Stahl ist ein wahrer Allrounder und findet Verwendung in unzähligen Einsatzbereichen, wie beispielsweise der Automobilindustrie, Architektur, Eisenbahnschienen oder sogar Küchenutensilien. Abhängig vom Anwendungsfeld muss Stahl mit unterschiedlichen Legierungselementen legiert sein, um die entsprechenden Anforderungen zu decken. Zudem können unerwünschte Begleitelemente die Attribute des Materials negativ beeinflussen. Dementsprechend ist bei der Arbeit mit Stahl ein ausgeprägtes Know-how nötig, um die passende Eigenschaft zu garantieren.
Veröffentlicht: Oktober 2022
Obwohl Stähle grundsätzlich eine Eisenlegierung mit einer geringen Menge an Kohlenstoff aufweisen, zählen sie offiziell zunächst als unlegiert. Erst wenn ein zusätzliches Legierungselement hinzugefügt wird, spricht man von legierten Stählen. Diese lassen sich wiederum in niedriglegierte und hochlegierte Stähle unterteilen. Das ist abhängig davon, ob der Anteil von mindestens einem Legierungselement mehr als 5% des Gesamtmaterials ausmacht oder nicht. Ob Korrosionsbeständigkeit oder verstärkte Festigkeit – der Nutzen der verschiedenen Legierungselemente ist dabei stark von den Anforderungen des Einsatzgebiets abhängig. Im Bereich der Atomkernenergie eignet sich beispielsweise eine Bor-Legierung, da das Legierungselement die Härte des Stahls erhöht und besonders gut darin ist, Neutronen aufzunehmen. Bei Anwendungen mit starkem Korrosionsrisiko eignet sich eine Titan-Legierung, um den Stahl korrosionsbeständiger zu machen.
Neben erwünschten Elementen, wie Chrom, Molybdän oder Nickel, gibt es auch unerwünschte, die sich nachteilig auf die Eigenschaften auswirken, wie zum Beispiel Phosphor. Um der Schädigung entgegenzuwirken, sollte der Anteil dieser Legierungselemente so niedrig wie möglich gehalten werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Reaktion mit anderen Legierungselementen für einen bestimmten Anwendungszweck. Zum Beispiel bindet Mangan Schwefel, sodass sich Mangansulfat bildet, das die Zerspanbarkeit verbessert. Für den Maschinenbau ist dieses Attribut besonders wertvoll in Anwendungen der spanenden Bearbeitung, wie zum Beispiel bei der Fertigung von Zahnrädern. Denn das Einsparpotenzial in Bezug auf Werkzeugkosten, Maschinenlaufzeiten und Umrüstzeiten ist enorm. So enthält jede Zusammensetzung ihre eigenen Vorteile für die verschiedenen Anforderungen der Industrie.
Einen kurzen Überblick der bekanntesten Elemente und ihrer Auswirkungen auf die Stahleigenschaften geben die folgenden Auflistungen:
Einfluss von…
+ erhöht die Langlebigkeit der Legierung
+ Desoxidierungsmittel
+ Denitrierungsmittel
+ verbessert Zunderbeständigkeit
+ gewährt Neutronen-Absorption
+ erhöht Härte
+ erhöht Zerspanbarkeit
- senkt Schweißbarkeit
+ Desoxidierungsmittel
+ Entschwefelungsmittel
+ bewirkt Zunderbeständigkeit
+ verstärkt Zerspanbarkeit
+ verbessert die Oberflächenqualität
+ Desoxidierungsmittel
+ verbessert Zunderbeständigkeit
+ erhöht Korrosionsbeständigkeit (bei hohen Mengen)
- senkt Verformbarkeit (bei hohen Mengen)
+ Karbidbildner
+ Desoxidierungsmittel
+ Denitrierungsmittel
+ bindet Schwefel
- kann zu Entmischung führen
+ Karbidbildner
+ Desoxidierungsmittel
+ Denitrierungsmittel
+ Entschwefelungsmittel
+ Schutz vor Rotbruch
+ verstärkt Langlebigkeit von Heizleiterlegierungen
Einfluss von…
- führt zu Versprödung
- kann Flockenbildung und Entkohlung hervorrufen
- senkt Kerbschlagzähigkeit
- führt zu Versprödung
- fördert Rotbruch
- kann Faser- und Schieferbrüche hervorrufen
Einfluss von…
+ Karbidbildner
+ verringert kritische Abkühlungsgeschwindigkeit
+ stabilisiert Austenit
- senkt Wärme- und elektrische Leitfähigkeit
- Schweißbarkeit nimmt bei reinen Chrom-Stählen ab
+ Härtbarkeit
+ Zugfestigkeit
+ Schweißbarkeit
- Schmiedbarkeit
- Dehnbarkeit
+ Festigkeit
+ Härtbarkeit
- verringert Schweiß- und Schmiedbarkeit
- führt zu Bruchdehnung
+ verstärkt Härte
+ erhöht Resistenz gegen Schwefel- und Salzsäure
- senkt Korrosionsresistenz
- verringert Warmverformbarkeit
+ höhere Ausscheidungshärte
+ Deoxidierungsmittel
- reduzierte Zähigkeit
+ verstärkt Härte
+ erhöht die Streckgrenze austenitischer Stähle
- senkt Zähigkeit
- führt zu Versprödung
- kann Kornzerfall hervorrufen
+ höhere Zerspanbarkeit
- bewirkt Entmischung
- verstärkt die Neigung zu Schweißrissen
- kann in Reaktion mit Eisen Rotbruch hervorrufen
- kann zu Duktilität führen
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