Stahl ist zweifellos eines der beliebtesten und am häufigsten verwendeten Materialien. Es wird im Bauwesen, in der Automobilindustrie, in der Gastronomie und sogar in der Medizin eingesetzt. Nicht alle Stahlsorten sind jedoch für Metallkonstruktionen oder für den Einsatz in der Gastronomie geeignet. Es wurden bereits viele Stahlarten entwickelt, von denen jede für etwas anderes verwendet wird. Weitere Informationen zu den Stahlsorten und -anwendungen finden Sie in diesem Artikel.
Stahl ist zweifellos eines der beliebtesten und am häufigsten verwendeten Materialien. Es wird im Bauwesen, in der Automobilindustrie, in der Gastronomie und sogar in der Medizin eingesetzt. Nicht alle Stahlsorten sind jedoch für Metallkonstruktionen oder für den Einsatz in der Gastronomie geeignet. Es wurden bereits viele Stahlarten entwickelt, von denen jede für etwas anderes verwendet wird. Weitere Informationen zu den Stahlsorten und -anwendungen finden Sie in diesem Artikel.
- Was ist Stahl und wie wird er hergestellt?
- Mechanische und technologische Eigenschaften von Stahl
- Welche Stahlsorten gibt es eigentlich?
- Unlegierte Stähle
- Legierter Stahl
- Stahlbezeichnung nach Anwendungszweck
- Stahlbezeichnungen – wie erkennt man die Unterschiede zwischen einzelnen Stahlsorten?
- Je mehr Herstellungsmethoden, desto mehr gibt es Stahlsorten
Was ist Stahl und wie wird er hergestellt?
Trotz seiner Beliebtheit wissen nur wenige Menschen, wie sich Stahl von anderen Metallen unterscheidet. Zu Beginn sollte erwähnt werden, dass es sich hier um eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff handelt. Nach europäischen Normen sollte die erste Komponente den größten Teil der Mischung ausmachen, während die zweite Komponente 2,11% der ganzen Mischung nicht überschreiten sollte. Bei einem höheren Kohlenstoffgehalt handelt es sich um Gusseisen. Darüber hinaus umfasst die Zusammensetzung von Stahl auch andere Metalle, Elemente oder nichtmetallische Einschlüsse, die seine Eigenschaften beeinflussen können. Mehr dazu erfahren Sie später in diesem Artikel.
Zur Herstellung solcher Legierung werden üblicherweise zwei Methoden verwendet – die Hochofen- und die Lichtbogenofenmethode. Bei der ersten Methode werden Eisenerz, Kohle und Zusatzstoffe verwendet, aus denen das sogenannte Roheisen hergestellt wird. Dann wird es einer Raffination unterzogen, d.h. einer selektiven Oxidation, wobei unerwünschte Komponenten, einschließlich Schlacke, entfernt werden. Die Mischung wird gegossen und beispielsweise gewalzt, um Stahlprodukte wie Stangen, Bleche oder Rohre herstellen zu können. Das Lichtbogenofenverfahren basiert auf der Verwendung von recyceltem Stahlschrott. Es wird mit Hilfe von Elektrizität geschmolzen, die zwischen dem geladenen Material und den Elektroden fließt. Aufgrund der hohen Haltbarkeit von Stahl ist die Menge an Schrott, die in Lichtbogenöfen verarbeitet werden kann, relativ gering. Dies führt zu einer häufigeren Anwendung der Hochofenmethode.
Mechanische und technologische Eigenschaften von Stahl
Stahl verfügt auch über Eigenschaften, die bei bestimmten Branchen sehr wichtig sind. Hier konzentrieren wir uns auf die konstruktionsrelevanten Merkmale. Zu nennen sind hier:
- Elastizität – die Fähigkeit eines Materials, seine ursprüngliche Form wiederzuerlangen, nachdem die Einwirkung der Verformungskraft minimiert wird. Hier spricht man oft von der Elastizitätsgrenze. Nach dem Überschreiten dieser Grenze erfährt das Material eine dauerhafte Verformung und kehrt nicht in seine vorherige Form zurück.
- Zerreißfestigkeit – die durch die Zugfestigkeit verursachte Spannkraft.
- Plastizität – Bewahrung der deformierten Form infolge der Einwirkung von Zugkraft. Wie bei der Belastbarkeit kommt auch hier die Plastizitätsgrenze ins Spiel. Dies ist der Schwellwert, ab dem eine irreversible Verformung auftritt.
- Duktilität – Bewahrung der Stahleigenschaften beim Stanzen, Biegen, Richten und anderen Verarbeitungsmethoden.
- Schlagzähigkeit – Beständigkeit gegen dynamische Belastungen.
- Härte – der mechanische Widerstand, den eine Stahlsorte der mechanischen Eindringung eines anderen Materials entgegensetzt.
