Stahl ist zu einem erstklassigen Rohstoff geworden, der je nach Verwendungszweck in Tausenden von Variationen angeboten wird. Lassen Sie uns daher die am häufigsten verwendeten Stahlsorten, ihre besonderen Eigenschaften sowie ihre Verwendungszwecke untersuchen.

Eisen ist das im Erdkern und im Erdmantel am häufigsten vorkommende Mineral, obwohl es in seiner reinen Form extrem weich ist und zu Eisenoxid oxidiert werden muss. Die geringe Festigkeit und Haltbarkeit dieser Form behindern die Verwendung von Eisen erheblich. Um diese Eigenschaften zu verbessern, werden dem reinen Eisen bis zu 2 % Kohlenstoff zugesetzt, wodurch eine äußerst haltbare und harte Substanz entsteht, die als Stahl bezeichnet wird.

Aufgrund seiner hohen Zugfestigkeit und Festigkeit wird Stahl für die Herstellung von allem Möglichen verwendet, von der Nähnadel bis zum Öltanker, und auch für die Werkzeuge, die zu ihrer Herstellung benötigt werden. Allerdings werden dem Stahl oft andere Metalle beigemischt, um je nach Verwendungszweck unterschiedliche Eigenschaften zu erzielen.

Durch diese metallischen Zusätze sind bis heute 3.500 verschiedene Varianten von Stahl entstanden, die jeweils unterschiedliche strukturelle, chemische und physikalische Merkmale und Eigenschaften aufweisen. Noch verblüffender ist die Tatsache, dass mehr als 75 % dieser Variationen in den letzten zwei Jahrzehnten eingeführt wurden, um den sich rasch entwickelnden industriellen Anforderungen gerecht zu werden.

Lassen Sie uns die am häufigsten verwendeten Stahlarten, ihre besonderen Eigenschaften und Verwendungen untersuchen:

Kohlenstoffstahl

Der meiste Stahl auf der Welt ist eine Form von Kohlenstoffstahl. Er besteht aus Eisen, Kohlenstoff und verschiedenen spezifischen Mengen anderer Legierungselemente. Als Hauptlegierungselement von Kohlenstoffstählen macht Kohlenstoff etwa 90 % der gesamten Stahlproduktion aus.

Er trägt dazu bei, ein stärkeres und viel steiferes Metall zu schaffen. Das liegt daran, dass die im Kohlenstoff enthaltenen Atome es ihm ermöglichen, durch das Kristallgitter des Eisens zu wandern, das Gitter leicht zu verzerren und die Lücken zwischen den Metallatomen zu füllen.

Aufgrund dieser Eigenschaft sind die resultierenden Kohlenstoffstahlprodukte extrem hart. Entscheidend für die Festigkeit ist der Kohlenstoffgehalt, der in drei Kategorien eingeteilt wird:

Erfahren Sie hier alles über die Klinge aus Kohlenstoffstahl.

Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt

Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt enthält in der Regel etwa 0,61 % bis 1,5 % Kohlenstoff, was zu einem festen, spröden und harten Stahl führt. Um seine Verschleißfestigkeit zu verbessern, wird er einer entsprechenden Wärmebehandlung unterzogen. Er wird nicht nur für hochfeste Drähte und Federn verwendet, sondern ist auch ein nützliches Material für die Herstellung von stoßdämpfenden Maschinen.

Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt

Diese Variante enthält einen Kohlenstoffgehalt von 0,31 % bis 0,6 %, was zu einem leicht dehnbaren Stahl mit höherer Zugfestigkeit als Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt führt. Um ihn zu härten, wird er häufig durch Anlassen, eine Form der Wärmebehandlung, behandelt. Da er sehr gut verformbar ist und in eine Vielzahl von Formen und Größen gegossen werden kann, ist er der am häufigsten verwendete Stahl. Von Wolkenkratzern über Zäune bis hin zu Brücken und Häusern wird er überall verwendet.

Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt

Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt enthält bis zu 0,3 % Kohlenstoff. Während er eine hohe Verformbarkeit und Duktilität aufweist, zeichnet sich kohlenstoffarmer Stahl durch eine geringe Zugfestigkeit aus, die jedoch durch das Kaltwalzen verbessert werden kann. Dabei wird der Stahl zwischen zwei polierten Walzen unter hohem Druck gewalzt. Zu den häufigsten Verwendungszwecken gehört die Herstellung von Blechen, Kisten, Rohren, Ketten, Drähten, Gehäusen, Nieten, Fahrzeugrahmen usw.

Quelle: Techpedia

Legierter Stahl

Legierter Stahl besteht aus unterschiedlichen Mengen verschiedener Metalle neben Eisen. Diese Zusätze tragen dazu bei, die Eigenschaften von Stahl für bestimmte Anwendungen zu verändern. Metalle wie Aluminium, Nickel, Silizium, Chrom, Mangan, Titan und Kupfer werden in gewissem Umfang verwendet. Die Verwendung dieser Metalle führt zu Eigenschaften, die bei Kohlenstoffstahl nicht gegeben sind. Die gewünschten Veränderungen betreffen die Festigkeit, die Verformbarkeit, die Korrosionsbeständigkeit, die Duktilität und die Härtbarkeit des Stahls.

Da legierter Stahl im Allgemeinen besser auf verschiedene Behandlungen anspricht, wird er in spezialisierten Branchen wie der Haushaltsgeräteindustrie, dem Schiffbau und der Automobilindustrie verwendet. Es kann stärkere oder empfindlichere Formen geben, solche mit hoher Rostbeständigkeit oder solche, die sich besser zum Schweißen eignen.

Legierter Stahl wird häufig zur Herstellung von Rohrleitungen, Autoteilen, Stromgeneratoren, Transformatoren und Elektromotoren verwendet.

Abhängig von der Kombination der Legierungselemente umfassen legierte Stähle zahlreiche verschiedene Varianten. Wir haben die am häufigsten verwendeten Typen zusammengestellt:

Wolframstahl

Wolfram, auch Wolfram genannt, ist im Grunde ein mattes Silbermetall, das in seiner reinsten Form den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle aufweist. Was es von anderen Metallen unterscheidet, ist seine Festigkeit und seine Fähigkeit, hohen Temperaturen zu widerstehen. Aufgrund dieser Eigenschaften wird dieses Metall in verschiedenen Stahllegierungen verwendet, um die Korrosions- und Verschleißfestigkeit zu erhöhen.

Außerdem wird Wolframstahl in den Düsen von Raketentriebwerken verwendet, um eine hohe Hitzebeständigkeit zu erreichen. In Kombination mit Kobalt, Nickel und Eisen kann Wolframstahl zur Herstellung von Turbinenschaufeln für viele Flugzeugtypen verwendet werden. Außerdem erfordern viele andere Maschinen und Werkzeuge eine hohe Hitzebeständigkeit und verwenden daher Wolframstahl.

Quelle: Die Waage

Wissen Sie hier mehr über den Wolframstahl.

Nickelstahl

Nickelstahl gehört zu den am häufigsten verwendeten Stahllegierungen weltweit. Neben einem hohen Nickelgehalt von ca. 3,5 % weist er einen Kohlenstoffgehalt von ca. 0,35 % auf. Seine Besonderheit besteht darin, dass die Zugabe von Nickel die Festigkeit von Baustahl erhöht, ohne dass die Duktilität im gleichen Maße abnimmt. Diese erhöhte Zähigkeit hilft, Brüchen zu widerstehen, die durch starke Stöße, Erschütterungen und Belastungen verursacht werden können.

Außerdem verringert Nickel beim Abschrecken den Verformungswert des Stahls. Nickel-Stahl bietet eine unglaubliche Reaktionsfähigkeit bei der Wärmebehandlung, da der Zusatz von Nickel die Temperatur des Stahls senkt, wodurch er ideal für die Wärmebehandlung ist.

