffgehalt auf 0,030 % begrenzt ist, um Schweißzonen vor Sensibilisierung zu schützen, und weniger Kohlenstoff bedeutet eine etwas geringere Festlösungsverfestigung. Zweitens erhöht die Kaltumformung die Streckgrenze weitaus stärker als die Zugfestigkeit. Dadurch wird die Lücke zwischen den beiden Figuren kleiner und die für Biegung, Aufweitung und Ausdehnung verfügbare Duktilitätsreserve verringert.

Warum 18-8 keine scharfe Streckgrenze hat

Kohlenstoffstahl gibt schlagartig nach. Eine Zugprobe erklimmt eine gerade elastische Linie und fällt dann auf ein Plateau, während sich Versetzungen von interstitiellen Atomen lösen, weshalb eine einzige Streckgrenze angegeben werden kann. Austenitischer Edelstahl wie 18-8 weist keinen solchen interstitiellen Sperreffekt auf. Die Kurve biegt einfach um und der Punkt, an dem das elastische Verhalten endet, wird zu einer Frage der Definition.

Die von ASTM A370 und den meisten internationalen Standards übernommene Konvention ist die 0,2 % Offset-Dehngrenze. Aus einer Dehnung von 0,002 wird eine Linie parallel zur elastischen Steigung gezogen, und die Spannung an der Stelle, an der sie die Kurve schneidet, wird als Streckgrenze aufgezeichnet. Einige Spezifikationen verwenden einen Versatz von 0,1 % für engere Komponenten und einige ältere Dokumente geben einen Versatz von 1,0 % an. Die praktische Konsequenz ist einfach: Wenn in einem Datenblatt ein Ertragswert ohne Angabe des Offsets angegeben wird, ist dieser mit nichts anderem vergleichbar. Dies erklärt auch die ausgeprägte Rückfederung, die dazu führt, dass 18-8-Rohre schwerer zu biegen sind als Kohlenstoffstahl mit gleicher Wandstärke.

Die Kaltumformung ist der wichtigste Hebel für die Streckgrenze

Da 18-8 nicht durch Wärmebehandlung verstärkt werden kann, ist die mechanische Verformung die Aufgabe. Beim Kaltziehen, Pilgern oder Kaltwalzen vermehren sich Versetzungen und verschränken sich, und das Material widersteht mit jedem Durchgang stärker einer weiteren Verformung. Eine Wandreduzierung um 15 % könnte die Streckgrenze auf 350 MPa erhöhen; Eine Reduzierung um 50 % kann den Wert auf über 800 MPa bringen. Stärkere Reduzierungen erzeugen die harten Härtegrade, die für Hochdruckinstrumente, Hydraulikleitungen und bestimmte strukturelle Anwendungen verwendet werden.

Hochfeste Sch 160 nahtlose Druckbehälterrohrleitung aus dickem Stahl Druckbehälter bezieht sich auf geschlossene Geräte, die einem bestimmten Druck standhalten und Gas, Flüssigkeit, Dampf, Mischgas sowie brennbare, explosive und andere Stoffe füllen oder speichern können. Produkt anzeigen →

Vor der Auswahl eines stark kaltverformten Rohrs müssen Kompromisse abgewogen werden. Duktilität und Dehnung sinken mit steigender Streckgrenze, die Eigenspannungen steigen, sofern das Rohr nicht spannungsarm gemacht wird, und die Anfälligkeit für Chlorid-Spannungskorrosionsrisse kann zunehmen, da die kalt bearbeitete Oberfläche mehr Verformungsenergie speichert. Durch die Kaltumformung wird 18-8 außerdem leicht magnetisch, was für nichtmagnetische Instrumenten- und Stromversorgungsanwendungen von Bedeutung ist. Wenn keine zusätzliche Festigkeit erforderlich ist, ist ein geglühtes Produkt in der Regel die bessere technische Wahl.

