E
Einteilung der Stähle
Früher wurde als wesentliches Merkmal für Stahl die Härtbarkeit herangezogen. Auch die früher übliche Definition, nach der Stähle ohne Nachbehandlung knetbare (schmieden und walzen) Eisen-Kohlenstoff-Legierungen waren, verliert an Bedeutung, da sich zum einen die Zahl der nicht schmiedbaren Stähle und zum anderen die der schmiedbaren Gusseisensorten beträchtlich erhöht hat.
Die DIN EN 10020 definiert den Begriff STAHL und teilt ihn nach Sorten ein. Demnach werden die Stahlsorten nach ihrer chemischen Zusammensetzung und nach Hauptgüteklassen eingeteilt.
Bild 19.1. Einteilung der Stähle nach DIN EN 10020
Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, wird weiter in unlegierte, nichtrostende und andere legierte Stähle differenziert.
Nach der Hauptgüteklasse wird bei dem unlegierten und bei den anderen legierten Stählen noch zwischen Qualitäts- und Edelstählen unterschieden.
Die frühere Hauptgüteklasse der Grundstähle wurde gestrichen. Die Stähle sind den unlegierten und den legierten Stählen zugeordnet worden.
Die normgerechte Kurzbezeichnung, die eine Sorte kennzeichnen soll, wird nach der DIN EN 10027, Bezeichnungssystem für Stähle festgelegt.
CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG
Unlegierte Stähle
Kein Element darf den Grenzgehalt in der nachfolgenden Tabelle erreichen.
| Element | Massenanteil in % |
| Al Aluminium | 0,30 |
| B Bor | 0,0008 |
| Bi Bismut | 0,10 |
| Co Cobalt | 0,30 |
| Cr Chrom | 0,30 |
| Cu Kupfer | 0,40 |
| La Lanthanide (einzeln gewertet) | 0,10 |
| Mn Mangan | 1,65 1) |
| Mo Molybdän | 0,08 |
| Nb Niob | 0,06 |
| Ni Nickel | 0,30 |
| Pb Plei | 0,40 |
| Se Selen | 0,10 |
| Si Silizium | 0,60 |
| Te Tellur | 0,10 |
| Ti Titan | 0,05 |
| V Vanadium | 0,10 |
| W Wolfram | 0,30 |
Sonstige (ohne C; P; S und N) | jeweils 0,10 |
1) Falls für Mn ein Höchstwert festgelegt ist, ist der Grenzwert 1,80%.
Nichtrostende Stähle
Stähle mit einem Massenanteil an Cr von mindestens 10,5% und einem C-Gehalt von höchstens 1,2%.
Andere Legierte Stähle
Mindestens ein Element aus der obigen Tabelle muss den Grenzgehalt erreichen oder überschreiten und nicht unter die Definition für nichtrostende Stähle fallen.
HAUPTGÜTEKLASSEN
Unlegierte Qualitätsstähle
Für sie bestehen festgelegte Anforderungen an die Zähigkeit, Korngröße und Umformbarkeit. Die Anforderungen bei unlegiertem Elektroblech und -band bestehen aus dem Ummagnetisierungsverlust, die magnetische Induktion, Polarisation oder Permeabilität.
Unlegierte Edelstähle
Werden beschrieben durch: einen höheren Reinheitsgrad gegenüber Edelstählen, gleichmäßiges Ansprechen auf das Vergüten oder Oberflächenhärten, genaue Einstellung der chemischen Zusammensetzung sowie Anforderungen an die Kerbschlagarbeit AV im vergüteten Zustand, die Einhärtetiefe oder Oberflächenhärte im gehärteten, vergüteten oder oberflächengehärteten Zustand, niedrige Gehalte an nichtmetallischen Einschlüssen, Höchstgehalte an P und S, Mindestwerte für die Kerbschlagarbeit, Kernreaktorstähle mit Begrenzung von Cu, Co und V, festgelegte elektrische Leitfähigkeit, kontrolliertes Aushärten bei Abkühlung aus der Warmformgebungstemperatur und Spannstähle.
