Stahlsorten & ihre Zusammensetzung: Ein umfassender Leitfaden

In diesem Artikel sprechen wir über die Klassifizierung von Stahl. Verschiedene Stahlsorten werden auf unterschiedlichen Grundlagen definiert. Wir lernen auch über Bestandteile von Stahl, was rostfreier Stahl enthält und vieles mehr. Lassen Sie uns einen Blick auf die Klassifizierung werfen.

Klassifizierung von Stahl

Nach IS: 7598-1974 sollen Stähle klassifiziert werden als:

1. Unlegierte Stähle, allgemein als Kohlenstoffstähle bezeichnet, und

2. Legierte Stähle

Unlegierter Stahl oder Kohlenstoffstahl (Plain Carbon Steel)

Die Hauptfaktoren, die die Eigenschaften von Kohlenstoffstahl beeinflussen, sind der Kohlenstoffgehalt und die Mikrostruktur. Kohlenstoff ist der Hauptbestimmungsfaktor für viele Leistungseigenschaften. Er hat einen verstärkenden und härtenden Effekt. Gleichzeitig verringert er die Duktilität, wie an einem Rückgang der Dehnung und der Querschnittsverengung erkennbar.

Zusätzlich senkt ein Anstieg des Kohlenstoffgehalts die Zerspanbarkeit und verringert die Schweißbarkeit. Die Menge des vorhandenen Kohlenstoffs beeinflusst auch physikalische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nehmen thermische und elektrische Leitfähigkeit ab, die magnetische Permeabilität sinkt drastisch, und die Korrosionsbeständigkeit wird verringert.

Die Mikrostruktur wird durch die Zusammensetzung des Stahls bestimmt, d. h. Kohlenstoff, Mangan, Silicium, Phosphor und Schwefel, die immer vorhanden sind, und Restbestandteile einschließlich Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff, sowie durch das endgültige Walz-, Schmiede- oder Wärmebehandlungsverfahren. Die meisten dieser Stahlsorten werden jedoch ohne abschließende Wärmebehandlung verwendet, und folglich beeinflussen die Walz- und Schmiedeoperationen die Mikrostruktur.

Kohlenstoffstähle sind die Stahlsorten, die im gegossenen, gewalzten oder geschmiedeten Zustand vorwiegend perlitisch sind. Die Bestandteile von hypoeutektoiden Stählen (Stähle mit bis zu und einschließlich 0,87 % Kohlenstoff) sind daher Ferrit und Perlit, und die von hypereutektoiden Stählen (mit 0,87 % Kohlenstoff und darüber) Zementit und Perlit.

Stahlsorten nach Kohlenstoffgehalt. Auf Basis des Kohlenstoffgehalts werden unlegierte Stähle üblicherweise unterteilt in:

1. Niedrigkohlenstoffstahl oder Baustahl – 0,05–0,30 % Kohlenstoff

2. Mittelkohlenstoffstahl – 0,30–0,60 % Kohlenstoff (Anmerkung: Originaltext hatte 0,03–0,06 %, was ein Tippfehler ist; korrigiert auf 0,30–0,60 %)

3. Hochkohlenstoffstahl – 0,60–1,50 % Kohlenstoff

4. Werkzeugstahl (hoher Kohlenstoff) – 0,90–1,50 % Kohlenstoff

Es sollte beachtet werden, dass die Kohlenstoffgehalte dieser vier Kohlenstoffstahlsorten nicht starr sind und es eine gewisse Überlappung von einem Typ zum nächsten geben kann.

Stahlsorten nach Entoxidationspraxis

Stähle werden oft nach dem Grad der Entoxidation identifiziert, der während der Stahlherstellung resultiert:

1. Beruhigte Stähle (Killed Steels)

Sie sind stark entoxidiert und zeichnen sich durch hohe Zusammensetzungs- und Eigenschaftsgleichmäßigkeit aus. Alle Schmiedestähle und im Allgemeinen alle Stähle mit mehr als 0,25 % Kohlenstoff sind beruhigt. Die wesentliche Qualität von beruhigten Stählen ist Solidität (Freiheit von Lunkern und Segregation). Wenn der Stahl ausreichend entoxidiert ist, gibt es keine Gasentwicklung, und die Oberschicht des Blocks erstarrt fast sofort. Das Symbol K steht für beruhigten Stahl.

