Stahlsorte
Als Stahlsorte werden die verschiedenen Arten von Stählen bezeichnet. Früher waren auch die Bezeichnungen Stahlmarke oder Stahlqualität üblich. Durch die Angabe der Stahlsorte garantiert der Hersteller bestimmte Eigenschaften, die von der Zusammensetzung und thermischen Behandlung des Ausgangsmaterials abhängen.
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| Bereich | Werkstoffe | ||
| Titel | Bezeichnungssysteme für Stähle | ||
| Teile | Teil 1: Kurznamen, Teil 2: Nummernsystem | ||
| Letzte Ausgabe | Teil 1: 2016-10, Teil 2: 2015-04 | ||
| Klassifikation | 77.080.20 | ||
| Nationale Normen | DIN EN 10027, ÖNORM EN 10027, SN EN 10027 | ||
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Die Bezeichnung von Stählen ist in der EN 10027-1 und 10027-2 festgelegt. Neben der kurzgefassten Klassifizierung nach Werkstoffnummern erhält jeder Stahl noch einen Werkstoffkurznamen, der sich überwiegend nach seiner Einsatzbestimmung richtet. Außerdem ist es üblich, Stahl nach seiner chemischen Zusammensetzung, also seinen Legierungsbestandteilen, zu klassifizieren.
Werkstoffkurzname
Massenstähle für Maschinen- und Stahlbau
| EN 10025 (aktuell) | EN 10025 (alt) | DIN 17100 (alt national) | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| S235JR+AR | S235JRG2 | RSt 37-2 | beruhigter Stahl, Streckgrenze von 235 N/mm² bei kleinster Erzeugnisdicke, Gütegruppe JR, nicht normalisiert (+AR). |
| S355J2+N | S355J2G3 | St 52-3 N | beruhigter Stahl, Streckgrenze von 355 N/mm² bei kleinster Erzeugnisdicke, Gütegruppe J2, normalisiert (+N). |
In der Gliederung der Stähle nach EN 10025 erhalten Baustähle das Vorsatzzeichen S für „structural steel“. Die nachfolgende Zahl gibt die charakteristische Streckgrenze in N/mm² an. Nach der inzwischen zurückgezogenen Norm DIN 17100 wurden Baustähle in Deutschland mit St x bezeichnet, wobei x für ein Zehntel des Wertes der Zugfestigkeit in N/mm² stand (bzw. für den Wert der Zugfestigkeit in der damals gebräuchlichen Einheit kp/mm²). Diese Bezeichnung ist im Alltag noch weit verbreitet. Baustähle werden lediglich nach ihren mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Ein Stahl mit der gleichen Bezeichnung kann je nach Hersteller und Charge also eine deutlich abweichende chemische Zusammensetzung aufweisen.
Die ersten Buchstaben nach der Streckgrenze geben Auskunft über die Kerbschlagzähigkeit. Die darauf folgenden Buchstaben kennzeichnen weitere mechanische Eigenschaften oder den Einsatzzweck des hergestellten Stahls. Beispiele:
- K: kaltverformt
- A: angelassen
- N: normalgeglüht
- V: vergütet
Der Sauerstoffanteil des Stahl kann durch die folgenden Kennungen charakterisiert werden:
- FU: unberuhigt vergossen (d. h. enthält viel Restsauerstoff und ausgeprägte Seigerungszonen)
- FN: einfach beruhigt vergossen (d. h. enthält weniger Restsauerstoff)
- FF: doppelt beruhigt (auch vollberuhigt) vergossen (d. h. praktisch der gesamte Sauerstoff ist verschlackt)
Beruhigter Verguss bedeutet, dass dem flüssigen Stahl bei der Überführung von Roheisen zu Rohstahl durch das Linz-Donawitz-Verfahren entweder Silizium oder Aluminium („einfache Beruhigung“) bzw. Silizium und Aluminium („doppelte Beruhigung“) hinzugefügt wird. Der in der Schmelze vorhandene Sauerstoff reagiert mit diesen Metallen und wird verschlackt.
