Stahl-Infos

Wissenswertes rund um das Thema „Stahl“

Kohlenstoff (C)
Die Höhe des C-Gehalts ist ausschlaggebend für die Festigkeit und Härtbarkeit eines jeden Stahls. Jeder unlegierte Stahl enthält außerdem herstellungsbedingt auch Phosphor, Schwefel, Silizium, sowie Mangan. Der Begriff Stahl wird dann verwendet, wenn eine Eisenlegierung einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0.002 % und 2.06 % aufweist. Härtbar wird Stahl jedoch erst ab einem Kohlenstoffgehalt von 0.3%. Die Härtbarkeit und Festigkeit von Stahl nimmt zu, je höher sein Kohlenstoffanteil ist. Umso höher der C-Gehalt desto weniger Zähigkeit, Bearbeitbarkeit und Schmiedbarkeit. Ein erhöhter Kohlenstoffanteil führt zu einer zunehmenden Sprödigkeit des Stahls, wodurch Bruchdehnung und die Eignung zum Schweißen verringert wird. Kaum verändert werden durch die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts der Korrosionswiderstand gegenüber Wasser, heißen Gasen und Säuren. Durch den Kohlenstoff wir der Schmelzpunkt in Eisen gesenkt und durch Fe3C-Bildung (Eisencarbid, Zementit) die Zugfestigkeit und Härte gesteigert. Erst durch einen C-Gehalt von > 0,3 % ist Stahl härtbar.
Der Schmelzpunkt für Graphit liegt bei 3540° C

Kobalt (Co)
Kobalt ist oft in Schnellstählen, sowie in einigen wenigen Warmarbeitsstählen und anderen diversen warmfesten Werkstoffen ein willkommenes Legierungselement. Durch Kobalt wird bei höheren Temperaturen das Kornwachstum in diesen Werkstoffen vermindert, sowie die Anlassbeständigkeit verbessert und die Warmfestigkeit stark verbessert. Ist Kobalt zu einem hohen Anteil im Stahl vorhanden, erhöht es den Restmagnetismus (Remanenz), die Wärmeleitfähigkeit sowie die Koerzitivfeldstärke (magnetische Feldstärke, die an einem Magneten angelegt werden muss, um seine Magnetisierung aufzuheben) und bildet deshalb die Basis für Dauermagnetstahl und Dauermagnetstahllegierungen. Kobalt bildet keine Karbide, fördert aber die Graphitbildung.
Der Schmelzpunkt von Kobalt liegt bei 1492° C.

Chrom (Cr)
Durch den Cr-Gehalt kann die Härtbarkeit erhöht und die Vergütbarkeit verbessert werden indem die kritische Abkühlgeschwindigkeit, die für das Erreichen eines harten, spröden und feinnadeligen Gefüges (Martensit) erforderlich ist, reduziert wird. Die Dehnung wird dadurch kaum verringert, jedoch nimmt die Kerbschlagzähigkeit (Einheit zur Messung der Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs, gegen eine dynamische, schlagende Beanspruchung) etwas ab. Die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit werden durch Chromzusatz im Stahl vermindert, er wird härtbar in Öl und an der Luft, seine Wärmeausdehnung wird verringert. Ein Chromgehalt bis 3% steigert Remanenz und Koerzitivfeldstärke, wenn gleichzeitig der Kohlenstoffanteil im Stahl erhöht ist. Bei reinem Chromstahl nimmt die Schweißfähigkeit ab, je höher jedoch der Chromgehalt ist, desto höher ist die Zunderbeständigkeit. Für die Korrosionsbeständigkeit von Stählen ist ein Cr-Gehalt > 13%, in der Grundmasse gelöster Mindestgehalt an Chrom notwendig. Chrom ist Karbidbildner, die Karbide des Chroms erhöhen die Warm- und Verschleißfestigkeit des Stahls, sowie seine Schneidhaltigkeit.
Der Schmelzpunkt von Chrom liegt bei 1920 °C

Mangan (Mn)
Mangan bindet Schwefel als Mangan-Sulfide, wodurch sich die Rotbruchgefahr von Stahl reduziert. Dies ist besonders wichtig für Stähle, die für das Zerspanen (Drehen, Fräsen, Bohren) auf automatisierten Werkzeugmaschinen optimiert sind. Außerdem beeinflußt der Zusatz von Mangan die Schmied- und Schweißbarkeit von Stählen positiv. Mangan entzieht Sauerstoff und setzt die kritische Abkühlgeschwindigkeit in hohem Maße herab, wodurch Festigkeit, Härtbarkeit, Einhärtetiefe und Streckgrenze gesteigert werden.
Der Schmelzpunkt von Mangan liegt bei 1221 °C

Molybdän (Mo)
Molybdän wird meistens zusammen mit anderen Elementen legiert. Es erhöht die Festigkeit und die Streckgrenze von Stählen. Die Härtbarkeit des Stahls wird durch eine Verringerung der entscheidenden Abkühlgeschwindigkeit verbessert. Bei Chrom-, Nickel- und Mangan-Stählen, wird die Anlasssprödigkeit durch Molybdän reduziert und die Feinkornbildung unterstützt, was sich wiederum günstig auf die Schweißbarkeit auswirkt. Durch Molybdän wird die Karbidbildung stark gefördert, wodurch die Schneideigenschaften bei Schnellarbeitsstählen verbessert werden. Bei austenitischen (nichtrostenden) Chrom-Nickel-Stählen und bei hochlegierten Chrom- Stählen wird Molybdän eingesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu steigern. Ein hoher Gehalt an Molybdän sorgt für eine verringerte Lochfraßanfälligkeit, eine verbesserte Warmfestigkeit, sowie eine Verminderung der Zunderbeständigkeit. Die Schmiedbarkeit wird durch einen erhöhten Molybdän-Gehalt jedoch beeinträchtigt.
Der Schmelzpunkt von Molybdän liegt bei 2622 °C.

