Vergleich 1.4305 JiS SUS303Cu JiS SUS303

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo allerseits,

für ein Bauteil habe ich auf der Zeichnung das Material 1.4305 angegeben.
Da unser international aufgestellter Zulieferer Materialien nicht nach europäischen Normbezeichnugen, sondern nur nach japanischen Standardbezeichnungen beziehen kann, wurde mir nun als Alternativmaterial „JIS SUS303Cu“ (ggf. auch „JIS SUS303“) angeboten.

Um zu prüfen, ob die Materialien gleich sind, habe ich den japanischen Standard „JIS G 4303:2005“ aus dem Jahre 2005 gekauft. Bei der Betrachtung der chemischen Zusammensetzung sind mir folgende Unterschiede aufgefallen:

Kohlenstoffgehalt:
1.4305: C max.= 0,10%
JIS SUS303: C max.= 0,15%
JIS SUS303Cu: C max.= 0,15%

Phosphorgehalt:
1.4305: P max.= 0,045%
JIS SUS303: P max.= 0,200%
JIS SUS303Cu: P max.= 0,200%

Schwefelgehalt:
1.4305: S min.= 0,15% S max.= 0,35%
JIS SUS303: S min.= 0,15% S max.= ???
JIS SUS303Cu: S min.= 0,15% S max.= ???

Kupfergehalt:
1.4305: Cu —
JIS SUS303: Cu —
JIS SUS303Cu: Cu 1,5%…3,5%

Wie wirken sich der höhere Kohlenstoff-, Phosphor-, Schwefelanteil auf das Material aus?
Welchen Einfluss hat ein zusätzlicher Kupferanteils im JIS SUS303Cu?

In dem japanischen Standard finde ich für die beiden Materialien JIS SUS303 und für JIS SUS303Cu keine Angabe zum maximalen Schwefelgehalt. Habe ich da etwas übersehen oder ist dieser Wert nicht definiert?

Sofern ich es richtig verstehe, erfüllt ein 1.4305 Material die Anforderungen des JIS SUS303. Umgekehrt jedoch erfüllt der JIS SUS303 Standard nicht die Anforderungen des DIN 1.4305 ?

Wäre klasse, wenn mir jemand zumindest die ersten beiden Fragen mit den Auswirkungen der höheren Legierungsanteile beantworten könnte.

Viele Grüße
-SMT-

#2

Der 1.4305 (auch X10CrNiS18-9) ist ein Automatenstahl. Bei Automatenstählen wird der Schwefelgehalt so eingestellt, das ein Kurzbrechender Span vorliegt.
Schwefel ist im Stahl aber generell immer kritisch, wenn es zu einer Wärmebehandlung kommt (Schweißen). Durch den Schwefel bildet sich im Stahl ein FeS-FeO und Fe-FeS Eutektikum welches einen Schmelzpunkt von 850-900°C bzw 988°C hat. Dies führt dann zur Rotbrüchigkeit.
Generell ist Schwefel auch schlecht für die mechanischen Eigenschaften des Stahls (-> Versprödung).
Der Phosphortgehalt erscheint mir mit max 0,200% sehr hoch. Gezielt mit Phosphor legiert wird nur zur erhöhung der Korrosionsbeständigkeit (aber nur 0,06%-0,15%). Ansonsten führt Phosphor auch zur Versprödung. Ich gehe jedoch davon aus, das dieser Wert im Stahl nicht erreicht wird.
Kupfer dient ebenfalls der Verbesserung der Korrosionseigenschaften insbesondere wenn noch Molybdän mit ins Spiel kommt.

Die Werte die Angegeben sind die Randwerte der Spezifikation. Der 1.4305 wird, nach kurzer Recherche, als SUS303 in den jeweiligen Ländern Verkauft. Die Stähle sollten also Vergleichbar sein. Zu dem SUS303Cu würd ich nur Raten, wenn die Anwendung des Bauteils eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit verlangt.