- Schweißbarkeit – die Fähigkeit, dauerhafte Verbindungen durch das Schweißverfahren herzustellen. Abhängig von der Legierungssorte können MAG-, MIG-, und WIG-Methoden eingesetzt werden. Auf dem Markt findet man zahlreiche Schweißgeräte.
Welche Stahlsorten gibt es eigentlich?
Die Klassifizierung von Stahl beruht auf vielen Faktoren. Eine der wichtigsten ist die chemische Zusammensetzung. In dieser Hinsicht werden zwei Hauptarten unterschieden: unlegierte und legierte Stähle. Sie unterscheiden sich durch den Gehalt an Zusatzmitteln, die zur Verbesserung oder Erzielung neuer Eigenschaften verwendet werden. Eine andere häufig verwendete Stahlherstellungsmethode berücksichtigt die Verwendung von Kunststoff. Hier spricht man oft von Baustählen, Werkzeugstählen und Spezialstählen, einschließlich korrosionsbeständiger Stahlsorten.
Unlegierte Stähle
Unlegierte Stähle werden auch als Kohlenstoffstähle bezeichnet. Sie bestehen aus vernachlässigbaren Mengen anderer Elemente. Die Norm PN-EN 10020:2003 legt die Massenkonzentrationsgrenze zusätzlicher Inhaltsstoffe bei Komponentenmischungen fest. In der folgenden Tabelle finden Sie Daten aus den geltenden Vorschriften.
| Chemische Elemente | Massenkonzentration [%] |
| Aluminium | <0,3 |
| Bor | <0,0008 |
| Bismut | <0,1 |
| Chrom | <0,3 |
| Cobalt | <0,3 |
| Silizium | <0,6 |
| Mangan | <1,65 |
| Kupfer | <0,4 |
| Molybdän | <0,08 |
| Nickel | <0,3 |
| Niob | <0,06 |
| Blei | <0,40 |
| Selen | <0,1 |
| Tellur | <0,1 |
| Titan | < 0,05 |
| Vanadium | <0,1 |
| Wolfram | <0,3 |
| Andere (außer C, P, S, N) | < 0,05 |
Die weitere Aufteilung von unlegierten Stählen ist mit dem Kohlenstoffgehalt verbunden. Das Kohlenstoff beeinflusst die Gesamthärte und Plastizität des Materials. Daher wird es in verschiedenen Mengen verwendet, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Folgende Stahlsorten werden unterschieden:
- Kohlenstoffarmer Stahl – auch Weichstahl genannt. Eine solche Stahlart beinhaltet bis zu 0,3% von Kohlenstoff. Es zeichnet sich durch hohe Plastizität und Duktilität aus. Kohlenstoffarmer Stahl wird bei der Erstellung von Elementen verwendet, die gestempelt und geformt werden müssen.
- Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt – Es stellt ein Kompromiss zwischen Festigkeit und Plastizität dar. Aufgrund des Kohlenstoffgehalts von 0,3 bis 0,6% ist es robuster und daher schwieriger zu verarbeiten. Stattdessen kann es durch Aushärtung und Hitzebehandlung verstärkt werden. Aus diesem Metall wurden unter anderem Autoteile hergestellt.
- Kohlenstoffreicher Stahl – die robusteste Version. Ein hoher Kohlenstoffgehalt (bis zu 0,6%) beeinflusst die Schneid- und Biegefestigkeit dieser Legierung. Daher ist es ideal für die Herstellung von Federn. Es kann wärmebehandelt werden, ist jedoch mit einer erhöhten Anfälligkeit für Zerkleinerungen verbunden.
Legierter Stahl
Manchmal muss ein Material mit bestimmten Eigenschaften verwendet werden, über die die unlegierte Stahlform nicht verfügt. Zu diesem Zweck werden während der Herstellungsphase Elemente hinzugefügt, die neue Eigenschaften verleihen. Dafür steht legierter Stahl. Nach europäischen Normen sollte der Gehalt von zusätzlichen Komponenten gleich oder größer sein als der in der Tabelle mit der zulässigen Massenkonzentration angegebene Wert. Was sind die Vorteile von Zusatzkomponenten?
- Durch die Verwendung von Zusatzmitteln nimmt der Härtegrad von Stahl zu.
- Spezifische Festigkeitseigenschaften werden erreicht.
- Strukturelle Änderungen der Legierung kommen auch ins Spiel.
- Die Wärmebehandlung ist einfacher und führt zu besseren Ergebnissen.
- Stahl erhält neue chemische und physikalische Eigenschaften.
