Qualitätsstahl

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 Durchnummerierung nach Nummer 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

Unlegierte Stähle

Massenstähle/Stähle für Stahlbau

Beispiele

EN 10025 (aktuell)	EN 10025 (alt)	DIN 17100 (alt national)	Bemerkungen
S235JR+AR	S235JRG2	St 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 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 Festigkeit 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:

• K: kaltverformt
• A: angelassen
• N: normalgeglüht
• V: vergütet

Die Abgussart kann durch vorgestellten Buchstaben charakterisiert werden:

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

Die Beruhigung 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. Beruhigung heißt es deswegen, weil 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 blubbert die Schmelze kurzfristig stärker, verstummt allerdings dann extrem, weil der Sauerstoff abgebunden ist. Das Beruhigen benutzt man, um Stahl zu erzeugen, der im Strangguss überhaupt vergießfähig ist bzw. um im Strang- oder Kokillenguss einen Stahl zu erzeugen, der keine Lufteinschlüsse besitzt.

Bis Oktober 2004 gab es auch noch eine Gütekennzeichnung, die auf Beruhigung sowie Wärmebehandlungszustand des fertigen Produkts schließen ließen:

• 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 - nicht mehr zulässig. Der Stahl darf nur in entweder einfach oder doppelt beruhigter Ausführung verwendet werden.
• G3: Das fertige Produkt muss unbedingt normalisiert werden.
• G4: Der Wärmebehandlungszustand des Produktes bleibt dem Hersteller überlassen. Beispielsweise:
  • normalgeglüht
  • thermomechanisch gewalzt
  • vergütet (wasser, luft- oder ölvergütet sowie eine Kombination dieser Verfahren)

Unlegierte Qualitätsstähle

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 unlegierte Edelstähle entsprechen. Der Kohlenstoffgehalt beträgt 0,2 bis 0,65%

• Bezeichnung: Cx mit x = 100stel facher Kohlenstoffgehalt in Massenprozent
• 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, 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 x = 100facher Kohlenstoffgehalt in Massenprozent)

• festgelegter Mindestwert der Kerbschlagarbeit (siehe Zähigkeit),
• festgelegter Einhärtungstiefe oder Oberflächenhärte,
• besonders niedrige Gehalte an nichtmetallischen Einschlüssen,
• nochmals verringerter Gehalt an Phosphor und Schwefel gegenüber Qualitätsstählen (<0,025  %)
• elektrische Leitfähigkeit über 9 S*m/mm
• 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 %)

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

Mikrolegierte Stähle

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

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

Bezeichnung:

• Ganz vorne der Kohlenstoffgehalt in 100stel Massenprozent, 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).

Hochlegierte Stähle

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

Bezeichnung:

• Reguläre hochlegierte Stähle werden ganz vorne durch ein X gekennzeichnet, dann weiter wie bei den niedriglegierten Stählen der 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 (high speed steel) bilden eine Ausnahme und werden ganz vorne durch die Buchstaben HS gekennzeichnet, und dann folgen getrennt durch Bindestriche die Massenanteile der Legierungselemente Wolfram, Molybdän, Vanadium und Cobalt in Massenprozent. Der Chromgehalt, der für alle Schnellarbeitsstähle bei ungefähr 4 % liegt, findet im Stahlnamen keine Erwähnung.

Beispiel: HS-10-4-3-10 ist ein Schnellarbeitsstahl mit 10 % Wolfram, 4 % Molybdän, 3% Vanadium und 10 % Cobalt.

Stahlguss

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

Bezeichnung:

• Wie bei den niedriglegierten Stählen, 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.

Werkstoffnummern

Werkstoffnummern werden in Europa vom Stahlinstitut VDEh vergeben.

Bezeichnung: X.YYZZ.AA mit

• X: Hauptgruppe
• Y: Sortennummern
• Z: Zählnummern
• A: Anhängenummern

Die Hauptgruppe X für Stahl und Stahlgusssorten lautet „1“. Die Sortennummern YY dienen der Klassifizierung, die beiden Zählnummern ZZ werden chronologisch vergeben. Die erste Anhängeziffer A bezeichnet das Stahlgewinnungsverfahren, während die zweite den Behandlungszustand charakterisiert. In der Regel wird auf die Anhängeziffern verzichtet.

