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Stahlsorten und Normung

Unlegierte Edelstähle

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Unlegierte Edelstähle

Nachdem in den beiden letzten Folgendie unlegierten bzw. legierten Qualit�ts-st�hle betrachtet wurden, sind nach demEinteilungsschema der Stahlsorten inDIN EN 10020 nachfolgend die unlegier-ten Edelst�hle an der Reihe.

Die unlegierten Edelstähle sind solcheStähle, die im Unterschied zu den Qua-litätsstählen einen höheren Reinheits-grad sowohl hinsichtlich der Analyse alsauch der nichtmetallischen Einschlüsseaufweisen. Sie sind im allgemeinen füreine gezielte Wärmebehandlung vorge-sehen, auf die sie mit einem hohenMass an Gleichmässigkeit ansprechen.Folgerichtig erfordern diese Stähle eineentsprechende Sorgfalt bei der Er-schmelzung, d.h. es bedarf einergenauen Einstellung der chemischenAnalyse und einer exakten Schmelzen-führung, die meist mit einer Vakumbe-handlung abschliesst. Die Genauigkeitder chemischen Zusammensetzung isteine wesentliche Voraussetzung für ziel-gerechte Festigkeitseigenschaften nachder Wärmebehandlung. Der Reinheits-grad, insbesondere die weitgehendeFreiheit von nichtmetallischen Ein-schlüssen, ist für die Verarbeitungs-und Gebrauchseigenschaften derStähle mit verantwortlich.Nach dem Nummernsystem für dieWerkstoffe handelt es sich um dieNummernklassen10 bis 18. (Die Klas-sen 14 und 19 sind z. Zt. nicht belegt.)In der Klasse 10 – Stähle mit besonde-ren physikalischen Eigenschaften – sindelf Werkstoffe registriert, die hauptsäch-lich als Relaiswerkstoffe verwendet wer-den. Es handelt sich dabei um Stählemit sehr niedrigen C-Gehalten, auf dieim einzelnen nicht eingegangen wird,weil sie keine Stahlhandelsproduktesind.Die Nummernklasse 11 – Baustähle mitim Mittel unter 0,50 % C-Gehalt – enthält

mit über 90 Sorten eine grosse Anzahl.Sie umfasst z. B. die altbekanntenCk-, Cf-,Cq- und Cm-Stähle, aber auchkaltzähe und warmfeste Sorten.– Acht Sorten gehören zu den Einsatz-stählen nach DIN EN 10084 (früher DIN17210), weitere drei Sorten sind eben-falls einsetzbar.– 17 Sorten zeichnen sich durch Kalt-zähigkeit in unterschiedlichen Stufenaus. Ihre Verwendung reicht von Stahl-bauten über Leitungsrohre und Druck-behälter bis zu Fahrzeugen für den Ein-satz in Anlagen der Kältetechnik oder inGebieten mit anhaltend niedrigen Aus-sentemperaturen.– Bei insgesamt elf Stahlsorten handeltes sich um Stahlguss, die in erster Liniegute Kaltzähigkeit (z.B. für Kältearmatu-ren) besitzen, schweissgeeignet oderoberflächenhärtbar (für den Armaturen-,Apparate-, Maschinen- oder Fahrzeug-bau) sind.– Weitere 17 Stähle sind kalt umformba-re Sorten nach DIN EN 10016. Dies be-deutet, dass sie hauptsächlich als Walz-draht für Sonderanwendungen er-schmolzen werden und für die Weiter-verarbeitung durch Ziehen und/oderKaltwalzen vorgesehen sind.– Kaltstauchfähig sind sechs Stahlsor-ten, die zu kaltgestauchten Muttern undSchrauben, aber auch zu sonstigenKaltfliesspressteilen verarbeitet werden.– Über 30 Sorten werden als vergütbarbzw. oberflächenhärtbar eingestuft, wasdurchaus bedeuten kann, dass unterden eben erwähnten Sorten – bei ent-sprechenden C-Gehalten – auch solchesind, die ebenfalls entsprechenden Wär-mebehandlungen unterzogen werdenkönnen. In diese Gruppe gehören in er-ster Linie Stähle, die im Maschinen- undFahrzeugbau für höher beanspruchteTeile verwendet werden.Die Nummernklasse 12 – Baustähle mitim Mittel über 0,50 % C-Gehalt – setzt

