Massenstähle für Maschinenbau und Stahlbau

In der Gliederung der Stähle nach EN 10025 haben 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 folgende 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, weil die Löslichkeit des Sauerstoffs im flüssigen Eisen während des Abkühlens sinkt und daher beim Abgießen aus der Stahlschmelze blubbernd ausgeschieden wird. Durch das Hinzufügen von Aluminium oder Silizium 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 eine bessere 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
• geringerer Gehalt an Phosphor und Schwefel als Massenstähle (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 und nach neuer Normung ohne 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 mehreren 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.

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).