Beispiele:

1.7218.95 übersetzt sich in [Stahl].[Edelstahl mit Cr und < 0,35 Massenprozent Mo].[0,25 Massenprozent C, 1,0 % Cr, 0,65 % Mn].[Elektrostahl].[vergütet]. 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.

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

Bezeichnung nach der Mindeststreckgrenze

Verwendungszweck	Bezeichnung / Beispiel	Zusätze	Anforderungsklasse	Werkstoffnorm
Stähle für Stahlbau	Bezeichnung S + Mindeststreckgrenze Beispiel: S355J2+N	Garantierte Kerbschlagzähigkeit: 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 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	B = Bake-hardening-Stahl M = Thermomechanisch gewalzt P = Phosphorlegiert X = Dualphasenstahl Y = IF-Stahl (interstitial free steel)		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.

Bezeichnung nach der Zusammensetzung

Einsatzstähle und Vergütungsstähle

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 Hundertstel Massenprozent.

(Bei einem Kohlenstoffgehalt < 0,25 % ist der Stahl einsatzhärtbar, darüber vergütbar.)

Niedriglegierte Stähle

Bei niedriglegierten Stählen liegt der Anteil an Legierungselementen unter 5 %.

Zum Beispiel steht das Kürzel 15CrNi6 für:

• 15/100 in  % C, aber: bei der Ermittlung des Legierungsanteil wird der C-Anteil nicht mitgerechnet!
• Cr und Ni charakterisieren die Legierungselemente
• 6 = 6/Konstante  % Cr - in diesem Fall 1,5 %
• Ni hat einen Anteil von unter 1 %

Zur Vorgangsweise: Das Legierungselement mit dem höchsten Anteil an der Legierung steht an erster Stelle, im Falle des Beispiels Cr – diesem wird die erste Zahl zugeordnet, dem zweiten Element die zweite Zahl usw. Kann man keine Zahl zuordnen so ist der Anteil automatisch unter 1 %.

Die Konstanten sind in einer Tabelle fixiert - sie entsteht durch die Zuweisung einer Konstanten zu einem bestimmten Legierungselement (z. B.: bei Cr würde die Konstante 4 sein). Die Konstanten (auch Multiplikatoren genannt) sind 100 für C, N, P und S. (Eselsbrücke zum Merken: „Mit 100 PS nach Cannstatt“) 10 für Al, Cu, Mo, Ta, Ti und V. 4 für Cr, Co, Mn, Ni, Si und W (Eselsbrücke zum Merken: CroCoManNiSiWe, bzw. in der Studentenfreundlicheren Version: Chrom konnte man nicht sicher wahrnehmen. (leider ist dann ein Rechtschreibfehler enthalten), Eine weitere Regel: Man sieht nie 4 weiße Crocodile, oder der alte Russe CroManNiSiCoW. Weitere Eselsbrücken: „Siehe Conrad Cramer wusste nie Mangan.“ und „Alle Cubaner mochten Tante Tinas Vogel“. für den Multiplikator 10 (es gibt auch eine nicht ganz jugendfreie Variante dieser Eselsbrücke).

Hochlegierte Stähle

Der Anteil von mindestens einem Legierungselement ist größer als 5 %.

Erklärung anhand des Beispiels X5CrNiMoV18-8-2:

• X – Kennzeichnung, dass es sich um einen hochlegierten Stahl handelt.
• 5 – Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent (hier: 0,05 % C)
• Cr, Ni, Mo, V charakterisieren die Legierungselemente
• 18 % Cr, 8 % Ni, 2 % Mo, unter 1 % V

Die Vorgehensweise ist gleich wie bei den niedriglegierten Stählen - der einzige Unterschied besteht darin, dass der Anteil in Prozent nicht erst über eine Konstante umgerechnet werden muss, sondern direkt abgelesen werden kann.

Schnellarbeitsstähle

Schnellarbeitsstähle (Kurzzeichen HS (früher HSS)) 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 < 0,8 %

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 (Merksatz: „Wir trinken Montags Viel Cola“, bzw. „Wo′s MoVa Kommt“).

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.

Weitere Bezeichnungen

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.

Siehe auch

• Messerstahl
• Liste der DIN-Normen