Quelle: Bright Hub Engineering

Manganstahl

Manganstahl ist ein Kaltverfestigungsstahl mit einem Mangangehalt von 11 bis 14 %. Aufgrund seiner hervorragenden Kaltverfestigungseigenschaften und Verschleißfestigkeit wird Manganstahl bei der Herstellung komplexer Eisenbahnschienen verwendet. Weitere moderne Anwendungen sind Schaufeln, Strahlkabinen, Abstreifer, Sicherheitsplatten gegen Bohrer usw.

Quelle: West Yorkshire Steel

Erfahren Sie hier mehr über Manganstahl.

Vanadiumstahl

Vanadiumstahl ist bekannt für seine korrosionsbeständigen Eigenschaften und seine Fähigkeit, Stöße zu absorbieren. Vanadiumstahl wird nicht nur für chemieführende Rohre verwendet, sondern auch in Form einer dünnen Schicht, um Titan mit Stahl für Luft- und Raumfahrtanwendungen zu verbinden. Bereits 1 % Vanadium und Chrom reichen aus, um Stoß- und Vibrationsfestigkeit zu erreichen, was ihn ideal für Automobilanwendungen macht.

Quelle: mining.com

Chromstahl

Der Zusatz von Chrom senkt die kritische Abkühlungsrate und erhöht die Zunderbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturfestigkeit von Stahl. Es wird hauptsächlich zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit eingesetzt. Chromstahl zeichnet sich durch hohe Elastizität und Zugfestigkeit aus und wird häufig zur Herstellung von Maschinen- und Autoteilen, Steinbrechern und Tresoren verwendet.

Quelle: Borinox

Chrom-Vanadium-Stahl

Chrom-Vanadium-Stahl verwendet sowohl Chrom als auch Vanadium und kombiniert die Eigenschaften beider. Der Stahl weist eine extrem hohe Zugfestigkeit auf und lässt sich leicht schneiden, ist aber nicht spröde. Er wird häufig für Zahnräder, Achsen, Pleuelstangen, Fahrzeugrahmen usw. verwendet.

Siliziumstahl

Wenn es um magnetische Kraft geht, ist Siliziumstahl heute das wichtigste Material. Während kleine Mengen Siliziumstahl in Impulstransformatoren und kleinen Relais verwendet werden, werden für Anwendungen wie große Motoren und Generatoren Tonnen von Siliziumstahl eingesetzt. Unter seinen Eigenschaften sind die Sättigungsreduzierung, der spezifische Widerstand, die Magnetostriktion und die magnetokristalline Anisotropie sehr begehrt. Mit einem Zusatz von nur 1 bis 2 % Silizium wird der Stahl am häufigsten zur Herstellung von Dauermagneten verwendet.

Erfahren Sie hier alles über Siliziumstahl.

Molybdänstahl

Als wertvolles Legierungsmittel für Stähle trägt Molybdän zur Verbesserung der Zähigkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit des Stahls bei. Dies macht es ideal für die Verwendung in Baustählen, die daher häufig in der Meeresumwelt eingesetzt werden. Auch in Öl- und Gaspipelines und Kugellagern kommt Molybdänstahl zum Einsatz.

Quelle: Metalpedia

Kobaltstahl

Kobaltlegierungen bieten eine enorme Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Hochtemperaturfestigkeit und magnetische Eigenschaften. Zu den härteren Kobaltanwendungen gehören Schaufeln und Schaufeln für Gasturbinen. Diese Art von Stahl wird jedoch eher für die Herstellung von Schneidwerkzeugen verwendet.

Quelle: Science direct

Aluminiumstahl

Der Zusatz von Aluminium trägt zur Fähigkeit bei, Wärme zu reflektieren. Mit einer Dichte von etwa einem Drittel der von Stahl wird es in Anwendungen eingesetzt, bei denen geringes Gewicht und hohe Festigkeit wichtig sind. Aluminiumstähle werden daher häufig für die Herstellung von Auspuffanlagen von Motorrädern und Autos verwendet. Neben der Automobilindustrie wird Aluminiumstahl in der Energieerzeugung, der Architektur, der Lebensmittelzubereitung, der Verpackung, der elektrischen Übertragung usw. eingesetzt.