Von „Beruhigung“ des Stahls wird gesprochen, da die Löslichkeit des Sauerstoffs im flüssigen Eisen während des Abkühlens sinkt und daher beim Abgießen aus der Stahlschmelze blubbernd ausgeschieden wird. Durch das Hinzufügen des Aluminiums oder Siliziums wird der Ausscheidungsprozess verstärkt, bis der Sauerstoff vollständig abgebunden ist. Nur beruhigter Stahl kann im Stranggussverfahren verarbeitet werden. Durch die kaum oder gar nicht vorhandenen Lufteinschlüsse und die geringe Entmischung in Seigerungszonen hat beruhigt vergossener Stahl bessere mechanische Eigenschaften und Schweißeignung.
Bis Oktober 2004 war eine Gütekennzeichnung vorgesehen, die Auskunft über Beruhigung und Wärmebehandlungszustand des Produkts gab:
- G1: Unberuhigter Stahl. Wird heute kaum noch produziert, da nicht im Stranggussverfahren zu verarbeiten. Kokillenguss ist möglich, aber nicht wirtschaftlich.
- G2: Beruhigter, aber nicht normalisierter Stahl
- G3: Vollberuhigter und normalisierter Stahl
- G4: Wärmebehandlung nach Wahl des Herstellers. Beispielsweise:
- normalgeglüht
- thermomechanisch gewalzt
- vergütet (wasser-, luft- und/oder ölvergütet)
Unlegierte Qualitätsstähle
Unlegierte Qualitätsstähle sind Stahlsorten, für die in den meisten Fällen bestimmte Anforderungen gelten (wie Zähigkeit, Korngröße oder Umformbarkeit), die aber nicht den Merkmalen unlegierter Edelstähle entsprechen. Der Kohlenstoffgehalt beträgt 0,2 bis 0,65 %
- Bezeichnung: Cx mit x = Kohlenstoffgehalt in Massenprozent multipliziert mit 100
- verringerter Gehalt an Phosphor und Schwefel gegenüber Massenstählen (unter 0,045 Massenprozent)
- meist keine Wärmebehandlung vorgesehen
- Beispiel: C60 ist ein Qualitätsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,60 Massenprozent.
Früher wurde die Bezeichnung mit Leerzeichen geschrieben, nach neuer Normung entfällt das Leerzeichen zwischen C und Prozentangabe.
Unlegierte Edelstähle
Unlegierte Edelstähle haben einen höheren Reinheitsgrad als Qualitätsstähle (insbesondere hinsichtlich nichtmetallischer Einschlüsse). Im Gegensatz zur umgangssprachlichen Verwendung des Begriffs ist Edelstahl nicht mit rostfreiem Stahl gleichzusetzen. Unlegierte Edelstähle sind in EN 10020 als Stahlsorten definiert, die einer oder mehrerer der nachfolgenden Anforderungen entsprechen:
- festgelegter Mindestwert der Kerbschlagarbeit (siehe Zähigkeit),
- festgelegter Einhärtungstiefe oder Oberflächenhärte,
- sehr niedrige Gehalte an nichtmetallischen Einschlüssen,
- noch geringerer Gehalt an Phosphor und Schwefel als in Qualitätsstählen (<0,025 %)
- elektrische Leitfähigkeit über 9 S*m/mm²
- mikrolegierte Stähle mit Niob, Vanadium und/oder Titan unterhalb der jeweiligen Legierungsgrenze
- Spannbetonstähle
- Kernreaktorstähle mit begrenzten Gehalten von Kupfer (≤0,1 %), Cobalt (≤0,05 %) und Vanadium (≤0,05 %)
Die Bezeichnungsweise entspricht den unlegierten Qualitätsstählen, jedoch mit angehängtem Buchstaben E: CxE (mit Cx Kohlenstoffgehalt in Massenprozent multipliziert mit 100)
Beispiel: C45E ist ein Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,45 Massenprozent. Frühere Bezeichnung nach DIN 17200 (zurückgezogen 1991): Ck 45
Mikrolegierte Stähle
Mikrolegierten Stählen werden 0,01 bis 0,1 Massenprozent an Aluminium, Niob, Vanadium und/oder Titan zugesetzt, um etwa über Bildung von Karbiden und Nitriden und Kornfeinung eine hohe Festigkeit zu erreichen. Ihre Kurznamen bauen ebenso wie die Bezeichnungen der Baustähle auf der Mindeststreckgrenze auf.