#3

Hallo :-SMT-,

um den Einfluß der Legierungselemente C, P und S auf Stahl zu erfahren, gibt es im Internet eine Menge an Informationen (s. z.B http://drzoom.ch/project/stahl/stahlx.htm). Der Elementgehalt ist eine Sache; eine wesentlicher Unterschied zwischen DIN-EN und JIS ist die Probenlänge für den Zugversuch und damit für die Mechanischen Werte eines Stahls. In der Regel sind JIS-Proben kürzer (50 mm zu 80 mm der DIN-EN-Probe) und weisst damit niedrigere mechanische Werte als DIN-EN-Werte auf. Je nach Verwendungszweck/Einsatzweck kann das zu Probleme führen.

Die Vergleichbarkeit von Analysen ist ebenfalls mit Vorsicht zu genießen. Kupfer gilt in der Regel als Spurenelement und ist bei Werten unter der Nachweisgrenze im Vergleich zu den festigkeitssteigernden Elementen (Si, Ti, Nb, Mn, Mb, P, S, C) zu vernachlässigen.

Ich würde mir folgende Dinge überlegen:

  1. Einsatzzweck des Materials
  2. Mechanischen Werte des neuen Werkstoffes (hier allerdings die Vergleichbarkeit im Auge behalten). Grundsätzlich weisen Werkstoffe mit höheren Festigkeitswerte niedrigere Dehnungswerte auf.
  3. Analyse (im Bezug auf den Verwendungszweck)

In meiner Branche ist es üblich, das der Kunde über einen Werkstoffwechsel informiert werden muss, da bei der Weiterverarbeitung des Werkstoffes die notwendigen Maschinen angepasst werden müssen (Werkstoff verhält sich anders, Stichwort Rückfederung). Diese sind in der Regel äußerst ungehalten und akzeptieren den neuen Werkstoff nur dann, wenn der alte Werkstoff nicht mehr erhältlich ist und der neue Werkstoff eine Reihe von Zulassungstest überstanden hat.

Das ganze Thema ist äußerst „trocken“. Auf den Punkt gebracht: Vorsicht beim Vergleich von Äpfel mit Birnen.

Ich hoffe, ich konnte helfen…

Viele Grüße
Morpheus29

#4

es tut mir leid, ich kann dir hier nicht weiterhelfen

MfG Hermann

Hallo allerseits,

für ein Bauteil habe ich auf der Zeichnung das Material 1.4305
angegeben.
Da unser international aufgestellter Zulieferer Materialien
nicht nach europäischen Normbezeichnugen, sondern nur nach
japanischen Standardbezeichnungen beziehen kann, wurde mir nun
als Alternativmaterial „JIS SUS303Cu“ (ggf. auch „JIS SUS303“)
angeboten.

Um zu prüfen, ob die Materialien gleich sind, habe ich den
japanischen Standard „JIS G 4303:2005“ aus dem Jahre 2005
gekauft. Bei der Betrachtung der chemischen Zusammensetzung
sind mir folgende Unterschiede aufgefallen:

Kohlenstoffgehalt:
1.4305: C max.= 0,10%
JIS SUS303: C max.= 0,15%
JIS SUS303Cu: C max.= 0,15%

Phosphorgehalt:
1.4305: P max.= 0,045%
JIS SUS303: P max.= 0,200%
JIS SUS303Cu: P max.= 0,200%

Schwefelgehalt:
1.4305: S min.= 0,15% S max.= 0,35%
JIS SUS303: S min.= 0,15% S max.= ???
JIS SUS303Cu: S min.= 0,15% S max.= ???

Kupfergehalt:
1.4305: Cu —
JIS SUS303: Cu —
JIS SUS303Cu: Cu 1,5%…3,5%

Wie wirken sich der höhere Kohlenstoff-, Phosphor-,
Schwefelanteil auf das Material aus?
Welchen Einfluss hat ein zusätzlicher Kupferanteils im JIS
SUS303Cu?

In dem japanischen Standard finde ich für die beiden
Materialien JIS SUS303 und für JIS SUS303Cu keine Angabe zum
maximalen Schwefelgehalt. Habe ich da etwas übersehen oder ist
dieser Wert nicht definiert?

Sofern ich es richtig verstehe, erfüllt ein 1.4305 Material
die Anforderungen des JIS SUS303. Umgekehrt jedoch erfüllt der
JIS SUS303 Standard nicht die Anforderungen des DIN 1.4305 ?

Wäre klasse, wenn mir jemand zumindest die ersten beiden
Fragen mit den Auswirkungen der höheren Legierungsanteile
beantworten könnte.