Welche Parameter mit Hilfe von Zusatzkomponenten verbessert werden, hängt vom ausgewählten Element ab. Jeder führt zu unterschiedlichen Eigenschaften. Oft werden mehrere Zusatzmittel gleichzeitig verwendet, um völlig neue Legierungseigenschaften zu erhalten. Hier sind einige der gebräuchlichsten Elemente, die bei der Herstellung von legierten Stählen verwendet werden:
- Chrom – verbessert die Festigkeit, Härte und Zähigkeit des Materials. Bei einigen Stahlarten, z. B. Werkzeugstählen, wirkt sich dies positiv auf den Härtegrad aus. Bei rostfreien Stählen ist es wiederum für die Korrosionsbeständigkeit verantwortlich.
- Nickel – verleiht ähnliche Eigenschaften wie Chrom. Durch das Hinzufügen von Chrom und Molybdän wird der Härtegrad von Stahl verbessert.
- Mangan – erhöht die Härte und Festigkeit des Materials. Andererseits verringert es die Plastizität der Legierung. Dies erhöht die Elastizitätsgrenze und verstärkt die Abriebfestigkeit.
- Silizium – Es wird Roheisen aufgrund seiner desoxidierenden Eigenschaften zugesetzt, was die Festigkeit sowie den Härtegrad erheblich erhöht.
- Molybdän – zur Erhöhung des Härtegrads von Stahl verwendet. Es verringert auch seine Sprödigkeit nach dem Hochtemperieren.
Legierter Stahl kann nach der Menge der zur Herstellung verwendeten Zusatzmittel unterteilt werden. Hier sind drei Arten zu nennen:
- Niedrig legierter Stahl – Der Hauptzusatzstoffgehalt beträgt in diesem Fall weniger als 2% und die Summe aller Beimischungen überschreitet nicht 3,5%.
- Mittellegierter Stahl – Der Gehalt des Hauptzusatzstoffes beträgt 2 bis 8%, und die Summe aller Beimischungen überschreitet nicht 12%.
- Hochlegierter Stahl – Der Gehalt des Hauptzusatzstoffes liegt über 8% und die Summe aller Beimischungen beträgt höchstens 55%.
Stahlbezeichnung nach Anwendungszweck
Aufgrund der sehr breiten Verwendung von Stahl in verschiedenen Branchen kann er je nach Anwendungszweck unterteilt werden. Jede Stahlart verfügt über unterschiedliche mechanische und technologische Eigenschaften, die es ermöglichen, verschiedene Aufgaben auszuführen.
Baustahl ist ein ideales Beispiel einer solchen Aufteilung. Wie der Name schon sagt, werden damit Bauwerke hergestellt, aber auch Maschinenteile oder andere Legierungen verstärkt. Es gibt verschiedene Baustahlarten:
- Allzweck-Baustähle
- höherwertige Baustähle
- niedriglegierte Baustähle
- Baustähle zum Aufkohlen
- Baustähle zum Nitrieren
- Baustähle zur thermischen Verbesserung
- Federstähle
- Automatenstähle
- Lagerstähle
- Transformatorstähle
Werkzeugstähle sind auch sehr beliebt. Sie zeichnen sich durch einen sehr hohen Robustheitsgrad sowie durch eine hohe Abriebfestigkeit aus. Sie verformen sich auch nach langem Gebrauch nicht und sind unempfindlich gegen Überhitzung. Daher werden sie bei der Herstellung von Werkzeugen und Messgeräten verwendet. Ein relativ hoher Kohlenstoffgehalt sowie eine richtige Wärmebehandlung ermöglichen es, diese Eigenschaften zu erhalten. Werkzeugstähle können in folgende Gruppen unterteilt werden:
- Werkzeugstähle mit hohem Kohlenstoffgehalt
- legierte Werkzeugstähle
- Kaltarbeitswerkzeugstähle
- Warmarbeitswerkzeugstähle
- Hochgeschwindigkeitswerkzeugstähle
Zu den Spezialstählen gehören Legierungen, die viele zusätzliche Elemente enthalten. Sie zeichnen sich durch sehr spezifische Parameter aus und erfordern eine komplexe Wärmebehandlung. Diese Stahlgruppe umfasst verschiedene gegen bestimmte externe Faktoren beständige Stahlsorten. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele von Spezialstählen/Sonderstählen:
- Edelstahl
- austenitischer Stahl
- ferritischer Stahl
- martensitischer Stahl
- Duplexstahl
- säurebeständiger Stahl
- hitzebeständiger Stahl
- hochwarmfester Stahl
- magnetischer Stahl
Stahlbezeichnungen – wie erkennt man die Unterschiede zwischen einzelnen Stahlsorten?