Nickel (Ni)
Oberhalb von 600 °C haben austenitische Stähle eine höhere Warmfestigkeit, da die Temperatur der Rekristallisation (Neubildung des Gefüges) hoch ist. Sie sind nicht dazu geeignet, magnetisiert zu werden. Die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit werden durch Nickel in hohem Maße reduziert. Durch den Ni-Gehalt wird eine deutliche Zunahme der Kerbschlagzähigkeit bei Baustählen erreicht, auch im Tieftemperaturbereich, weshalb Nickel zur Steigerung der Zähigkeit bei Vergütungsstählen und in kaltzähen Stählen hinzugefügt wird. Auch bei einem hohen Prozentanteil von Nickel im Stahl, wird dieser lediglich rostträge. Austenitische (Austenit ist der Hauptgefügebestandteil vieler nicht rostender Stähle) Chrom-Nickel-Stähle werden dadurch aber beständiger gegen reduzierende Chemikalien. Durch Chrom werden Stähle in oxydierenden Substanzen beständiger. Bei Stählen, die bestimmte physikalische Eigenschaften erhalten sollen, wie z.B. eine geringfügige Temperaturausdehnung, muss ein hoher Ni-Gehalt in genauen Legierungsbereichen begrenzt werden.
Der Schmelzpunkt von Nickel liegt bei 1453 °C.

Silizium (Si)
Silizium ist kein Metall, sondern ein sogenanntes Metalloid, ein Halbmetall. Es desoxydiert Stahl, wobei Silziumdioxyd entsteht. Silizium ist in Eisenerzen enthalten und somit in jedem Stahl enthalten. Darüber hinaus geht Silizium bei der Stahlherstellung von der feuerfesten Ofenauskleidung in die Stahlschmelze über. Stähle mit einem Si- Gehalt von > 0,40% , werden Siliziumstähle genannt. Die Zunderbeständigkeit des Stahls wird durch Silizium gesteigert, die Ausscheidung von Graphit wird gefördert und die Elastizitätsgrenze des Stahls wird erheblich verbessert, weshalb mit Silizium legierte Stähle sich als Federwerkstoffe eignen. Hitzebeständige Stähle wird ebenfalls Silizium zulegiert. Festigkeit und Verschleißfestigkeit bei Silizium-Mangan-Vergütungsstählen werden unterstützt, doch eine Begrenzung des Legierungselements ist durch die Beeinträchtigung von Kalt- und Warmverformbarkeit erforderlich.
Der Schmelzpunkt von Silizium liegt bei 1414 °C.

Vanadium (V)
Die Stahlindustrie verbraucht ca. 85% des produzierten Vanadiums. In Schnellarbeitsstahl ist bis zu 5% Vanadium enthalten, Bau- und Werkzeugstähle enthalten jedoch nur Mengen von 0,2-0,5%. Das Primärgefüge (Primärkorn) und somit auch die Gussstrukturen wird durch den Zusatz von Vanadium verfeinert. Durch diese Verfeinerung und die Bildung von Karbiden, wird die Lufthärtung gedrosselt und damit die Schweißbarkeit von Vergütungsstählen (Vergüten: Härten und Anlassen) verbessert, sowie eine hohe Zug- und Dauerfestigkeit erzielt. Vanadium ist ein starker Karbidbildner, was zu einer Steigerung der Warmfestigkeit, Schneidhaltigkeit, des Verschleißwiderstands und der Beständigkeit gegenüber Druckwasserstoff beiträgt. Es wird deshalb zusammen mit anderen Legierungselementen in Schnell- und Warmarbeitsstählen, sowie in warmfesten Stählen benutzt. Die Verminderung der Überhitzungsempfindlichkeit und eine starke Verbesserung der Anlassempfindlichkeit erhält man durch das zulegieren von Vanadium. Außerdem wird die Zähigkeit und Festigkeit und somit die Verschleißfestigkeit schon durch kleine Mengen deutlich gesteigert.
Der Schmelzpunkt von Vanadium liegt bei 1726 °C.

Wolfram (W)
Tungsten (Tu)

Charakteristisch für Wolfram ist sein hohes Gewicht, welches in mit Wolfram höher legierten Warm- und Schnellarbeitsstählen messbar ist. Die Karbide von Wolfram sind sehr hart. Es behindert das Kornwachstum im Stahl und steigert seine Zähigkeit. Die Zulegierung von Wolfram zu warmfesten Stahltypen, sowie zu Warm- und Schnellarbeitsstählen erhöht die Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen, die Warmfestigkeit, sowie die Anlassbeständigkeit und die Schneidhaltigkeit. Die Koerzitivfeldstärke wird durch Wolfram erheblich gesteigert, weswegen es zur Herstellung von Dauermagnet-Legierungen verwendet wird. Außerdem beeinträchtigt Wolfram die Zunderbeständigkeit.
Der Schmelzpunkt von Wolfram liegt bei 3380 °C


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