304 vs 316L Edelstahl für Gehäuse

Was unterscheidet die Legierung?

Typ 304 (UNS S30400) ist der klassische "18-8" Chrom-Nickel-Edelstahl. Typ 316L (UNS S31603) hat etwas weniger Chrom, mehr Nickel und 2–3% Molybdän, wobei der Kohlenstoff auf maximal 0.030% begrenzt ist. Die unten aufgeführten Grenzwerte stammen aus ASTM A240, der Spezifikation für Bleche, Platten und Bänder, wie sie in den Datenblättern der Hersteller aufgeführt ist.

Eine gängige Methode zum Vergleich der Lochfraßbeständigkeit ist die Lochfraßäquivalenzzahl: PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N. Molybdän zählt 3.3-mal so viel wie Chrom. Der Vergleich der International Molybdenum Association setzt 304/304L auf etwa 20 und 316/316L auf etwa 24; je höher die Zahl, desto besser ist die Beständigkeit gegen Chloridlochfraß.

Warum Chloride die Werkstoffwahl bestimmen

Edelstahl bleibt aufgrund einer dünnen, chromreichen Passivschicht auf seiner Oberfläche korrosionsbeständig. Chloride greifen diese Schicht lokal an. Das Ergebnis sind Lochfraß (kleine, tiefe Vertiefungen auf offenen Oberflächen) und Spaltkorrosion (unter Ablagerungen, Dichtungen, Etiketten oder Befestigungselementen). Das Molybdän in 316L dient dazu, die Beständigkeit genau gegen diese Salzkorrosion (Chloridkorrosion) zu verbessern; die Australian Stainless Steel Development Association beschreibt den Hauptvorteil von 316 gegenüber 304 als die erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion.

Chloride stammen aus mehr Quellen als nur aus dem Meer:

• Salzhaltige Luft an Küsten- und Meeresstandorten sowie Straßen- und Gehwegtauwetterzusalze
• Sole, Beizen und salzhaltige oder saure Lebensmittel.
• Chloriertes Wasser und chlorbasierte Desinfektionsmittel (Hypochlorit).
• Abwasser, Schwimmbadtechnik und viele chemische Prozesse.

Wie viel Chlorid ist zu viel?

Für Wasser gibt die Edelstahlindustrie Chloridgrenzwerte nach Werkstoff an. Die Richtlinien des Nickel Institute für Wasser bei Umgebungstemperatur gehen von der Beobachtung aus, dass der Chloridgehalt des Wassers "der wichtigste Parameter bei der Werkstoffauswahl ist, aufgrund seines Einflusses auf lokalisierte Korrosion - insbesondere Spaltkorrosion". ppm steht hier für Teile pro Million nach Gewicht, was mg/L in Wasser entspricht.

Für heißes Wasser oder dort, wo konservativere Richtlinien erforderlich sind, nennt dieselbe Quelle Obergrenzen von 50 ppm für 304L und 250 ppm für 316L. Die Australian Stainless Steel Development Association, die dieselben Richtlinien präsentiert, fügt hinzu, dass diese von einer kontinuierlichen Exposition bei neutralem pH-Wert und Umgebungstemperatur ausgehen, Spaltkorrosion berücksichtigen, eine passivierte Oberfläche voraussetzen und dass höhere Temperaturen den zulässigen Chloridgehalt reduzieren.

Chlor, das Desinfektionsmittel, ist eine andere und weitaus aggressivere Substanz als Chlorid, das Salz. ASSDA verweist auf die Richtlinien des Nickel Institute für die Dauerbelastung bei Umgebungstemperatur und neutralem pH-Wert von etwa 2 ppm Chlor für 304 und etwa 5 ppm für 316 und weist darauf hin, dass ein Chlorangriff dort auftreten kann, wo sich bleichmittelhaltiges Washdownwasser ansammelt. Deshalb werden chlorierte Desinfektionsmittel abgespült, anstatt sie auf der Oberfläche zurückzulassen.

