304l roestvrij staalpoeder

Overzicht

304L roestvrij staalpoeder is een austenitisch chroom-nikkel roestvrij staalpoeder met een laag koolstofgehalte. Het biedt uitstekende corrosieweerstand, goede vervormbaarheid en lasbaarheid en wordt veel gebruikt voor toepassingen in de poedermetallurgie.

De 'L' duidt op een lager koolstofgehalte vergeleken met 304 standaardkwaliteit. Het lage koolstofgehalte minimaliseert carbideprecipitatie en maximaliseert de corrosieweerstand. Poedermetallurgie 304L biedt een kosteneffectief alternatief voor 316L voor niet-kritieke toepassingen waarvoor geen molybdeenlegering nodig is.

Dit artikel geeft een diepgaand inzicht in de samenstelling, eigenschappen, verwerking, toepassingen, specificaties, leveranciers, kosten en andere technische details van 304L roestvrijstalen poederbedekking.

Samenstelling

De nominale samenstelling van 304L roestvrij staalpoeder staat hieronder vermeld:

Tabel: Typische samenstelling van 304L roestvrij staalpoeder

Element	Gewicht %
Chroom (Cr)	18-20
Nikkel (Ni)	8-10.5
Mangaan (Mn)	<2
Silicium (Si)	<1
Koolstof (C)	<0,03
Zwavel (S)	<0,03
Fosfor (P)	<0,045
Stikstof (N)	<0,1
Ijzer (Fe)	Evenwicht

 

Chroom en nikkel zijn de belangrijkste legeringselementen. Chroom biedt weerstand tegen corrosie en oxidatie. Nikkel verbetert de taaiheid, taaiheid en lasbaarheid.

Mangaan en silicium verhogen de sterkte. Koolstof wordt zeer laag gehouden voor optimale corrosieweerstand. Zwavel, fosfor en stikstof zijn onzuiverheden die tot een minimum worden beperkt.

Eigenschappen

De belangrijkste eigenschappen van 304L roestvrij staalpoeder in gegloeide toestand worden hieronder weergegeven:

Tabel: Eigenschappen van 304L roestvrij staalpoeder

Eigendom	Waarde
Dikte	7,9-8,1 g/cm3
Ultieme treksterkte	505-620 MPa
Opbrengststerkte	205-275 MPa
Verlenging	≥40%
Hardheid	≤92 HRB
Elasticiteitsmodulus	190-210 GPa
Smeltpunt	1400-1450°C
Warmtegeleiding	16 W/mK
Elektrische weerstand	0,072 μΩ-cm

 

De combinatie van eigenschappen maakt 304L zeer bruikbaar voor een breed scala aan toepassingen. De austenitische microstructuur zorgt voor ductiliteit, taaiheid en niet-magnetisch gedrag. 304L heeft een uitstekende corrosieweerstand vergelijkbaar met 316L roestvrij staal.

Door poeder met een ultralaag koolstofgehalte te selecteren, kan carbideprecipitatie worden vermeden om de corrosieweerstand in kritische toepassingen te maximaliseren. Sterkte en hardheid kunnen worden verhoogd door koudvervormen.

Toepassingen

Typische toepassingen voor 304L roestvrij staalpoeder zijn onder meer:

• Apparatuur voor voedselverwerking
• Farmaceutische gereedschappen
• Componenten van chemische fabrieken
• Architecturale panelen, balustrades
• Medische instrumenten en implantaten
• Maritieme hardware, fittingen, bevestigingsmiddelen
• Consumentenproducten, apparaten
• Poedermetallurgie mechanische onderdelen
• 3D-printpoeders

304L biedt kosteneffectieve corrosieweerstand vergeleken met 316L wanneer molybdeenlegeringen niet nodig zijn voor zeer corrosieve omgevingen. De uitstekende polijstbaarheid en niet-magnetische eigenschappen passen ook bij 304L voor architecturale bekleding en hardwarecomponenten.

Poedermetallurgie wordt vaak gebruikt om kleine precisieonderdelen uit 304L te produceren bij hoge volumes in plaats van machinale bewerking. Additieve productie maakt gebruik van 304L-poeder voor prototypes, gereedschappen en eindgebruikscomponenten in verschillende industrieën.

Poeder productie

304L roestvrij staalpoeder wordt commercieel vervaardigd via gasverneveling of watervernevelingsprocessen.

In gasverneveling, desintegreert een inerte gasstroom onder hoge druk het gesmolten metaal in fijne druppeltjes, waardoor bolvormige poeders ontstaan die ideaal zijn voor additieve productie en MIM. De deeltjesgrootteverdeling wordt geregeld via procesparameters.

Waterverneveling gebruikt waterstralen onder hoge druk om de metaalstroom in fijne deeltjes op te breken. Dit genereert onregelmatige vormen van satellietdeeltjes. Het poeder heeft een nabehandeling nodig voor additieve productie.