die Reihe mit den entsprechend höhe-ren C-Gehalten fort. Derzeit sind dasüber 40 Stahlsorten, darunter Ver-gütungsstähle oder Stähle für die Rand-schichthärtung. Diese werden vor allemim allgemeinen Maschinen- und Fahr-zeugbau verwendet. Die meisten sindin DIN EN 10083-1 genormt.– Allein 17 Sorten sind kaltumformbareStähle nach DIN EN 10016-4, die insbe-sondere als Vormaterial für gezogeneDrähte für Förderseile bestimmt sind.Es leuchtet ein, dass an diese Stählebesondere Anforderungen gestellt wer-den, die in Herstellung und Prüfungdurch ein anerkanntes Qualitätssiche-rungssystem gewährleistet werdenmüssen. Als besonders wichtig sind zunennen: weitgehende Freiheit von Kern-seigerungen, Oberflächenfehlern undRandentkohlung.– Sechs Sorten sind Federstähle, diekaltgewalzt als Federband bzw. kaltge-zogen in Form von Draht oder Profilengeliefert werden. Die erforderlichenFestigkeitswerte werden entweder durchdie Kaltumformung und/oder durch Ver-güten erreicht.Nach den verhältnismässig umfangrei-chen Klassen 11 und 12 folgen nunmehreinige kleine Klassen: Die Nummernklasse 13 – Baustähle mitbesonderen Anforderungen – enthältnur acht Sorten, von denen drei für dieKerntechnik bestimmt sind. Die übrigenfünf sind ausscheidungshärtende Stählenach DIN EN10267 für den Motor- undGetriebebau, die auch für Gesenk-schmiedeteile geeignet sind. Sie wurdenvordem als legierte Sorten in der Num-mernklasse 52 in geringfügig unter-schiedlichen Versionen geführt. DurchÄnderung des Si-Gehaltes fallen sieneuerdings entsprechend DIN EN10020 unter die unlegierten Stähle.Für diese Stähle gab es bisher keineentsprechende DIN-Norm. Die vorheri-

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gen Werkstoffnummern der in etwa ent-sprechenden Stähle sind in Abbildung71 kursiv und in Klammern angeführt. Das Ausscheidungshärten bedarf einerbesonderen Erläuterung. Weil es auchnoch für legierte Edelstähle von Bedeu-tung sein wird, ist es im auf Seite 4 ste-henden Kasten besonders dargestellt.

Wie schon erwähnt, ist die Nummern-klasse 14 derzeit nicht belegt.Die vier Klassen 15 bis 18 – UnlegierteEdelstähle: Werkzeugstähle – umfassennur insgesamt neun Kohlenstoffstählemit Gehalten zwischen 0,40 und1,45 % C, davon eine Guss-Sorte mit0,32 bis 0,40 % C, die speziell für Ham-

merbären mit weniger als 15 t Stückge-wicht vorgesehen ist. Von den unlegier-ten Werkzeugstählen sind sechs Sortenin DIN 17350 genormt. Im übrigen wer-den die Werkzeugstähle an dieser Stellenur gestreift. Sie werden später in einembesonderen Kapitel besprochen, wennes um die Verwendung der Stähle geht.

*) In Klammern gesetzte Angaben jeweils nach alter und noch gültiger DIN bzw. nach neuer und noch nicht endgültiger Europäischer Norm.

1) SEW 550 = Stahl-Eisen-Werkstoffblatt (Stähle für grössere Schmiedestücke)2) Die früheren Werkstoffnummern der etwa entsprechenden Stähle sind kursiv gedruckt.

Kurzname Kurzname WNr. Normen Charakteristik/Verwendungneu *) altNummernklasse 11. Unlegierte Edelstähle: Baustähle mit im Mittel < 0.50% C(S315NL1) EStE 315 1.1105 DIN 17123-25 und besonders kaltzäh

17178/79 Stahlbau, DruckbehälterC10D2 – 1.1114 DIN EN 10016-4 kaltumformbar

Walzdraht für Sonderanwendung(C15C) Cq 15 1.1132 DIN 1654-3 einsetzbar, kaltstauchbarC15E 1.1141 DIN EN 10084 einsetzbar

Ck 15 DIN 17210.1652-3(C35C) Cq 35 1.1172 DIN 1654-4, 17240 warmfest, kaltstauchbar

Schrauben, Muttern(C35G) Cf 35 1.1183 DIN 17212 flamm-/induktionshärtbarC45E 1.1191 DIN EN 10083-1 vergütbar

Ck 45 DIN 17204, 1652-4 Maschinen-, FahrzeugbauNummernklasse 12. Unlegierte Edelstähle: Baustähle mit im Mittel > 0.50% C C60E Ck 60 1.1221 DIN EN 10083-1 vergütbar

DIN 1652-4, SWE 5501) Maschinen-, Fahrzeugbau(C67E) Ck 67 1.1231 DIN 17222 kaltgewalzt/FedernC70D3 SKD 70 1.1237 – Stahlcord-WalzdrahtC70D2 – 1.1251 DIN EN 10016-4 kaltumformbar/FörderseiteNummernklasse 13. Unlegierte Edelstähle: Baustähle mit besonderen Anforderungen19 MnVS6 1.52162) 1.1301 ) )30MnVS6 1.52322) 1.1302 ) )38MnVS6 1.52312) 1.1303 ) DIN EN 10267 ) Motor- und Getriebebau46MnVS6 1.52332) 1.1304 ) )46MnVS3 1.52432) 1.1305 ) )Nummernklassen 15 bis 18. Unlegierte Edelstähle: Werkzeugstähle(C80U) C 80 W1 1.1525 ) Messer, Sägen, Nadeln– C 70 W2 1.1620 ) Werkzeuge im Berg- und

) DIN 17350 Strassenbau(C45U) C 45 W 1.1730 ) Handwerkzeuge, Aufbauteile(C85U) C85 W 1.1830 ) SchneidwarenG35Mn5 GS-35 Mn 5 1.1813 – Hammerbären < 15 t

71 Diese Tabelle gibt aus jeder der angesprochenen Nummernklassen 11 bis 18 nureinige charakteristische Stahlsorten als Beispiele für die unlegierten Edelstähle.Weitere Details sind den angegebenen Normblättern zu entnehmen.