Wenn Sie kein professioneller Stahlarbeiter sind und nicht auf einen Blick erkennen können, um welche Stahlsorte es sich handelt, müssen Sie sich zum Glück keine Sorgen machen. Um die Erkennung verschiedener Legierungstypen zu erleichtern, wurden spezielle Bezeichnungen eingeführt, die sich auf die Verwendung und die mechanischen Eigenschaften des Materials beziehen. Sie bestehen aus zwei Hauptsymbolen und mindestens einem Zusatzsymbol. Das erste Symbol gibt an, wofür die Stahlsorte bestimmt ist. Zu diesem Zweck wird ein Großbuchstabe des lateinischen Alphabets verwendet. Nachfolgend finden Sie die Bezeichnungen für jeden Legierungstyp:
- S – Baustahl
- L – Stahl für Leitungsrohre
- B – Stahl für Bewehrungsstäbe
- R – Stahl für Eisenbahnschienen
- Y – Betonstahl
- P – Stahl für Druckgeräte
- G – Stahlguss
Das zweite Symbol beinhaltet dreistellige Zahlen, die die minimale Plastizitätsgrenze R e (MPa) darstellen. Diese Plastizitätsgrenze wird bei den meisten Stahlsorten für Produkte mit einer Dicke von weniger als oder gleich 16 mm verwendet. Die Ausnahme bilden hier die legierte Stähle, die mit Wärme behandelt werden. Bei legierten Stählen beträgt dieser Wert max. 5 mm. Bei Baustahl beträgt die minimale Plastizitätsgrenze 235, 275, 355, 420 oder 460 MPa. Erwähnenswert ist, dass die dreistellige Zahl, die mit „R” und „Y” gekennzeichneten Legierungen zu tun hat, bezieht sich auf die Mindestzugfestigkeit Rm (MPa).
Das letzte zusätzliche Symbol hängt von seiner Art ab. Bei unlegiertem Stahl werden zwei Zeichen verwendet. Die erste bezieht sich auf die Plastizität, die durch die durchschnittliche Brucharbeit bei einer gegebenen Temperatur ausgedrückt wird. Für den Betrieb in Höhe von 24 Joule bei 20 ° C, 0 ° C und -20 ° C werden die Bezeichnungen JR, J0 bzw. J2 erwendet. Wenn der Arbeitswert 40 J beträgt und die Temperatur gleich ist, wird das Symbol „K” (KR, K0, K2) anstelle von „J” verwendet. Gn stellt das zweite zusätzliche Symbol dar, wobei n zwischen 1 und 4 liegen kann:
- G1 – unberuhigter Stahl
- G2 – halbruhiger Stahl
- G3 – beruhigter Stahl
- G4 – Zustand wird vom Hersteller festgelegt
Nachfolgend finden Sie beispielhafte Bezeichnungen für unlegierte Baustähle: S235J0, S235J2G3, S355K2G3.
Ähnliche Bezeichnungen gelten für korrosionsbeständige legierte Stähle. Der Unterschied liegt darin, dass das Zeichen „W” oder „WP” am Ende verwendet wird, was auf einen erhöhten Phosphorgehalt hinweist. Beispiele: S355J2WP, S355J0W, S355J2G1W, S355K2G1W.
Bei feinkörnigem legiertem Stahl werden auch andere zusätzliche Symbole verwendet. Das erste Symbol bezeichnet den Zustand des angefertigten Stahls:
- N – normalisierter Walzstahl
- M – thermomechanisch gewalzter Stahl
- Q – wärmebehandelter Stahl
- A – ausscheidungsgehärteter Stahl
Das zweite Zeichen (L, L1, L2) definiert wiederum die Brucharbeit von Legierungen mit Hilfe von zusätzlichen Bezeichnungen N, M oder Q. Beispiele für feinkörnigen legierten Stahl: S275M (oder ML), S355M (oder ML).
Besonders interessant sind die Bezeichnungen von rostfreien, säurebeständigen und hitzebeständigen Stählen. Weltweit gibt es verschiedene Normen für die Symbole, die den Qualitäten dieser Legierung zugeordnet sind. Sie können daher auf verschiedene Bezeichnungen derselben Stahlsorte stoßen. Beispielsweise trägt austenitischer Stahl die Bezeichnung X10CrNi18-8 nur in Deutschland. Glücklicherweise finden Sie im Internet öffentlich zugängliche Tabellen mit Edelstahlsorten, die alle erforderlichen Daten enthalten, um ihre Identifizierung zu erleichtern.
Je mehr Herstellungsmethoden, desto mehr gibt es Stahlsorten
Wir können endlos über Stahl, seine Eigenschaften und alle damit verbundenen Themen sprechen. Mit der Entwicklung der Technologie wird die Anzahl neuer Legierungstypen sicherlich zunehmen. Glücklicherweise kennen Sie bereits die wichtigsten Merkmale von Stahl. Irgendeine Neuigkeiten von der Stahlbranche sollten daher kein Problem für Sie darstellen.
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