Plasma-verneveling wordt soms gebruikt om zeer bolvormige, schone poeders te produceren uit een metaalplasmastroom in een gecontroleerde inerte atmosfeer. Dit garandeert een hoge zuiverheid en vloeibaarheid.

Poederspecificaties

304L roestvrij staalpoeder is in de handel verkrijgbaar in verschillende groottebereiken, morfologieën en kwaliteitsniveaus. Enkele typische poederspecificaties vindt u hieronder:

Tabel: 304L roestvrijstalen poederspecificaties

Attribuut	Details
Deeltjesgroottes	15-45 µm, 10-100 µm
Morfologie	Bolvormig, onregelmatig
Schijnbare dichtheid	2,5-4,5 g/cm3
Tik op dichtheid	4-5 g/cm3
Debiet van de hal	<30 s/50 g
Puurheid	>99,5%
Zuurstofgehalte	<2000 ppm
Vochtgehalte	<0,2%

 

Kleinere deeltjesgroottes onder 45 μm hebben de voorkeur voor het vastleggen van fijne kenmerken bij additieve productie. Bolvormige deeltjes zorgen voor een goede vloeibaarheid. De schijnbare dichtheid correleert met de efficiëntie van de poederverpakking.

Hoge zuiverheid, weinig zuurstof en gecontroleerde vochtniveaus zorgen voor hoogwaardige gesinterde eigenschappen. Gasverstoven poeder biedt de beste specificaties voor kritische toepassingen.

Normen en kwaliteiten

304L roestvrij staalpoeder voldoet aan de volgende normen:

• ASTM A240 – Standaard voor chroom- en chroomnikkelroestvrij stalen platen, platen en strippen
• ASTM A313 – Standaard voor roestvrijstalen verendraad
• ASTM A314 – Standaard voor gebogen roestvrijstalen draad
• AMS 5501 – Roestvrijstalen staven, draad, smeedstukken, buizen met laag koolstofgehalte
• AMS 5647 – Roestvrij staalpoeder, verneveld, 304L

Equivalente cijfers zijn onder meer:

• UNS-S30403
• Werkstoff nr. 1.4306
• SUS304L
• SS2348

Poeder kan worden verkregen volgens ASTM-specificaties of een aangepaste samenstelling voor specifieke toepassingen. Ultra-laag koolstofgehalte en enkelvoudig geperste poeders zorgen voor optimale eigenschappen.

Kostenanalyse

304L roestvrij staalpoeder kost tussen $15-30 per kg voor gasverneveld materiaal. Met water verneveld poeder is goedkoper bij $8-15/kg, maar heeft minder bolvormigheid.

Prijzen variëren op basis van het ordervolume, het deeltjesgroottebereik, de poedermorfologie, de zuiverheidsniveaus en de marges van de fabrikant/distributeur.

Voor afgewerkte onderdelen is 304L verantwoordelijk voor 30-60% aan MIM-componentkosten, afhankelijk van de onderdeelgrootte en complexiteit. Kleine onderdelen in grote volumes hebben een lager aandeel in de materiaalkosten.

Poederopslag en -hantering

Om verontreiniging te voorkomen en de poedereigenschappen te behouden, moet 304L roestvrij staalpoeder als volgt worden opgeslagen en behandeld:

• Bewaren in afgesloten containers in een koele, droge omgeving
• Gebruik een spoeling met inert gas of een vacuüm om het ophopen van vocht te voorkomen
• Uit de buurt houden van vonken, vlammen en ontstekingsbronnen
• Aard alle apparatuur voor het hanteren en overbrengen van poeder
• Vermijd contact met verontreinigingen zoals olie, vet, verf, enz.
• Gebruik PBM’s – masker, handschoenen, oogbescherming bij het hanteren van poeder

Gemorst poeder moet onmiddellijk worden schoongemaakt met vonkvrij gereedschap en HEPA-stofzuigen. Poeders zijn matig gevoelig voor blootstelling aan vocht en lucht. Een goede opslag is de sleutel.

Metaal spuitgieten

304L wordt veel gebruikt voor het spuitgieten van kleine, complexe onderdelen met behulp van poedermetallurgie. Belangrijke overwegingen zijn onder meer:

• Grondstof: 60-68% poederlading met meercomponenten bindmiddelsysteem
• Vormgeven: Hoge shotgrootte, hoge injectiesnelheid, hoge houddruk
• Ontbinden: Ontbinding met oplosmiddel gevolgd door thermische ontbinding
• Sinteren: 1350-1400°C in waterstof- of vacuümatmosfeer
• Secundaire bewerkingen: Bewerking, lasermarkeren, passiveren, elektrolytisch polijsten

MIM-servicebureaus hebben best practices opgesteld voor hoogwaardige 304L-onderdelen met gesinterde eigenschappen die vergelijkbaar zijn met smeedmateriaal.