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Ausscheidungshärten

Das Ausscheidungshärten, kurz auch:Aushärten, ist eine Wärmebehandlung,die aus Lösungsbehandeln und Ausla-gern besteht. Die Härtung beruht im we-sentlichen auf dem temperaturabhängi-gen Lösungsvermögen des Eisengittersfür Fremdatome, bei den unlegiertenStählen handelt es sich dabei haupt-sächlich um Stickstoffatome. Sie sind fürdie meist unerwünschte Alterung desStahls verantwortlich, die im Laufe derZeit insbesondere bei unberuhigten undhalbberuhigten Stählen eintritt. Alumini-um (Al), das ohnehin meist zur Beruhi-gung eingesetzt wird, bindet Stickstoff(N) zu Al-Nitrid (AlN) ab. Meist ist dazuein Gehalt von 0,02 % Al erforderlich,weil Stahl im allgemeinen nicht mehr als0,02 % N enthält.Das nebenstehende Zweistoff-Dia-gramm Eisen-Stickstoff, bei dem auf derwaagrechten Achse der N-Gehalt abzu-lesen ist, macht folgenden Tatbestanddeutlich: Oberhalb der Linie A-B sindalle Stickstoffatome als Einlagerungs-mischkristalle gleichmässig im Eisengelöst. Beim Abkühlen – beispielsweisenach dem Walzen – nehmen sie dendurch den Pfeil angezeigten Weg,d. h., sie wandern unterhalb der LinieA-B zu den Korngrenzen, um sich dort

je N-Atom mit vier Fe-Atomen zu Eisen-nitrid (Fe4N) zu verbinden. Diesen Vor-gang nennt man Ausscheidung.Indessen sind die C-Atome schneller alsdie relativ trägen N-Atome. Sie erreichendie Korngrenzen rascher und bleibenbei Raumtemperatur im Eisen gelöst.Wenn die N-Atome dort eintreffen, fin-den sie eigentlich keinen Platz mehr.Es leuchtet ein, dass sich daraus Span-nungszustände ergeben. Dadurch sinktdie Zähigkeit, hingegen nehmen Zugfe-stigkeit und Streckgrenze zu, und dieFormbarkeit des Stahls wird erschwert.Diesen Zustand bezeichnet man alsnatürliche Alterung. Sie macht sich – jenach Stahlsorte und Behandlungsart –erst nach einiger Zeit, oftmals erst nachWochen, bemerkbar.Allerdings ist Stickstoff nicht allein fürdie Alterung massgebend, so dassauch der AI-Gehalt allein keine Gewährfür absolut alterungsfreien Stahl bietet.Deshalb bindet man andere Elementewie C, P und S mit Hilfe von Mikrolegie-rungselementen wie V, Ti und/oder Zr,Ta und Nb ab.Die oben beschriebene und normaler-weise unerwünschte Erscheinung kannman aber auch zur Verbesserung dermechanischen Eigenschaften ausnut-zen, wie es von zunehmender Bedeu-tung für eine ganze Reihe hochfester

und schweissbarer Stähle geworden ist,die erst in jüngerer Zeit entwickelt wur-den. Diese Ausscheidungshärtung ver-läuft in folgenden Stufen: • Das Lösungsglühen, d. h. Erwärmendes Stahls (Stahlteiles) bis in das Gebietder Mischkristalle – auf je nach Stahl-sorte unterschiedliche Temperatur. Da-durch werden die Carbide und die darinenthaltenen Legierungselemente in derGrundmasse gelöst.• Abschrecken, d. h. rasches Abkühlenwie beim Härten (z. B. in Wasser), umeine erneute Ausscheidung der Carbide(zunächst) zu unterdrücken.• Auslagern je nach Stahlzusammen-setzung bei Raumtemperatur (Kaltaus-lagern) oder auch bei erhöhter Tempe-ratur (Warmauslagern). Durch das Aus-lagern scheiden sich die feinverteiltenNitride, z. B. Vanadium, Niob- oder Car-bonitride, in der beschriebenen Weiseaus und führen so zur Festigkeitssteige-rung.

Bei manchen (legierten) Stählen kannein mehrfaches Auslagern erforderlichsein. In DIN EN 10267 – Von Warmformge-bungstemperatur ausscheidungshärten-de ferritisch-perlitische Stähle – sindfünf Güten genormt, bei denen das Aus-härten direkt aus der Lösungstempera-tur durch ein weniger rasches, halb-schnelles Abkühlen erfolgen kann. Diehierzu erforderlichen Massnahmen kön-nen an dieser Stelle nicht näher be-leuchtet werden.

0,1

800

600

400

200

C911

A

a-Misch-#kristall#+ Fe4N

g-Mischkristall

% N

a-Misch-#kristall

B