Beispiel für Stahl mit der Werkstoffnummer 1.0545:
- neue Bezeichnung nach EN 10113: SxN, Beispiel: S355N
- alte Bezeichnung nach DIN 17102: StE x mit x = der Mindestelastizitätsgrenze in N/mm², Beispiel: StE 355
Die Legierungselemente lösen sich bei Erwärmung auf Umformtemperatur teilweise. Sie bilden bei gezielter Abkühlung Karbide mit Kohlenstoff und Nitride mit Stickstoff. Diese sind im Ferrit und im Ferrit des Perlits fein verteilt. Dadurch entsteht eine sogenannte Ausscheidungshärtung, die in diesem Fall eine höhere Festigkeit bewirkt. Eine weitere Steigerung der Festigkeit wird durch die Normalglühbehandlung erzielt, wobei die resultierende Kornfeinung durch die Mikrolegierungselemnte, welche das Kornwachstum hemmen, verbessert wird. Bei dieser Festigkeitssteigerung wird die Zähigkeit nicht herabgesetzt.
Niedriglegierte Stähle
Als niedriglegiert bezeichnet man Stähle, bei denen die Summe der Legierungselemente einen Gehalt von 5 Massenprozent nicht überschreitet.
Bezeichnung:
- Zuvorderst steht der Kohlenstoffgehalt in Massenprozent mal 100, gefolgt von den chemischen Elementsymbolen der Legierungselemente in der Reihenfolge sinkender Massenanteile. Schließlich werden die Massenanteile der zuvor aufgeführten Legierungselemente in gleicher Reihenfolge angegeben, getrennt durch Bindestriche.
Um möglichst auf ganzzahlige Zahlen zu kommen, werden die tatsächlichen Legierungsanteile mit folgenden Faktoren multipliziert:
- ×1000: B
- ×100: C, N, P, S, Ce
- ×10: Al, Cu, Mo, Ti, V, Be, Ta, Zr, Nb, Pb
- ×4: Cr, Co, Mn, Ni, Si, W
- Beispiel: 30NiCrMo12-6 ist ein Stahl mit 0,3 % Kohlenstoff (0,3=30:100), 3 % Nickel (Ni: 3=12:4), 1,5 % Chrom (Cr: 1,5=6:4) und geringem, nicht angegebenem Anteil Molybdän (Mo).
Um sich merken zu können, welcher Faktor bei welchen Elementen angewandt wird, gibt es einige Eselsbrücken:
- für den Faktor 4:
- „Chrom Connte Man Nicht Sicher Wahrnehmen.“
- „Man Sieht Nie 4 Weiße CroCodile.“
- „Wo Sieht Man das CroCodil ? Am Nil – es hat 4 Beine.“
- für den Faktor 10:
- „AlCuMoTaTiV“
- „Alle 10 Cubaner Mochten Tante Tinas Vogel“
- für den Faktor 100: „Mit 100 P S Nach Celle“. Hier steht Celle sowohl für C als auch für Ce.