Quelle: Aalco

Werkzeugstahl

Werkzeugstähle sind Stähle, die für die Herstellung verschiedener Arten von Werkzeugen verwendet werden, die für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt werden, darunter Schlagwerkzeuge, Schneidwerkzeuge wie Messerwerkzeuge und andere. Sie bestehen aus Metalllegierungen wie Wolfram, Kobalt, Molybdän und Vanadium in unterschiedlichen Anteilen. Sie sind nicht nur hart und haltbar, sondern auch sehr hitzebeständig.

Abhängig von der Art des herzustellenden Werkzeugs unterscheidet sich die Qualität des Werkzeugstahls, was zu zahlreichen Varianten innerhalb der Kategorie Werkzeugstahl führt:

Schockresistenter Werkzeugstahl

Wie der Name schon sagt, ist diese Variante des Werkzeugstahls so konzipiert, dass sie eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stöße bei unterschiedlichen Temperaturen bietet. Mit einem geringen Gehalt an Kohlenstoff, Silizium und Molybdän ist er abrasiv und mäßig zäh. Dieser Stahl wird meist zur Herstellung von Werkzeugen wie Schraubendrehern, Stempeln, Meißeln und Nietwerkzeugen verwendet.

Spezialwerkzeugstahl

Dieser Werkzeugstahl wurde speziell entwickelt, um eine mäßige Zähigkeit und Verformbarkeit zu erreichen, wobei eine niedrig legierte Stahlklasse verwendet wird. Er wird häufig für die Herstellung von Schraubenschlüsseln, Dornen und Gewindebohrern verwendet.

Warmarbeitsstahl

Warmarbeitsstahl wird für die Herstellung von Werkzeugen verwendet, die über einen längeren Zeitraum eine hohe Hitzebeständigkeit erfordern, wie z.B. beim Schmieden, Strangpressen, Stanzen, Gießen und Warmscheren.

Wasserhärtender Werkzeugstahl

Als billigster Typ ist wasserhärtender Werkzeugstahl der am häufigsten verwendete Werkzeugstahl für die Herstellung von Werkzeugen. Um den Gegenständen oder Werkzeugen Härte zu verleihen, wird dieser Stahl wassergehärtet. Mit seiner hohen Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenverschleiß wird dieser Stahl häufig zur Herstellung von Feilen, Fräsern, Hämmern, Klingen und ähnlichen Gegenständen verwendet.

Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl

Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl besteht aus Wolfram-, Molybdän- und Vanadiumstahllegierungen. Diese Komponenten sind hart und behalten ihre Härte bei, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden, was dazu beiträgt, einen Stahl herzustellen, der sich perfekt für Hochgeschwindigkeitsmaschinen wie Bohrer, Reibahlen, Sägen, Stempel, Gewindebohrer usw. eignet.

Kaltarbeitsstahl

Diese Werkzeugstahlvariante enthält einen hohen Chromgehalt, um beim Härten, das an der Luft oder in Öl erfolgen kann, verzugsarme Eigenschaften zu erzielen. Diese Eigenschaft führt dazu, dass die hergestellten Werkzeuge nicht so leicht reißen. Als hochfester Stahl ist Kaltarbeitsstahl ideal für die Herstellung von Messerklingen, Stanzwerkzeugen, Prägewerkzeugen usw.

Formenstahl

Formenstahl verwendet Kohlenstoffstähle zur Herstellung von Spritzguss- und Pressformen für Kunststoffe. Eine weitere häufige Anwendung ist der Zinkdruckguss.