Ein Gehäusehersteller nennt in seinem Whitepaper zu Edelstahlgehäusen gerundetere Zahlen: 304 „kann Korrosion in Wasser mit bis zu ca. 100 ppm Chlorid widerstehen, während Edelstahl des Typs 316 diese Beständigkeit bis zu 1000 ppm Chlorid aufweist“. Es wird hinzugefügt, dass 316 „keiner dauerhaften Einwirkung von Meerwasser (19,000 ppm Chlorid) standhält, jedoch für Anwendungen geeignet ist, bei denen die Einwirkung auf gelegentlichen Salznebel beschränkt ist“, und dass enge Räume mit geringem Luftstrom, niedrigerem pH-Wert oder höheren Temperaturen strengere Grenzwerte erfordern können.

Bei einem Gehäuse ist das Wasser entscheidend, das auf ihm verbleibt: Schlauch- und Spülwasser, Reinigungslösungen, Sprühwasser und Kondensat. Wasser, das auf der Oberfläche trocknet, hinterlässt Chloride; daher sind das Abspülen mit sauberem Wasser und das Trocknen für beide Werkstoffgüten entscheidend, während Meeressprühnebel die Beständigkeit beider Güten langfristig übersteigt.

Küstennahe Standorte und Außenbereiche

Die International Molybdenum Association betrachtet Standorte in einem Umkreis von etwa 8 bis 16 km (5 bis 10 Meilen) von Salzwasser als küstennah und weist darauf hin, dass Wind Salz noch viel weiter tragen kann. Ihrer Empfehlung nach ist innerhalb von fünf bis zehn Meilen von großen Salzwassergewässern oder dort, wo Streusalz verwendet wird, 316 im Allgemeinen die bessere Wahl. Ihr System zur Standortbewertung berücksichtigt zudem Umweltbelastung, Regenreinigung, die Oberflächengüte und die Reinigungsintervalle des Stahls und empfiehlt bei extremsten Faktorenkombinationen die Hinzuziehung eines Korrosionsspezialisten. Das Whitepaper des Gehäuseherstellers zu Edelstahlgehäusen nennt eine knappere Faustregel, wonach 304 „nicht innerhalb von 5 Meilen von der Küste verwendet werden sollte“, merkt jedoch an, dass die tatsächliche Entfernung, bei der Korrosion auftreten kann, von den lokalen Wetterbedingungen abhängt.

An Küstenstandorten ist das erste Anzeichen für Probleme meist Tea Staining, eine hellbraune Oberflächenverfärbung, die den Beginn der Korrosion markiert. Drei Maßnahmen reduzieren dies:

• Werkstoff: 316/316L statt 304.
• Oberflächenbeschaffenheit und Ausrichtung: Glattere Oberflächen nehmen weniger Ablagerungen auf; die veröffentlichte Empfehlung sieht eine Rauheit von Ra 0.5 µm oder weniger vor, mit Polierlinien, die vertikal verlaufen, damit Regenwasser abläuft, statt sich entlang der Maserung zu sammeln.
• Reinigung: Oberflächen, die vom Regen gewaschen werden, bleiben sauberer; geschützte Oberflächen, wie unter einem Dachvorsprung, müssen von Hand gereinigt werden. Für 304 in korrosiveren Umgebungen empfiehlt die IMOA eine Reinigung viermal oder öfter pro Jahr.

Enteisungssalz: die Küste, die ins Landesinnere vordringt

Tausalz ist die Chloridquelle, die an Standorten im Landesinneren am häufigsten übersehen wird. Das IMOA-Papier zu Tausalz berichtet über saisonale Salzablagerungen, die bis zu 1.9 km (1.2 Meilen) von vielbefahrenen Straßen entfernt und selbst im 59th. Stockwerk eines Hochhauses dokumentiert wurden. Wie weit es transportiert wird, hängt von der Tröpfchengröße ab:

• Spritzwasserzone. Große Salzwassertropfen landen relativ nah an Straßen, in der Regel innerhalb von 15 m (49 ft).
• Nah an der Straße. Standorte innerhalb von 100 m (328 ft) von stark befahrenen Straßen weisen am wahrscheinlichsten Salzablagerungen auf, die denen in gemäßigten bis schweren Küstengebieten entsprechen.
• Weiter entfernt. Kleinere Tröpfchen und trockene Salzpartikel gelangen viel weiter von der Straße weg.

