Stahlsorte

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Bereich Werkstoffe
Titel Bezeichnungssysteme für Stähle – Teil 1: Kurznamen, Teil 2: Nummernsystem
Letzte Ausgabe 2005-10 / 1992-09
ISO

Stahlsorten sind die verschiedenen Arten von Stählen. Andere Bezeichnungen sind Stahlmarke oder -qualität; diese Bezeichnungen sind aber veraltet. Die Stahlsorten unterscheiden sich durch ihre vom Hersteller garantierten Eigenschaften, die durch unterschiedliche Zusammensetzung und thermische Behandlung erreicht werden.

Die Bezeichnung für Stähle in Europa ist in der EN 10027-1 und 10027-2 festgelegt. Neben der simplen, aber abstrakten Klassifizierung nach Nummern erhält jeder Stahl noch einen Kurznamen, der sich hauptsächlich nach seiner Einsatzbestimmung richtet. Außerdem ist es üblich, Stahl nach seiner chemischen Zusammensetzung zu klassifizieren.

Werkstoffkurznamen[Bearbeiten]

Unlegierte Stähle[Bearbeiten]

Massenstähle/Stähle für Stahlbau[Bearbeiten]

Beispiele:
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, Güteklasse 2 (voll beruhigt, veraltete Bezeichnung, s. u.) und nicht normalisiert.
S355J2+N S355J2G3 St 52-3 N beruhigter Stahl, Streckgrenze von 355 N/mm² bei kleinster Erzeugnisdicke, Gütegruppe J2 und normalisiert.

In der Gliederung der Stähle nach EN 10025 bekommen Baustähle das Vorsatzzeichen S für „structural steel“. Die nachfolgende Zahl gibt die charakteristische Streckgrenze in N/mm² an. Früher wurden Baustähle in Deutschland nach der inzwischen zurückgezogenen Norm DIN 17100 bezeichnet: St x mit x = 1/10 der Zugfestigkeit in N/mm² (im Sprachgebrauch noch weit verbreitet.) Baustähle sind also lediglich bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften charakterisiert, ein Stahl mit gleicher Bezeichnung kann je nach Hersteller und Charge z.T. deutlich abweichende chemische Zusammensetzungen 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:

Wie ein Stahl vergossen ist, kann durch die nachfolgenden Kennungen charakterisiert werden:

  • FU: unberuhigt vergossen (d. h. mit viel Restsauerstoff und ausgeprägten Seigerungszonen)
  • FN: einfach beruhigt vergossen (d. h. mit weniger Restsauerstoff)
  • FF: doppelt beruhigt (oder vollberuhigt genannt) vergossen (d. h. praktisch der gesamte Sauerstoff verschlackt)

Beruhigter Verguss des Stahls bedeutet: In der Umformung von Roheisen zu Rohstahl durch das Linz-Donawitz-Verfahren wird entweder Silizium oder Aluminium (bei der einfachen Beruhigung) bzw. Silizium und Aluminium (bei der doppelten Beruhigung) dem flüssigen Material hinzugefügt. Diese Elemente bewirken, dass der in der Schmelze vorhandene Sauerstoff an diese Elemente gebunden und verschlackt wird.

Die Bezeichnung „Beruhigung“ ist darauf zurückzuführen, dass beim Abkühlen die Löslichkeit von Sauerstoff im Eisen sinkt und daher die Stahlschmelze beim Abgießen Sauerstoff „ausscheidet“ und anfängt wie kochendes Wasser zu blubbern. Durch das Hinzufügen eines oder beider Elemente wird dieser Ausscheidungsprozess kurzfristig stärker, hört dann aber plötzlich auf, wenn der Sauerstoff abgebunden ist. Nur beruhigter Stahl ist im Stranggussverfahren überhaupt vergießfähig. Darüber hinaus besitzt der beruhigt vergossene Stahl wegen seiner geringen oder gar nicht vorhanden Lufteinschlüsse und der nicht vorhandenen, ausgeprägten Seigerungszone bessere mechanische Eigenschaften und bessere Schweißeignung.

Bis Oktober 2004 gab es auch noch eine Gütekennzeichnung, die auf Beruhigung sowie Wärmebehandlungszustand des fertigen Produkts schließen ließen, da diese dem Hersteller entsprechende Vorgaben machte:

  • G1: Wird heutzutage so gut wie gar nicht mehr produziert, da im Stranggussverfahren ein unberuhigter Stahl gar nicht mehr vergossen werden kann. Dies wäre technisch gesehen nur noch im Kokillenguss möglich, aber überhaupt nicht wirtschaftlich. Es gibt unter heutigen Umständen keine rationale Begründung, warum ein unberuhigter Stahl verwendet werden sollte, weil dies immer Qualitätsmängel in Form von Lufteinschlüssen im Stahl nach sich zieht.
  • G2: Unberuhigter Stahl ist nicht zulässig, Stahl nicht normalisiert
  • G3: Vollberuhigter Stahl, normalisiert
  • G4: Der Wärmebehandlungszustand des Produktes bleibt dem Hersteller überlassen. Beispielsweise:

Unlegierte Qualitätsstähle[Bearbeiten]

Unlegierte Qualitätsstähle sind Stahlsorten, für die im Allgemeinen festgelegte Anforderungen wie z. B. an die Zähigkeit, Korngröße und/oder Umformbarkeit bestehen und die nicht der Definition der unlegierten 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[Bearbeiten]

Unlegierte Edelstähle haben, insbesondere bezüglich nichtmetallischer Einschlüsse, einen höheren Reinheitsgrad als Qualitätsstähle. Dabei entsprechen Edelstähle nicht unbedingt dem umgangssprachlichen Begriff des Edelstahls als rostfreiem Stahl, sondern unlegierte Edelstähle sind definiert in EN 10020 als Stahlsorten, die einer oder mehrerer der nachfolgenden Anforderungen entsprechen:

Bezeichnung wie bei unlegierten Qualitätsstählen, jedoch mit angehängtem Buchstaben E: CxE (mit Cx Kohlenstoffgehalt in Massenprozent multipliziert mit 100)

Beispiel: C45E ist ein Edelstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,45 Massenprozent. Frühere Bezeichnung nach DIN 17200 (zurückgezogen 1991): Ck 45

Mikrolegierte Stähle[Bearbeiten]

Als mikrolegiert bezeichnet man Stähle, denen man 0,01 bis 0,1 Massenprozent an Aluminium, Niob, Vanadium und/oder Titan zulegiert, um zum Beispiel über Bildung von Karbiden und Nitriden und Kornfeinung eine hohe Festigkeit zu erzielen. Ihre Kurznamen setzen sich wie bei Baustählen aus der Mindeststreckgrenze zusammen:

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 teilweise bei Erwärmung auf Umformtemperatur. Sie bilden bei gezielter Abkühlung mit Kohlenstoff Karbide und mit Stickstoff Nitride. Diese sind im Ferrit und im Ferrit des Perlits fein verteilt. Die dadurch bewirkte Kornfeinung steigert die Festigkeit, ohne die Zähigkeit herabzusetzen.

Niedriglegierte Stähle[Bearbeiten]

Als niedriglegiert bezeichnet man Stähle, bei denen kein Legierungselement einen mittleren Gehalt von 5 Massenprozent überschreitet.

Bezeichnung:

  • Ganz vorn der Kohlenstoffgehalt in Massenprozent mal 100, gefolgt von den chemischen Elementsymbolen der Legierungselemente in der Reihenfolge sinkender Massenanteile, und am Ende in der gleichen Reihenfolge, getrennt durch Bindestriche die Massenanteile der zuvor aufgeführten Legierungselemente, die mit folgenden Faktoren multipliziert wurden, um auf größere ganze Zahlen zu kommen:
    ×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 genanntem Anteil Molybdän (Mo).

Eselsbrücken für Faktor 4 sind: Cr, Co, Mn, Ni, Si, W „Chrom konnte man nicht sicher wahrnehmen“ oder „Man Sieht Nie 4 Weiße CroCodile“; für Faktor 10 „AlCuMoTaTiV“

Hochlegierte Stähle[Bearbeiten]

Als hochlegiert bezeichnet man Stähle, bei denen mindestens ein Legierungselement einen mittleren Gehalt von 5 Massenprozent überschreitet.

Bezeichnung:

  • Hochlegierte Stähle werden vorn durch ein X gekennzeichnet, dann folgt der mit dem Faktor 100 multiplizierte Kohlenstoffgehalt, gefolgt von den chemischen Elementsymbole der Legierungselemente in der Reihenfolge sinkender Massenanteile, und am Ende in der gleichen Reihenfolge, getrennt durch Bindestriche die Massenanteile der zuvor aufgeführten Legierungselemente in Massenprozent (allerdings ohne Multiplikatoren!).
Beispiel: X12CrNi18-8 ist ein Stahl mit 0,12 % Kohlenstoff, 18 % Chrom (Cr) und 8 % Nickel (Ni).

Schnellarbeitsstähle[Bearbeiten]

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, Fräser, Drehmeißel und Wendeschneidplatten verwendet.

Der Kohlenstoffgehalt ist meist zwischen 0,8 und 1,4 %.

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.