2. Halbberuhigte Stähle oder Ausgeglichene Stähle (Semi-killed / Balanced Steels)

Diese Stahlsorten können als intermediär zwischen denen von beruhigten und unberuhigten Stählen gesehen werden und haben einen variablen Grad an Gleichmäßigkeit. Baustähle mit 0,15 bis 0,25 % Kohlenstoff sind im Allgemeinen halbberuhigt. Bei halbberuhigtem Stahl ist das Ziel, Metall ohne Oberflächenlunker und Lunkerrohr herzustellen. Die Oberfläche sollte eine solide Haut von beträchtlicher Dicke haben. Bleche und Profilprodukte werden normalerweise aus halbberuhigtem Stahl hergestellt. Kein Symbol wird verwendet, um die halbberuhigte Qualität des Stahls zu kennzeichnen, der 90 % der gesamten Stahlproduktion ausmacht.

3. Unberuhigte Stähle (Rimmed Steels)

Beim Unberuhigen (Rimming) wird der Stahl teilweise entoxidiert. Bei unberuhigtem Stahl ist das Ziel, eine saubere Oberfläche bei gegebenem Kohlenstoffgehalt zu erzeugen. Eine Vielzahl von Tiefziehteilen wird durch den Unberuhigungsprozess hergestellt. Besonders dort, wo leichte Umformbarkeit und Oberflächenbeschaffenheit Hauptaspekte sind. Diese Stähle sind daher ideal zum Walzen. Bleche und Bänder aus unberuhigtem Stahl haben hervorragende Oberflächenqualität und Kaltumformeigenschaften. Das Symbol R wird für unberuhigten Stahl verwendet.

Stahlsorten basierend auf chemischer Zusammensetzung

Stahl wird in vier (04) grundlegende Stahlsorten basierend auf seiner chemischen Zusammensetzung klassifiziert:

1. Kohlenstoffstahl
2. Rostfreier Stahl
3. Legierter Stahl
4. Werkzeugstahl

1. Kohlenstoffstahl

Kohlenstoffstahl ist ein Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 bis 2,1 Gewichtsprozent.

Kohlenstoffstahl ist der in der Industrie am häufigsten verwendete Stahl und macht mehr als 90 % der gesamten Stahlproduktion aus. Kohlenstoffstähle werden weiter in drei Gruppen basierend auf ihrem Kohlenstoffgehalt unterteilt.

• Niedrigkohlenstoffstahl / Baustahl
• Mittelkohlenstoffstahl
• Hochkohlenstoffstahl

2. Rostfreier Stahl (Stainless Steel)

Rostfreie Stähle sind Eisen (Fe)-Legierungen, die etwa 12 % und mehr Chrom enthalten (Anmerkung: Originaltext sagt „12% and higher carbon“, was ein Fehler ist; korrigiert auf Chrom).

Rostfreie Stähle sind die Stahlsorten, die mindestens 10,5 % Chrom enthalten. Aufgrund der Bildung einer sehr dünnen Schicht aus Cr2O3 auf seiner Oberfläche hat rostfreier Stahl Korrosionsbeständigkeitseigenschaften. Diese Schicht wird auch als Passivschicht bezeichnet. Eine Erhöhung des Chromgehalts verbessert die Korrosionsbeständigkeit des Materials noch weiter. Neben Chrom werden Nickel und Molybdän hinzugefügt, um gewünschte (oder verbesserte) Eigenschaften zu erzielen. Kohlenstoff, Silicium und Mangan sind ebenfalls in variierenden Mengen in rostfreiem Stahl vorhanden.

Klassifizierung von Rostfreien Stählen

1. Ferritische Rostfreie Stähle
2. Martensitische Rostfreie Stähle
3. Austenitische Rostfreie Stähle
4. Duplex Rostfreie Stähle
5. Ausscheidungshärtende (PH) Rostfreie Stähle

1. Ferritischer Rostfreier Stahl: Ferritische Stähle sind Eisen-Chrom-Legierungen mit körperzentriert-kubischen Kristallstrukturen (KZK/BCC). Diese sind im Allgemeinen magnetisch und können nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden, aber durch Kaltumformung verstärkt werden.

2. Austenitischer Rostfreier Stahl: Austenitische Stähle sind die korrosionsbeständigsten. Sie sind nicht magnetisch und können nicht durch Erhitzen gehärtet werden. Austenitische Stähle sind im Allgemeinen sehr gut schweißbar.