In dem Papier wird dargelegt, dass alle für den Winterdienst verwendeten Salze (Chloride) korrosiv sind, und es stellt Magnesiumchloridmischungen infrage, die als nicht korrosiv beworben werden. Das oben zitierte Whitepaper des Gehäuseherstellers führt dies für Gehäuse ebenfalls an: In kalten Regionen, in denen Chloride als Streusalz eingesetzt werden, „können diese auch in Typ 304 zu signifikanter Lochfraßkorrosion führen“, weshalb 304 dort ohne regelmäßige Reinigungsintervalle nicht empfohlen wird. Die IMOA rät zudem dazu, bei Bauteilen, die mit Meerwasser oder Streusalz bespritzt, besprüht oder eingetaucht werden, einen Experten für Edelstahlkorrosion zu Rate zu ziehen. Für ein Gehäuse an einer gesalzenen Straße, einer Laderampe oder einem Parkhaus bedeutet dies 316L, möglichst außerhalb der Spritzzone montiert und nach der Wintersaison gereinigt.

Reinigungsmittel und Prozesschemikalien: 304 vs 316L

Alleima, ein Edelstahlhersteller (früher Teil von Sandvik), veröffentlicht Laborkorrosionstabellen für seine Werkstoffe, einschließlich Alleima 3R12 (ASTM TP304L / TP304) und 3R60 (ASTM TP316L / TP316). Die folgenden Zeilen sind Chemikalien, die in der Nähe von Gehäusen in Werken vorkommen: Desinfektionsmittel, Reinigungsäuren, Laugen und Prozesssäuren.

Legende: 0 = Korrosionsrate unter 0.1 mm/Jahr, „korrosionsbeständig“; 1 = 0.1 bis 1.0 mm/Jahr, „nicht korrosionsbeständig, aber in bestimmten Fällen nützlich“; 2 = über 1.0 mm/Jahr, „schwere Korrosion“; p = Gefahr von Loch- und Spaltkorrosion; s = Gefahr von Spannungskorrosionsrissbildung.

Drei Dinge fallen auf. Chlorbleiche birgt für beide Güten auch bei Raumtemperatur ein Lochfraßrisiko, daher ist ein einwirkendes Desinfektionsmittel, das antrocknet, unabhängig von der gewählten Güte ein Problem: Spülen Sie es ab. Heiße organische Säuren (Zitronen-, Milchs-, Essig-, Ameisensäure) und verdünnte Schwefelsäure sind Bereiche, in denen 316L deutlich überlegen ist. Ätschen, Salpetersäure und Wasserstoffperoxid in diesen Konzentrationen werden für beide mit 0 bewertet.

Die Daten von Alleima stammen aus Labortests mit reinen Chemikalien in luftgesättigtem Wasser an geglühtem Material mit sauberen Oberflächen. Handelsübliche Reiniger sind Mischungen, und Ablagerungen, Spalten sowie das Eintrocknen verschärfen die Bedingungen. Betrachten Sie die Tabelle daher als Orientierungshilfe und beachten Sie die Herstellerhinweise der Reinigungsmittel für Edelstahl.

Washdown, Desinfektionsmittel und Lebensmittelbetriebe

Beide Werkstoffgüten sind Standardmaterialien in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Der europäische Edelstahlentwicklungsverband beschreibt 316 als besonders beständig gegen hohe Chloridkonzentrationen sowie geeignet für salzhaltige Lebensmittel und aggressive Medien. In der Praxis:

• Regelmäßige Washdown mit Wasser und milden, abspülbaren Reinigungsmitteln: 304 ist die übliche Wahl.
• Lake, salzige oder saure Produkte oder chlorbasierte Desinfektionsmittel: 316L. Die chemische Richtlinie für Lebensmittelwerke warnt, dass Chloride bei niedrigem pH-Wert Lochfraß an Edelstahl verursachen, empfiehlt 316 für Lake und betont das Abspülen mit Süßwasser.
• Jeder Werkstoff: Chloridhaltige Reiniger nicht auf der Oberfläche einwirken lassen; abspülen. Verwenden Sie niemals Salzsäure auf oder in der Nähe von Edelstahl.