Bsp.: HS2-10-1-8

  • HS: Schnellarbeitsstahl
  • 2: 2 % W (Wolfram)
  • 10: 10 % Mo (Molybdän)
  • 1: 1 % V (Vanadium)
  • 8: 8 % Co (Kobalt)

Manchmal findet man noch die Bezeichnung lediglich mit S, gefolgt von drei bis vier Ziffern. Sind nur drei Ziffern angegeben, so ist kein Kobalt in dem Schnellarbeitsstahl enthalten:

Bsp.: S6-5-2

  • 6 % W (Wolfram)
  • 5 % Mo (Molybdän)
  • 2 % V (Vanadium)
  • 0 % Co (Kobalt)

Außerdem ist in S6-5-2 noch etwa 4 % Chrom enthalten, was aus der Kurzbezeichnung aber nicht hervorgeht.

Einsatzstähle und Vergütungsstähle[Bearbeiten]

Die Eigenschaften von Einsatzstahl und Vergütungsstahl werden maßgeblich von ihrem Kohlenstoffgehalt geprägt, und diesem Umstand ordnet sich auch ihre Nomenklatur unter.

Bezeichnung: Cx

Dabei steht x wiederum für den Kohlenstoffgehalt in Masseprozent mal 100. (Bei einem Kohlenstoffgehalt < 0,25 % ist der Stahl einsatzhärtbar, darüber vergütbar.)

Stahlguss[Bearbeiten]

Als Stahlguss bezeichnet man Stahlsorten, die direkt zum Abgießen in ihre endgültige Form ohne größeres Umformen vorgesehen sind.

Bezeichnung:

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[Bearbeiten]

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.

Die sicherlich bekannteste 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.

Eine ausführliche Beschreibung der Werkstoffnummern aller Materialien erfolgt im separaten Artikel.

Bezeichnung nach dem Verwendungszweck[Bearbeiten]

Verwendungszweck Bezeichnung / Beispiel Zusätze Anforderungsklasse Werkstoffnorm
Stähle für Stahlbau Bezeichnung S + Mindeststreckgrenze
  • Beispiel: S355J2+N
J: 27J, K: 40J, L: 60J
bei folgender Prüftemperatur:
R: 20 °C,
0: 0 °C,
2: −20 °C usw.
  • Zusätze: (+…)
    • A: Ausscheidungshärtend
    • M: Thermomechanisch behandelt
    • N: Normalisiert (entweder geglüht oder gewalzt)
    • Q: Vergütet (quenched)
    • H: Hochtemperatur
    • L: Tieftemperatur
    • AR: wie gewalzt (as rolled)
    • G: Andere Merkmale
    • Weitere Zusätze, die den vorgesehenen Einsatzzweck kennzeichnen, sind möglich.
EN 10025
Stähle für Druckbehälter Bezeichnung P + Mindeststreckgrenze
  • Beispiel: P460M
  • N = Normalgeglüht oder normalisiert gewalzt
  • M = Thermomechanisch behandelt
  • Q = Vergütet
EN 10028
Stähle für Leitungsrohre Bezeichnung L + Mindeststreckgrenze + Zusatz + Anforderungsklasse, L
  • Beispiel: L360NB
  • N = Normalgeglüht oder normalisiert gewalzt
  • M = Thermomechanisch behandelt
  • Q = Vergütet
  • A = Stahlrohre für Leitungen < 16 bar
  • B = Stahlrohre für Leitungen > 16 bar
  • C = Stahlrohre für außergewöhnliche Belastungen
EN 10208, EN 10224
Stähle für den Maschinenbau Bezeichnung E + Mindeststreckgrenze
  • Beispiel. E235
EN 10305
Kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus höherfesten Stählen Bezeichnung H + Mindeststreckgrenze
  • Beispiel: H320B
EN 10268, EN 10292, SEW 094
Flacherzeugnisse zum Kaltumformen Bezeichnung D + Kennbuchstabe Walzart
  • Beispiel: DC01
  • Cnn = kaltgewalzt, mit zweistelliger Kennzahl nn
  • Dnn = warmgewalzt, mit zweistelliger Kennzahl nn
  • Xnn = Art des Walzens nicht vorgeschrieben
EN 10130
Weitere Bezeichnung B, Y, R, T, M

Weiterhin gibt es Stähle, deren Zusammensetzung wichtiger ist als die Mindeststreckgrenze. Für diese wird die Zusammensetzung nach einem definierten Schlüssel angegeben.

Weitere Bezeichnungen[Bearbeiten]

Allgemein ist zu sagen, dass die Bezeichnung der Stähle gegenwärtig zwar eindeutig definiert ist, diese sich aber in den letzten Jahren mehrfach geändert hat. Weiterhin gibt es Markennamen und historisch gewachsene Bezeichnungen (z. B.: St52, V2A, Invar, Nirosta, …) für bestimmte Stähle, so dass die Benennung der Stähle im Allgemeinen etwas verwirrend erscheint. In den USA werden Stahlsorten nach einem System des American Iron and Steel Institute (AISI) bezeichnet.

Literatur[Bearbeiten]

Grundlagen der Werkstofftechnik: Manfred Riehle, Elke Simmchen, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, ISBN 3-342-00690-0

Siehe auch[Bearbeiten]