3. Martensitischer Rostfreier Stahl: Martensitische rostfreie Stähle sind extrem zäh und fest, aber nicht so korrosionsbeständig wie die anderen beiden Klassen. Diese Stähle sind zerspanbar, magnetisch und wärmebehandelbar.

4. Duplex Rostfreie Stähle: Duplex rostfreier Stahl hat eine zweiphasige Mikrostruktur aus ferritischen und austenitischen rostfreien Stahlkörnern (d. h. Ferrit + Austenit). Duplex-Stähle haben etwa die doppelte Festigkeit von austenitischen oder ferritischen rostfreien Stählen.

5. Ausscheidungshärtende (PH) Rostfreie Stähle: Durch Ausscheidungshärtung haben rostfreie Stähle extrem hohe Festigkeit.

3. Legierter Stahl

In legiertem Stahl werden unterschiedliche Anteile von Legierungselementen verwendet, um gewünschte (verbesserte) Eigenschaften wie Schweißbarkeit, Duktilität, Zerspanbarkeit, Festigkeit, Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Die folgenden sind einige der häufigsten Legierungselemente und ihre Wirkungen:

Mangan – Erhöht Festigkeit und Härte, verringert aber Duktilität und Schweißbarkeit.

Silicium wird als Entoxidationsmittel im Stahlherstellungsprozess verwendet.

Phosphor erhöht Stahlfestigkeit und Härte, verringert aber Duktilität und Kerbschlagzähigkeit.

Schwefel – Verringert Duktilität, Kerbschlagzähigkeit und Schweißbarkeit. Vorkommend als Sulfid-Einschlüsse.

Kupfer – Verbesserte Korrosionsbeständigkeit.

Nickel verbessert die Härtbarkeit und Schlagzähigkeit von Stählen.

Molybdän – Erhöht die Härtbarkeit und Kriechbeständigkeit von niedriglegierten Stählen.

4. Werkzeugstahl

Werkzeugstähle haben einen hohen Kohlenstoffgehalt (0,5 % bis 1,5 %). Höherer Kohlenstoffgehalt führt zu größerer Härte und Festigkeit. Diese Stähle werden hauptsächlich zur Herstellung von Werkzeugen und Matrizen verwendet. Werkzeugstahl enthält unterschiedliche Mengen an Wolfram, Kobalt, Molybdän und Vanadium, um Hitzebeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit zu verbessern. Dies macht Werkzeugstähle ideal für den Einsatz als Schneid- und Bohrwerkzeuge.

Bestandteile von Stahl

Stahl ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung. Er kann Spuren von Silicium, Phosphor, Schwefel und Sauerstoff enthalten.

Stahl hat einen Kohlenstoffgehalt von 0,08 bis 1,5 %. Daher ist er härter als Schmiedeeisen, aber weniger spröde als Gusseisen. Stahl hat eine eindeutige Kombination aus Härte, Flexibilität und Zugfestigkeit. Er ist haltbarer und behält eine schärfere Kante als weicheres Schmiedeeisen. Gleichzeitig ist er widerstandsfähiger gegen Schock und Zug als sprödes Gusseisen.

Die Eigenschaften von Stahl hängen hauptsächlich vom Kohlenstoffgehalt und in großem Maße von Silicium, Mangan, Schwefel und Phosphor ab. Daher ist ein Verständnis der Wirkung jedes der chemischen Elemente auf die Eigenschaften von Stahl notwendig für die Auswahl von Stahl für bestimmte Zwecke. Die Bestandteile von Stahl sind wie folgt:

Kohlenstoff

Kohlenstoff erhöht Festigkeit, Elastizität (bestimmt durch Streckgrenze) und Härte und verringert die Duktilität (gekennzeichnet durch Dehnung) und Schlagzähigkeit. Eine wichtige Tatsache ist, dass oberhalb von 0,3 % Kohlenstoff der Stahl durch Erhitzen und Abschrecken in Wasser oder Öl gehärtet werden kann.

Silicium

Silicium im fertigen Stahl liegt normalerweise zwischen 0,05 und 0,30 %. Silicium wird in Kohlenstoffstählen zugesetzt, um zu verhindern, dass sie porös werden. Es wirkt als sehr gutes Entoxidationsmittel und entfernt Gase und Oxide, verhindert Lunker und macht den Stahl dadurch zäher und härter.