Streckgrenze bei hohen und niedrigen Temperaturen

Austenitischer Stahl 18-8 behält seine Festigkeit bei steigender Temperatur besser als Kohlenstoffstahl, was zu einem großen Teil der Grund dafür ist, dass er in Kessel-, Wärmetauscher- und Prozessanwendungen dominiert. Bei 400 °C bietet geglühter 304 immer noch eine brauchbare Belastbarkeit, obwohl Konstruktionsvorschriften eine Leistungsreduzierung weit unterhalb des Raumtemperaturwertes erfordern. Oberhalb von etwa 540 °C bestimmen Kriechen und Spannungsbruch und nicht die Streckgrenze die zulässige Spannung, und Konstrukteure müssen mit den zeitabhängigen Werten in einem Code wie dem ASME Boiler and Pressure Vessel Code Abschnitt II Teil D arbeiten.

Nahtloses Hochdruck-Kesselrohr aus Edelstahl Sch 40 für die Industrie Unter Edelstahl-Kesselrohren versteht man Rohre aus Edelstahl, die zum Transport von Flüssigkeiten wie Thermalwasser in Kesselrohrsystemen verwendet werden. Edelstahlgehäuse... Produkt anzeigen →

Am kalten Ende der Skala verhält sich 18-8 elegant. Die Streckgrenze steigt mit sinkender Temperatur, die Zugfestigkeit nimmt zu und im Gegensatz zu ferritischen Stählen behält die austenitische Struktur ihre Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen. Diese Kombination aus steigender Festigkeit und gleichbleibender Duktilität ist der Grund, warum 18-8-Rohrleitungen in Flüssiggas- und Tieftemperaturprozessen üblich sind.

Wie die Streckgrenze in die Druckkonstruktion passt

Bei dünnwandigen Rohren unter Innendruck wird die zulässige Spannung direkt aus der Streckgrenze abgeleitet, wobei von der geltenden Norm ein Sicherheitsfaktor angewendet wird. Eine einfache Barlow-Beziehung, bei der Druck gleich dem Zweifachen der zulässigen Spannung mal der Wandstärke dividiert durch den Außendurchmesser ist, zeigt die Hebelwirkung: Eine Verdoppelung der Streckgrenze des Materials kann die für den gleichen Druck erforderliche Wandstärke halbieren, vorausgesetzt, Korrosionszugabe, Steifigkeit und Verbindungsanforderungen funktionieren weiterhin.

Aus diesem Grund ist der Unterschied zwischen Rohren der Baureihe 10 und der Rohre der Baureihe 160 nicht nur eine Frage der Abmessung. Die Plannummern beschreiben die Wandstärke, aber der Druck, den eine Leitung sicher tragen kann, hängt von der Güteklasse, der Temperatur und der zulässigen Spannung ab, die die Norm zuweist. Es lohnt sich immer, diese Berechnung sorgfältig durchzugehen, einschließlich der Reduzierungsfaktoren, die bei Ihrer Entwurfstemperatur gelten, bevor eine Linie in die Fertigung übergeht.

Standards und Dokumentation, die Sie anfordern können

Nahtlose 18-8-Rohre für den industriellen Einsatz werden normalerweise gemäß ASTM A312, A213, A269 oder A511 geliefert, geschweißte Rohre gemäß ASTM A249 oder A269, und gleichwertige europäische oder japanische Spezifikationen wie EN 10216-5 und JIS G3459 erscheinen regelmäßig bei internationalen Projekten. Jede Spezifikation legt Mindestzug- und Streckgrenzenwerte, zulässige chemische Bereiche und die zu ihrer Überprüfung verwendeten Prüfmethoden fest.

Wenn Sie ein Angebot anfordern, fragen Sie nach dem Werksprüfzertifikat mit Rückverfolgbarkeit der Schmelzennummer, der Spezifikation, nach der das Material hergestellt wurde, und dem Lieferzustand, geglüht, blankgeglüht oder kaltverformt. Bestätigen Sie, ob es sich bei der angegebenen Streckgrenze um ein Spezifikationsminimum oder einen typischen Wert handelt, und bestätigen Sie den verwendeten Offset. Diese drei Details verhindern die meisten Streitigkeiten, die entstehen, wenn ein geliefertes Rohr nicht den Annahmen einer Konstruktionsberechnung entspricht.