Hochlegierte Stähle
Als hochlegiert bezeichnet man Stähle, bei denen der Massengehalt mindestens eines Legierungselementes 5 % übersteigt.[1]
Bezeichnung:
- Hochlegierte Stähle werden vorn durch ein X gekennzeichnet (international unter Umständen auch durch Y). Dann folgt der mit dem Faktor 100 multiplizierte Kohlenstoffgehalt in Massenprozent sowie die chemischen Elementsymbole der Legierungselemente in der Reihenfolge sinkender Massenanteile. Schließlich werden die Massenanteile der zuvor aufgeführten Legierungselemente in gleicher Reihenfolge genannt, getrennt durch Bindestriche und in Massenprozent (ohne Multiplikatoren!).
- Beispiel: X12CrNi18-8 ist ein Stahl mit 0,12 % Kohlenstoff, 18 % Chrom (Cr) und 8 % Nickel (Ni).
Schnellarbeitsstähle
Schnellarbeitsstähle (Kurzzeichen HS (früher HSS Hochleistungsschnellschnittstahl)) zeichnen sich durch hohe Verschleißbeständigkeit, Anlassbeständigkeit und Warmhärte bis 600 °C aus. Sie werden z. B. als Räumnadeln, Spiralbohrer, Fräswerkzeug, Drehmeißel und Wendeschneidplatten verwendet.
Der Kohlenstoffgehalt liegt meist zwischen 0,8 und 1,4 %, einige Sorten haben Gehalte von 2,1 %.
Bezeichnung nach EN ISO 4957 (Werkzeugstähle): Kennbuchstaben HS und nachfolgend Zahlen, die in der Reihenfolge W, Mo, V und Co die Massenanteile in ganzen, gerundeten Zahlen angeben.
Beispiel: HS2-10-1-8
- HS: Schnellarbeitsstahl
- 2: 2 % W (Wolfram)
- 10: 10 % Mo (Molybdän)
- 1: 1 % V (Vanadium)
- 8: 8 % Co (Cobalt)
Auch bei den Schnellarbeitsstählen kann man das Lernen der beteiligten Elemente über Eselsbrücken erleichtern.
- „WoMoVaCo“
- „Wer moechte viel Cola?“
- „Weil Montag voll cool ist.“
Manchmal findet sich noch die Bezeichnung S, gefolgt von drei bis vier Ziffern. Sind nur drei Ziffern angegeben, so ist kein Cobalt im Schnellarbeitsstahl enthalten.
Beispiel: S6-5-2
- 6 % W (Wolfram)
- 5 % Mo (Molybdän)
- 2 % V (Vanadium)
- 0 % Co (Cobalt)
In S6-5-2 ist wie in fast allen Schnellarbeitsstählen zudem noch etwa 4 % Chrom enthalten, was aus der Kurzbezeichnung allerdings genauso wenig wie der C-Gehalt hervorgeht.
Einsatzstähle und Vergütungsstähle
Die Eigenschaften von Einsatzstahl und Vergütungsstahl werden maßgeblich von ihrem Kohlenstoffgehalt geprägt, was sich auch in der Nomenklatur widerspiegelt.
- Bezeichnung: Cx
Dabei steht x für den Kohlenstoffgehalt in Masseprozent mal 100. (Bei einem Kohlenstoffgehalt unter 0,25 % ist der Stahl einsatzhärtbar, darüber vergütbar.)
Stahlguss
Als Stahlguss bezeichnet man Stahlsorten, die zum direkten Guss in ihre endgültige Form vorgesehen sind (ohne nennenswerte Umformprozesse).
Bezeichnung:
- Entsprechend der niedriglegierten Stähle, jedoch mit vorgesetztem G.
- Beispiel: G-17CrMo5-5 ist ein Stahlguss mit 0,17 % Kohlenstoff, 1,25 % Chrom (Cr) und 0,5 % Molybdän (Mo) nach Norm.