Viele Grüße
-SMT-

#5

Hallo,

nach erster Betrachtung Deiner Analyse entsprechen die japanischen Güten wohl eher einem 1.4301.

der höherer C-Gehalt bewirkt eine höhere Festigkeit, das Naterial ist dann aber auch etwas spröder.
Der Schwefel wird bei allen Stählen versucht gegen einen Gehalt von Null zu drücken, da es sich um eine Verunreinigung handelt.
Bei den rostfreien Stählen bildet 1.4305 eine Ausnahme. Hier wird eine Restschwefelgehalt zugelassen, da Schwefel den Spanbruch fördert. 1.4305 wird daher bei Massendrehteilen oder bei Drehteilen mit komplexer Geometrie eingesetzt - soviel ich weiss gibt hierzu ausserhalb der EU kein Adäquat. Bei fehlenden Schwefel gibt es verschiedene Ansätze, die Zerspanfähigkeit zu erhöhen - eine Möglichkeit ist die Zugabe von Kupfer. Auch erhöht Kupfer die Zähigkeit bei gleichbleibend hoher Festigkeit.
Die Korrosionsbeständigkeit des 1.4305 ist nicht so gut wie die der Alternativgüten, da Schwefel die interkristalline Korrosion begünstigt.
Insbesondere sollten vor Freigabe des Werkstoffs folgende Parameter beprüft werden :

  • gewünschte Festigkeit und Bruchdehnung des Bauteils
  • gewünschte Korrosionsbeständigkeit
  • Bauteilgeometrie und Zerspananteil zur Ermittlung, ob 1.4305 benötigt wird.

Insbesondere hinsichtlich der Zerspaneigenschaften sollten auf EU-Ware zurückgegriffen, da hier seitens der Hersteller spezielle IM-Güten (improved machinebility) für Zerspanung angeboten werden. Beispiele hierfür wären UGIMA 4305 oder UGIMA 4305 HM (siehe auch www.ugitech.com).

Mit Gruss aus Butzbach

Jan Krankl

#6

Hallo SMT,
zu den japanischen Standards kann ich leider nichts sagen.
Zu den Legierungselementen folgendes, sofern es mir noch einfällt:
KOHLENSTOFF:

  • verringert Schmelz- und Umwandlungstemperatur
  • erhöht Zugfestigkeit und Streckgrenze
  • verringert Bruchdehnung und Brucheinschnürung
  • ermöglicht Abschrecken von Stahl
  • ist für die Härtbarkeit verantwortlich
  • verringert Wärmeleitfähigkeit und spez. Gewicht
  • verringert Schweißbarkeit durch Bildung von Härterissen
  • bildet durch die Verbindung mit Chrom, Chromkarbide
    PHOSPHOR:
  • neigt zum Seigern, dies kann durch längere Glühzeiten beseitigt werden
  • bei Gehalt über 0,2% tritt Kaltbrüchigkeit ein, Kaltverformung dann nicht möglich
  • verursacht beim Schweißen Schweißrissigkeit
  • Zähigkeit wird reduziert
  • in Verbindung mit kleinen Kohlenstoffanteilen können Korngrenzbrüche auftreten
  • geringe Erhöhung der Rostbeständigkeit und Verschleißfestigkeit
  • verbessert Oberflächengüte bei Zulegierung von bis zu 0,2%
    SCHWEFEL:
  • lagert sich an en Korngrenzen ab
  • kann beim Schmieden zu Heißbruch führen
  • fördert die Spanbrüchigkeit
  • hat generell eine schädigende Wirkung und wird daher auf Maximalwerte begrenzt
  • schränkt Korrosionsbeständigkeit für manche Anwendungen ein
  • durch Zugabe von Mangan (ansonsten auch Rotbruchgefahr) bilden sich Sulfide. Diese machen den Stahl durch das Walzen querempfindlich. D.h., die Kerb- u. Bruchdehnungswerte, quer zur Verformungsrichtung, liegen wesentlich unter den Längswerten
    KUPFER:
  • erhöht die Rostbeständigkeit
  • verbessert die Kaltstaucheigenschaft

Ich hoffe die Angaben führen nicht zu noch mehr Verwirrung.