Wählen Sie das richtige 18-8-Rohr für Ihr Projekt

• Verwenden Sie geglühten 304 oder 304L für allgemeine korrosionsbeständige Anwendungen, bei denen Formbarkeit und Schweißbarkeit am wichtigsten sind.
• Geben Sie kaltverformte Rohre nur dann an, wenn die höhere Streckgrenze tatsächlich die Wandstärke, das Gewicht oder die Kosten verringert.
• Prüfen Sie, ob der Code Mindestwerte anstelle typischer Eigenschaften erfordert, bevor Sie ein Angebot annehmen.
• Bestätigen Sie die Offset-Definition und den Teststandard hinter jeder Ertragszahl, die Sie in den Berechnungen verwenden möchten.
• Passen Sie die Oberflächenbeschaffenheit und Wärmebehandlung an die Umgebung an, insbesondere dort, wo Chloride oder erhöhte Temperaturen vorhanden sind.

Unsere eigene Produktpalette umfasst nahtlose, geschweißte und blanke nahtlose Rohre in den Kategorien Kessel, Druckbehälter, Wärmetauscher, Petrochemie, Schifffahrt, Instrumente und Sanitär. Daher ist der Antwort auf eine Frage zur Streckgrenze in der Regel eine spezifische Rohrempfehlung beigefügt. Wenn Sie bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur ein geglühtes Produkt gegen ein kaltverformtes Produkt abwägen möchten, senden Sie uns die Konstruktionsbedingungen und wir sagen Ihnen klar und deutlich, welchen Weg wir einschlagen würden.

Nahtlose Edelstahlrohre für chemische Geräte 304 mit hoher Stabilität Chemische Maschinen und Geräte müssen bestimmten chemischen Erosionen sowie Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck standhalten und müssen daher mit hoher Qualität hergestellt werden. Produkt anzeigen →

Häufig gestellte Fragen

Ist Edelstahl 18-8 dasselbe wie 304?

Praktisch ja, für die meisten handelsüblichen Rohre. Der Typ 304 gehört eindeutig zur 18-8-Familie und im täglichen Einkauf werden die beiden Namen synonym verwendet. Streng genommen deckt 18-8 auch die Werkstoffe 302, 303, 304L, 305 und 384 ab. Wenn eine Spezifikation also 18-8 erfordert, sollten Sie sich vergewissern, welche Güteklasse und welchen Kohlenstoffgehalt der Käufer tatsächlich beabsichtigt.

Wie hoch ist die Streckgrenze von Edelstahl 18-8 in psi?

Für geglühte Rohre vom Typ 304 ist in der Regel ein Druck von mindestens 30.000 psi bzw. 205 MPa spezifiziert. Geglühter 304L ist auf 25.000 psi oder 170 MPa spezifiziert. Kaltverformtes Material kann von etwa 45.000 psi in leichtem Zustand bis über 140.000 psi in vollhartem Zustand reichen.

Wird 18-8 stärker, wenn es gebogen oder geformt wird?

Ja. Jede Kaltverformung erhöht die Versetzungsdichte und erhöht lokal die Streckgrenze. Das ist hilfreich, wenn eine Biegung zusätzliche Steifigkeit erfordert, aber es bedeutet auch, dass der Biegebereich weniger duktil und anfälliger für Spannungsrisskorrosion ist, sodass nach der aggressiven Umformung oft ein Spannungsarmglühen vorgeschrieben ist.

Ändert die Temperatur die Streckgrenze von 18-8?

Das tut es. Die Streckgrenze nimmt mit steigender Betriebstemperatur allmählich ab, und Konstruktionsvorschriften erfordern die Verwendung der reduzierten Werte. Bei kryogenen Temperaturen steigt die Streckgrenze, während die Duktilität weitgehend erhalten bleibt, was einer der Hauptvorteile austenitischer Sorten gegenüber Kohlenstoffstahl ist.