Quelle: Science struck

Edelstahl

Während rostfreier Stahl aus mehreren Metalllegierungen besteht, dient Chrom als Hauptelement und macht 10 bis 20 % der gesamten Stahlzusammensetzung aus. Früher als „rostfreier“ Stahl bekannt, ist Edelstahl aufgrund seines Aussehens und seiner hohen Rostbeständigkeit sehr beliebt. Er ist etwa 200-mal rostbeständiger als andere Stahlsorten, insbesondere wenn der Chromanteil über 11 % liegt.

Aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit ist Edelstahl die teuerste Stahlsorte. Als sehr haltbare Stahlsorte sind rostfreie Stähle in der Lage, Abnutzungserscheinungen zu widerstehen, die durch den täglichen Gebrauch zwangsläufig auftreten. Um die Widerstandsfähigkeit gegen Kratzer und Korrosion weiter zu erhöhen, dient die unsichtbare Chromschicht dazu, Oxidation zu verhindern. Weitere metallische Bestandteile von rostfreiem Stahl sind Molybdän und Nickel.

Je nach Verwendungszweck können die Größen und Qualitäten von rostfreiem Stahl unterschiedlich sein und in Form von Blechen, Stangen, Rohren, Platten und Drähten vorliegen. Auf der Grundlage der kristallinen Struktur und der mechanischen Eigenschaften von rostfreiem Stahl kann dieser in verschiedene Typen eingeteilt werden:

Ferritischer rostfreier Stahl

Ferritischer rostfreier Stahl enthält etwa 12-17% Chrom, bis zu 0,1% Kohlenstoff, Spuren von Nickel und andere Legierungsmetalle in geringen Mengen wie Aluminium, Molybdän und Titan. Ferritische Stähle sind zäh, fest und magnetisch und können durch Kaltverformung weiter verfestigt werden. Sie sind jedoch nicht wärmebehandlungsfähig, d. h. sie können mit dieser Technik nicht gehärtet werden.

Austenitischer rostfreier Stahl

Austenitischer Stahl hat einen viel höheren Chromgehalt als seine Gegenstücke aus rostfreiem Stahl. Der Chromgehalt dieser Stahlsorte kann bis zu 18 % betragen, während andere Elemente wie Nickel, das 8 % ausmacht, und Kohlenstoff mit 0,8 % enthalten sind. Obwohl austenitischer Stahl nicht auf Wärmebehandlungen reagiert, ist er wegen seiner nichtmagnetischen Eigenschaften beliebt, was diesen Stahl zu einem der weltweit am häufigsten verwendeten Stähle macht. Einige häufige Verwendungszwecke sind die Herstellung von Rohren, Lebensmittelverarbeitungsgeräten und Küchenutensilien.

Martensitischer Edelstahl

Martensitischer Stahl besteht zu 11 bis 17 % aus Chrom und enthält etwa 1,2 % Kohlenstoff und weniger als 0,4 % Nickel. Martensitische Stähle reagieren nicht nur auf Wärmebehandlungen, sondern verfügen auch über magnetische Eigenschaften. Zahnärztliche und chirurgische Instrumente, Messer, Klingen und andere Schneidewerkzeuge verwenden martensitischen Edelstahl.

Duplex-Edelstahl

Duplex-Stahl ist einfach eine Kombination aus ferritischem und austenitischem Stahl, was zu einem Stahl führt, der viel stärker ist als beide einzeln. Er ist nicht nur schweißbar, sondern auch korrosionsbeständig. Allerdings ist er magnetisch nicht stark.

Ausscheidungshärtender Edelstahl

Dieser Stahl besteht aus 17% Chrom und 4% Nickel, was zu einer gehärteten Stahlsorte führt. Zusätzlich werden einige andere Metalle in unterschiedlichen Mengen hinzugefügt, darunter Aluminium, Kupfer und Niob. Diese Sorte kann in verschiedene Formen gegossen werden, was sie ideal für die Verwendung in Motorenkomponenten und Behältern für nukleare Abfälle macht. Er bietet auch eine mäßige Korrosionsbeständigkeit.