Pharmazeutische und biotechnologische Prozessausrüstung wird üblicherweise aus 316L gefertigt; die ASME-Publikationen zur Bioprozesstechnik (BPE) konzentrieren sich auf 316L (UNS S31603) Rohrleitungen.

Heiß und feucht: Spannungsrisskorrosion durch Chloride

Ein Ausfallmodus, den 316L nicht verhindert: Spannungsrisskorrosion durch Chloride. Die Specialty Steel Industry of North America merkt an, dass diese unter etwa 60 °C (140 °F) selten auftritt und dass sowohl 304/304L als auch 316/316L oberhalb dieser Temperatur sehr anfällig sind. Ein Gehäuse bei normaler Umgebungstemperatur ist nicht gefährdet. Ein Gehäuse, das an heißer, feuchter, chloridhaltiger Ausrüstung montiert ist, hingegen schon, unabhängig davon, aus welchem der beiden Werkstoffe es gefertigt wurde.

Das „L“: niedriger Kohlenstoffgehalt und Schweißnähte

Das L steht für niedrigen Kohlenstoffgehalt. Der Standard 316 erlaubt bis zu 0.08% Kohlenstoff; 316L erlaubt 0.030%. Wenn Edelstahl geschweißt wird, kann sich Kohlenstoff an den Korngrenzen nahe der Schweißnaht mit Chrom verbinden (Sensibilisierung), wodurch diese Bereiche in korrosiven Umgebungen anfällig für interkristalline Korrosion werden. Ein niedriger Kohlenstoffgehalt reduziert dieses Risiko und verbessert die Schweißnahtkorrosionsbeständigkeit, weshalb L-Güten für den Schweißkonstruktionsbau bevorzugt werden.

Warum Edelstahl Rostflecken aufweist und wie man diese vermeidet

Braune Flecken auf einem neuen Edelstahlgehäuse sind fast immer Eisen und nicht der Edelstahl selbst. Die IMOA führt die üblichen Quellen auf: kontaminierte Werkzeuge oder abrasive Medien, Stahlwolle oder Kohlenstoffstahlbürsten, in der Luft schwebende Stahlpartikel durch nahegelegenes Schleifen sowie Kratzer. Sobald Eisen auf der Oberfläche ist, „tritt Korrosion schnell auf und kann bereits innerhalb weniger Tage sichtbar werden“.

• Bohren, Schneiden und Entgraten Sie Edelstahl nur mit Werkzeugen, die ausschließlich für Edelstahl vorgesehen sind. Reinigen Sie ihn niemals mit Stahlwolle oder einer Kohlenstoffstahlbürste.
• Schützen Sie installierte Gehäuse während der Bauarbeiten vor Schleiffunken und Stahlstaub.
• Reinigen Sie in Schliffrichtung mit einem weichen Tuch oder einem kratzfreien Pad, spülen Sie mit sauberem Wasser ab und trocknen Sie die Oberfläche ab.
• Kontaminierte Teile können durch chemische Reinigung und Passivierung wiederhergestellt werden; ASTM A380 und ASTM A967 beschreiben die Verfahren zur Reinigung, Entkalkung und Passivierung, einschließlich des Tests auf freies Eisen.

Kann ein Magnet 304 von 316L unterscheiden?

Nein. Beide sind austenitische Edelstähle. Im geGlühten Zustand sind sie praktisch nicht magnetisch, und entweder kann leicht magnetisch werden, wo sie kalt bearbeitet wurde, beispielsweise an Biegen. Das Auseinanderhalten erfordert eine chemische Analyse oder das Werkzeugzeugnis, nicht einen Magneten. Ein tragbarer Röntgenstrahl (XRF)-Analyser kann das Molybdän erkennen, das 316 kennzeichnet, kann aber kein Kohlenstoff messen, also kann er den L nicht bestätigen; Wahl zwischen 304 und 316L für gefertigte Teile erklärt diesen Test.