Ontwerp voor AM

Voor additieve productie met 304L roestvrij staalpoeder zijn de belangrijkste ontwerprichtlijnen onder meer:

• Wanddiktes van meer dan 1 mm aanhouden
• Gebruik zelfdragende geometrieën met hoeken boven 45°
• Voorzie afvoergaten om niet-gefuseerd poeder te verwijderen
• Observeer de bouworiëntatie-effecten op eigenschappen
• Houd rekening met een krimp van 20-25% bij het ontwerpen van bijpassende onderdelen
• Houd rekening met bewerkingstoeslagen van 0,5-1 mm voor kritische passingen
• Verminder overhangen, bruggen en fijne details die ondersteuning vereisen

Kwaliteitscontrole

Kwaliteitscontroletests uitgevoerd op 304L roestvrij staalpoeder omvatten:

• Chemische analyse – ICP en OES om de samenstelling te verifiëren
• Deeltjesgrootteanalyse – Laserdiffractie deeltjesgrootte-analysator
• Poedermorfologie – SEM-beeldvorming bij hoge vergrotingen
• Schijnbare dichtheid en tapdichtheid – Hall-flowmetermethode
• Poederdebiet – Hall-debietmeter-trechtermethode
• Verlies bij verbranding – ASTM E in zwaartekrachtoven
• Vochtanalyse – Karl Fischer-titratie, LECO-analyse

Voor gesinterde MIM-onderdelen omvat het testen:

• Maattoleranties – CMM-inspectie
• Dichtheid – Archimedes-methode
• Microstructuur – Optische microscopie, beeldanalyse
• Mechanisch testen – Hardheid, treksterkte, vermoeidheid, Charpy-impact

Gezondheid en veiligheid

Zoals de meeste roestvrijstalen poeders en onderdelen vormt 304L bij juiste hantering weinig gezondheidsrisico's:

• Draag PPE bij het hanteren van poeder – masker, handschoenen, veiligheidsbril
• Vermijd contact met de huid om sensibilisatie te voorkomen
• Gebruik een HEPA-gefilterde stofzuiger voor het opruimen van stof en poeder
• Vermijd het inademen van las- of smeltdampen
• Afvoeren volgens de plaatselijke milieuvoorschriften
• Zorg voor voldoende ventilatie en ademhalingsbescherming bij het slijpen of bewerken van gesinterde onderdelen

Er zijn geen speciale voorzorgsmaatregelen voor het verwijderen nodig voor 304L. Met goede procedures levert dit minimaal gevaar op voor werknemers en het milieu.

FAQ

1. Wat is het verschil tussen 304 en 304L roestvrij staalpoeder?

   304L heeft een lager koolstofgehalte (<0,03%) dan 304 (<0,08%) voor een betere corrosieweerstand, vooral bij lassen. 304 komt vaker voor.

2. Heeft 304L-poeder een gecontroleerde atmosfeer nodig?

   Niet noodzakelijkerwijs, maar opslag in afgesloten containers met inert gas voorkomt oxidatie en vervuiling.

3. Welke deeltjesgrootte is het beste voor AM?

   15-45 micron is typisch voor poederbedfusie AM en zorgt voor een goede vloei en hoge resolutie. Er worden ook grotere formaten van 45-100 micron gebruikt.

4. Wordt 304L gebruikt voor 3D-printen van metaal?

   Ja, 304L wordt veel gebruikt voor 3D-printen met poederbed en gerichte energiedepositie om prototypes, gereedschappen en onderdelen voor eindgebruik te maken.

5. Wat zorgt ervoor dat poeder oxideert en de herbruikbaarheid verliest?

   Blootstelling aan lucht/vocht veroorzaakt oppervlakteoxidatie. Een goede afgesloten opslag met droogmiddel en zuurstofabsorbeerders voorkomt dit.

6. Moet 304L oplossingsgloeien na lasersinteren?

   Ja, spanningsverlichting bij 1050-1150°C en snelle afkoeling helpen de ductiliteit en taaiheid te herstellen na de snelle stolling.

7. Welke afwerking kan worden verwacht op gesinterde MIM 304L-onderdelen?

   Aanvankelijk rond Ra 3-6 micron. Polijsten en etsen kan minder dan 0,5 micron bereiken. Plating geeft ook een gladde afwerking.

8. Welke tolerantie kan worden bereikt met 304L MIM-onderdelen?

   ±0,1-0,3% is typisch, maar toleranties onder ±0,1% zijn mogelijk voor componenten met hoge precisie.

9. Waarom heeft 304L de voorkeur boven roestvrij staal 304?

   Het lagere koolstofgehalte geeft 304L een betere corrosieweerstand, vooral voor lasnaden, waardoor de sensibilisatie wordt verminderd. Het is de dominante graad geworden.

10. Wat is de kostenpremie voor 304L versus 304 poeder?

    Typisch 10-30% hogere kosten voor 304L vanwege de lagere koolstofsamenstelling. Prijs is ook afhankelijk van de bestelde hoeveelheden.