- Hochlegiert entsprechend:
- Beispiel: GX210CrNiMo18-8 wäre ein hochlegierter Stahlguss mit 2,1 % Kohlenstoff, 18 % Chrom, 8 % Nickel, geringer Anteil Molybdän
- unlegiert ähnlich wie bei den Stählen für den Maschinenbau
- Beispiel: GE395 ist ein Stahlguss mit einer Streckgrenze von 395 N/mm²
Werkstoffnummern
Werkstoffnummern werden in Europa vom Stahlinstitut VDEh vergeben.
Bezeichnung: X.YYZZ(AA) mit
- X: Hauptgruppe
- Y: Sortennummern
- Z: Zählnummern
- A: Erweiterte Zählnummern, wenn es die Zunahme der Anzahl der Stahlsorten erforderlich macht.
Die Hauptgruppe X für Stahl und Stahlgusssorten lautet „1“. Die Sortennummern YY dienen der Klassifizierung, die beiden Zählnummern ZZ werden chronologisch vergeben.
Beispiele:
1.7218 übersetzt sich in [Stahl], [Edelstahl mit Cr und < 0,35 Massenprozent Mo], [0,25 Massenprozent C, 1,0 % Cr, 0,65 % Mn]. Der Kurzname wäre 25 CrMo 4.
Eine bekannte Werkstoffnummer in der Stahlbranche ist die 1.4301, die dem ersten nichtrostendem Stahl zugeordnet wurde. Sein Kurzname lautet X5CrNi18-10.
Nach der zurückgezogenen DIN-Norm DIN 17007-2:1961–09 waren zusätzlich die Stellen 6 als Stahlgewinnungsverfahren und 7 als Behandlungszustand genormt, meist wurde darauf aber verzichtet.
Bezeichnung nach Verwendungszweck und Mindeststreckgrenze
| Verwendungszweck | Bezeichnung / Beispiel | Zusätze | Anforderungsklasse | Werkstoffnorm |
|---|---|---|---|---|
| Stähle für Stahlbau | Bezeichnung S + Mindeststreckgrenze
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EN 10025 | |
| Stähle für Druckbehälter | Bezeichnung P + Mindeststreckgrenze
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EN 10028 | |
| Stähle für Leitungsrohre | Bezeichnung L + Mindeststreckgrenze + Zusatz + Anforderungsklasse, L
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EN 10208, EN 10224 |
| Stähle für den Maschinenbau | Bezeichnung E + Mindeststreckgrenze
|
EN 10305 | ||
| Kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus höherfesten Stählen | Bezeichnung H + Mindeststreckgrenze
|
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EN 10268, EN 10292, SEW 094 | |
| Flacherzeugnisse zum Kaltumformen | Bezeichnung D + Kennbuchstabe Walzart
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EN 10130 | |
| Weitere | Bezeichnung B, Y, R, T, M |
Bei Stählen, deren Zusammensetzung von größerem Interesse ist, als die Mindeststreckgrenze, wird die Zusammensetzung nach einem definierten Schlüssel angegeben.
Weitere Bezeichnungen
Die Bezeichnung der Stähle ist eindeutig definiert. Die vorgesehenen Kennzeichnungen wurden jedoch in den letzten Jahren mehrfach geändert. Weiterhin werden für bestimmte Stähle Markennamen sowie traditionelle Bezeichnungen wie St 52, V2A, Invar und Nirosta verwendet, wodurch die Benennung der Stähle etwas verwirrend erscheint. In den USA werden Stahlsorten nach dem System des American Iron and Steel Institute (AISI) bezeichnet.
Literatur
- Manfred Riehle, Elke Simmchen: Grundlagen der Werkstofftechnik. 2. Auflage, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Stuttgart 2000, ISBN 978-3-342-00690-9.
Siehe auch
Einzelnachweise
- Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau, Hrsg. W. Beitz, K.H. Grote Springer Berlin Heidelberg Tokyo, 20. Auflage 2001, S. E43 ISBN 3-540-67777-1