Stahl und Eisenwerkstoffe

Vom Roheisen zur Stahlerzeugung

Das im Hochofenprozess entstandene Roheisen ist als Werkstoff leider kaum zu gebrauchen. Es enthält verschiedene Verunreinigungen. Diese sind die Elemente Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Phosphor, Schwefel u.a., wobei Kohlenstoff mit 3-5% anteilsmäßig wesentlich mehr enthalten ist als die anderen unerwünschten Begleitelementen. Kohlenstoff und die anderen Verunreinigungen bewirken, dass das Roheisen spröde (brüchig) wird und sich schlecht schmieden (verformen) lässt, aber auch, dass es schneller schmilzt als reines Eisen.
Das flüssige Roheisen aus dem Hochofen wird je nach der Art, in der Kohlenstoff in ihm gebunden ist, in graues und weißes Roheisen unterteilt. Graues Roheisen wird nach dem Einschmelzen von Schrotteilen in Formen gegossen und heißt dann Gusseisen. Gegenstände aus Gusseisen sind z.B. Kanaldeckel, Heizkörper, Öfen, Rohre, Motorblöcke und Maschinenteile. Gegenstände aus Gusseisen sind aber spröde und nicht sehr temperaturbeständig. Ihr Vorteil ist, dass sie kaum rosten. Weißes Roheisen hingegen wird zu Stahl weiterverarbeitet.

Unterschiede zwischen Stahl und Gusseisen

Stähle sind Eisenbasislegierungen mit einen Kohlenstoffgehalt bis 2 % und müssen schmiedbar sein. Ab einem Anteil von über 5 % an einem Legierungselement spricht man von hochlegierten Stählen.

Stahl

Gusseisen

Kohlenstoffgehalt

0,5 bis 1,7 %

3,2 bis 3,6 %

Eigenschaften

plastisch verformbar, zugfest, schmiedbar, schweißbar

Formgebung durch Gießengeringe, Bruch- und Schlagfestigkeit, hart aber spröde

Verwendung

Maschinenteile, Federn, Autobleche, Baustahl

Kanaldeckel, Heizkörper, Öfen, Rohre, Motorblöcken ,Maschinenteile

Stahlsorten

Bei den Stahlsorten lassen sich zwei große Gruppen unterscheiden, die Kohlenstoffstähle und die Edelstähle. In beiden Fällen handelt es sich um kohlenstoffhaltiges Eisen, aber Edelstähle enthalten noch zusätzlich noch andere Metalle. Kohlenstoffstähle sind nichtlegierte Stahlsorten, die über 80% des weltweit erzeugten Stahls ausmachen. Es gibt viele Kohlenstoffstähle mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt. Stähle mit einem Gehalt von weniger als 0,25% Kohlenstoff sind leicht verformbar und werden zur Herstellung von Blechen, Konservendosen, Autokarosserien, Drähten und Nägeln verwendet. Liegt der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,25% und 0,7% wird der Stahl härter und lässt sich weniger leicht verformen. Daher wird dieser Kohlenstoffstahl für Eisenbahnschienen, im Maschinenbau, sowie im Stahlbau hauptsächlich verwendet. Die höchste Kohlenstoffkonzentration im Stahl beträgt 0,7% bis 1,5% - der Stahl ist somit sehr hart und kaum verformbar. Seine Verwendung findet Anwendung in der Chirurgie (Chirurgische Instrumente), in der Werkzeugherstellung, sowie als Rasierklingen und Stahlfedern.

ausgewählte Stahllegierungen

Name

Zusammensetzung

Eigenschaft

Verwendung

V2A-Stahl

Fe, bis zu 18% Cr, bis zu 14 % Ni

korossionsfest säurebeständig, sehr hart

Werkzeuge, Fahrzeugbau

Invar-Stahl

65% Fe, ca. 35% Ni

geringe Wärmeausdehnung

Präzisionsmessinstrumente

HSS-Stahl

Fe, 4% Cr, 15% W, 2% V

bei Rotglut hart

Werkzeuge

Unlegierte Baustähle

Werkstoff-
nummer

alter Name

USA
AISI

France AFNOR

England BS

Zugfestigkeit

Bruchdehnung

Verwendung

1.0035

St33

A 283 Gr A

A 34-2 NE

Fe 310-0

290-510 N/mm²

18 %

1.0037

St37-2

1015

E 24-2

Fe 360 B

340-470 N/mm²

26 %

1.0044

St44-2

1020

E 28-2

Fe 430 B

410-560 N/mm²

22 %

1.0050

St50-2

A 570 Gr 50

A 50-2

Fe 490-2

470-610 N/mm²

20 %

1.0060

St60-2

A 570 Gr 65

A 60-2

Fe 590-2FN

570-710 N/mm²

16 %

1.0070

St70-2

A70-2

Fe 690-2FN

670-830 N/mm²

11 %

Automatenstähle

Werkstoff-
nummer

Kurzname

Zugfestigkeit
warmgeformt

Zugfestigkeit
kaltgeformt

Bruchdehnung

Verwendung

1.0710

15S10

400-560 N/mm²

450-720 N/mm²

8 %

Bolzen, Stifte, Kleinteile

1.0715

9SMn28

380-570 N/mm²

460-710 N/mm²

8 %

Griffe, Stifte, Scheiben

1.0718

9SMnPb28

380-570 N/mm²

460-710 N/mm²

8 %

Griffe, Stifte, Scheiben

1.0721

10S20

360-530 N/mm²

460-710 N/mm²

9 %

Bolzen, Stifte, Kleinteile

1.0722

10SPb20

360-530 N/mm²

460-710 N/mm²

9 %

Bolzen, Stifte, Kleinteile

1.0726

35S20

490-660 N/mm²

540-740 N/mm²

8 %

Wellen, Stifte, Spindeln

1.0727

45S20

590-760 N/mm²

640-830 N/mm²

7 %

Wellen, Stifte, Spindeln

1.0728

60S20

660-870 N/mm²

740-930 N/mm²

7 %

Wellen, Stifte, Spindeln

1.0736

9SMn36

380-550 N/mm²

490-740 N/mm²

8 %

Griffe, Stifte, Scheiben

1.0737

9SMnPb36

380-550 N/mm²

490-740 N/mm²

8 %

Griffe, Stifte, Scheiben

1.0756

35SPb20

490-660 N/mm²

540-740 N/mm²

8 %

Wellen, Stifte, Spindeln

1.0757

45SPb20

590-760 N/mm²

640-830 N/mm²

7 %

Wellen, Stifte, Spindeln

1.0758

60SPb20

660-870 N/mm²

740-930 N/mm²

7 %

Wellen, Stifte, Spindeln