Mangan

Mangan dient auch als wertvolles Entoxidations- und Reinigungsmittel. Mangan verbindet sich auch mit Schwefel und verringert so die schädliche Wirkung dieses im Stahl verbleibenden Elements. Bei Verwendung in gewöhnlichen niedrigkohlenstoffhaltigen Stählen macht Mangan das Metall duktil und von guten Biegeeigenschaften. Der Mangangehalt von Kohlenstoffstahl beträgt normalerweise weniger als 1,00 % und liegt üblicherweise zwischen 0,30 und 1,00 %.

Schwefel

Schwefel kommt im Stahl entweder als Eisensulfid oder als Mangansulfid vor. Eisensulfid verursacht aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts Rotbrüchigkeit (Red Shortness), d. h. erhöhte Sprödigkeit bei erhöhten Temperaturen, während Mangansulfid nicht so stark beeinflusst. Daher ist Mangansulfid im Stahl weniger bedenklich als Eisensulfid. Das Vorhandensein einer nennenswerten Menge Schwefel (Schwefeleinschlüsse) im Stahl beeinträchtigt andere Eigenschaften des Stahls ungünstig, z. B. Zugfestigkeit, Streckgrenze, Ermüdungsgrenze usw., und verringert seine Korrosionsbeständigkeit.

Phosphor

Phosphor verleiht Kaltbrüchigkeit (Cold Shortness), d. h. hohe Sprödigkeit bei normalen und besonders bei niedrigen Temperaturen. Er erhöht die Zugfestigkeit, verringert aber gleichzeitig die Schlagzähigkeit und die Duktilität. Bei einem Phosphorgehalt von knapp über 0,2 % hat die Schlagzähigkeit einen Nullwert. Der Versprödungseffekt von Phosphor nimmt mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt des Stahls zu. Die Summe von Kohlenstoff und Phosphor überschreitet normalerweise nicht 0,25 %. Werkzeugstähle bester Qualität enthalten nicht mehr als 0,02 %.

Der Gehalt an Schwefel und Phosphor ist aufgrund ihrer schädlichen Wirkung auf die Stahlqualität streng begrenzt.

Was enthält rostfreier Stahl?

Rostfreie Stähle enthalten mindestens 10,5 % Chrom, weniger als 1,2 % Kohlenstoff und andere Legierungselemente. Rostfreie Stähle sind korrosionsbeständig und ihre mechanischen Eigenschaften können durch Zugabe anderer Elemente wie Nickel, Molybdän, Titan, Niob, Mangan usw. weiter verbessert werden.

Was enthält rostfreier Stahl zu 10 %?

Rostfreie Stähle sind die Stahlsorten, die 10,5 % Chrom (Minimum) enthalten.

Enthält rostfreier Stahl Kupfer?

Kupfer kommt häufig als Restbestandteil in rostfreiem Stahl vor. Es wird jedoch einigen Legierungen zugesetzt, um Ausscheidungshärtungseigenschaften zu verleihen oder die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, insbesondere in Meerwasser- und Schwefelsäurebedingungen.

Was ist die stärkste Stahlsorte?

Wolfram hat die höchste Zugfestigkeit aller reinen Metalle, mit einer Zugfestigkeit von bis zu 500.000 psi bei Raumtemperatur. Es besitzt die maximale Zugfestigkeit, sogar bei Temperaturen über 1.500 °C. Wolfram-Metall ist andererseits spröde, was es in reiner Form weniger nützlich macht.

Welcher Stahlgrad ist der beste?

304 rostfreier Stahl ist der weltweit am häufigsten verwendete Typ rostfreier Stahl aufgrund seiner überlegenen Korrosionsbeständigkeit und seines Wertes. 304 hält den meisten oxidierenden Säuren stand. Aufgrund seiner Haltbarkeit ist 304 leicht zu desinfizieren, was es hervorragend für Küchen- und Kochanwendungen macht.

Wir haben versucht, alle Details über Stähle abzudecken, was verschiedene Stahlsorten, Bestandteile von Stählen und einige häufig gestellte Fragen wie, was rostfreier Stahl enthält etc. umfasst. Hoffentlich hat Ihnen dieser Artikel gefallen. Bitte geben Sie Ihr Feedback in den Kommentaren unten.