Kosten

316L ist teurer als 304; es enthält Molybdän und mehr Nickel. Wo Chloride vorhanden sind, verursacht der günstigere Werkstoff über die Lebensdauer des Gehäuses meist höhere Kosten durch Reinigung, Fleckenbildung und Austausch; wo sie nicht vorhanden sind, bietet 316L kaum Vorteile.

Welcher Werkstoff für welchen Einsatzort?

Unsere 304 und 316L Gehäuse

Jede NEMA4 Enclosure Wandgehäusegröße wird in beiden Werkstoffen gefertigt, mit einer #4 Schliffbildoberfläche, einer durchgehenden Dichtung und einer herausnehmbaren Montageplatte: 65 Größen von 6 × 4 × 4 Zoll bis 60 × 36 × 16 Zoll (H × B × T). HMI Gehäuse für IMD Panel-PCs sind 304. Wandgehäuse sind in beiden Werkstoffen vom Hersteller gemäß NEMA 4X / IP66 eingestuft; nicht UL-gelistet. Für die Kurzfassung dieser Seite siehe 304 oder 316L auf einen Blick.

Häufig gestellte Fragen

Quellen

1. P. Cutler, Nickel Development Institute (jetzt Nickel Institute), „Edelstähle und Trinkwasser weltweit“, Tabelle 2 Chloridwertrichtlinien (BSSA-Kopie)
2. ASSDA, "Chlor vs. Chlorid" (Annahmen hinter den Chloridrichtlinien)
3. Rittal, „White Paper: Edelstahlgehäuse und industrielle Anwendungen“ (ppm Chlorid, Küstenfaustregel, Enteisung)
4. IMOA, C. Houska, „Tausalz – Erkennen der Korrosionsgefahr“ (Entfernungen von Straßen, Spritzwasserzone)
5. Alleima, Korrosionstabellen (Natriumhypochlorit, Salzsäure, Schwefelsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Essigsäure, Ameisensäure, Phosphorsäure und Salpetersäure, Natriumhydroxid, Wasserstoffperoxid; 3R12 und 3R60)
6. ATI, Typ 304 Datenblatt (ASTM A240 Zusammensetzungsgrenzwerte)
7. ATI, Typ 316L Datenblatt (ASTM A240 / ASME SA-240 Zusammensetzungsgrenzwerte)
8. International Molybdenum Association (IMOA), „Welcher Edelstahl sollte für Außenanwendungen spezifiziert werden?“ (PREN, Küstenabstand, Standortbewertung, Oberflächenbeschaffenheit, Reinigung, Eisenkontamination)
9. IMOA, FAQ zu Molybdän-haltigem Edelstahl (L-Güten, Küstenrichtlinien)
10. Euro Inox, „Reinigung von architektonischem Edelstahl“ (Tea-Staining, Ra 0.5 µm, vertikale Polierlinien, Regenwäsche)
11. Euro Inox, "Edelstahl in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie"
12. ASSDA, "316: der erste Schritt nach oben" (Lochfraßkorrosion und Spaltkorrosion)
13. ASSDA, "Fragen zum Kohlenstoff" (Sensibilisierung, interkristalline Korrosion)
14. British Stainless Steel Association, austenitische Edelstähle (Kohlenstoffgrenzwerte für 304/316 und L-Güten)
15. SSINA, Chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion
16. SSINA, Designrichtlinien zur Auswahl und Verwendung von Edelstählen (magnetische Eigenschaften)
17. Hydrite, „Lochfraß durch Chloride bei Edelstahl“ (Lebensmittelverarbeitung)
18. ASME, BPE-Publikation zu UNS S31603-Rohren
19. ASTM A967/A967M, Chemische Passivierungsbehandlungen für Edelstahlteile und ASTM A380/A380M, Reinigung, Entschälung und Passivierung von Edelstahl