Nichtrostende Stähle
Sie werden unterteilt nach dem Ni-Gehalt in Stähle mit weniger als 2,5% Ni und Stähle mit mehr als 2,5% Ni.
Nach den Haupteigenschaften in: korrosionsbeständige Stähle, hitze- und zunderbeständige Stähle und warmfeste Stähle.
Andere Legierte Qualitätsstähle
Für sie bestehen festgelegte Anforderungen, z.B. Zähigkeit, Korngröße, Umformbarkeit. Sie sind im Allgemeinen nicht zum Vergüten oder Oberflächenhärten bestimmt.
Beispiele für legierte Qualitätsstähle: schweißgeeigneter Feinkornstahl, Druckbehälterstähle und Rohre, die folgende Bedingungen erfüllen: Mindeststreckgrenze < 380 MPa für Dicken > 16 mm, Legierungsgehalte, die den Grenzgehalt der unten stehenden Tabelle nicht überschreiten, festgelegte Kerbschlagarbeit. Weiterhin legierte Stähle für Schienen, Spundbohlen und Grubenausbaustahl, legierte Stähle für warm- oder kaltgewalzte Flacherzeugnisse für schwierige Kaltumformung, die kornfeinende Elemente wie Bor, Niob, Titan, Vanadium (Vanadin) und/oder Zirkonium enthalten (außer Stähle für Druckbehälter und Rohre), Dualphasenstähle, legierte Stähle, in denen Cu das einzige festgelegte Legierungselement ist, legiertes Elektroblech und -band mit Anforderungen an den Ummagnetisierungsverlust, die magnetische Induktion, Polarisation oder Permeabilität.
| Festgelegtes Element | Grenzwert - Massenanteil in % |
| Cr Chrom | 0,50 |
| Cu Kupfer | 0,50 |
| Mn Mangan | 1,80 |
| Mo Molybdän | 0,10 |
| Nb Niob | 0,08 |
| Ni Nickel | 0,50 |
| Ti Titan | 0,12 |
| V Vanadin | 0,12 |
| Zr Zirkon | 0,12 |
Grenze der chemischen Zusammensetzung zwischen Qualitäts- und Edelstählen schweißgeeigneter legierter Feinkornbaustähle
Andere legierte Edelstähle (außer nichtrostende Stähle)
Genaue Einstellung der chemischen Zusammensetzung sowie der Herstellungs- und Prüfbedingungen, dadurch verbesserte Eigenschaften, die häufig in Kombination und innerhalb eng eingeschränkter Grenzen festgelegt sind.
Beispiele legierter Edelstähle: Legierter Maschinenbaustahl, legierte Stähle für Druckbehälter, Wälzlagerstähle, Werkzeugstahl, Schnellarbeitsstähle u.a.
Eine nicht genormte, aber übliche Einteilung der Stähle erfolgt nach dem praktischen Verwendungszweck. Danach werden die Stähle in Baustähle und Werkzeugstähle eingeteilt. Unter den Begriff Baustahl fallen alle Stahlwerkstoffe, die im Maschinenbau, Fahrzeugbau, Stahlbau usw. ihre Verwendung finden. Als Werkzeugstähle werden alle Stähle bezeichnet, aus den Hand- und Maschinenwerkzeuge, Gesenke, Tiefziehwerkzeuge usw. gefertigt werden.
s. Aushärten
s. Bezeichnungssystem für Stähle
s. Bor
s. Druckbehälter
s. Einhärtetiefe (Eht)
s. Feinkorn[bau]stahl
s. Grubenausbaustahl
s. Hitze- und zunderbeständige Stähle
s. Induktion
s. Kerbschlagarbeit AV
s. Korngröße
s. Korrosionsbeständige Stähle
s. Legierter Edelstahl
s. Legierter Qualitätsstahl
s. Legierter Stahl
s. Maschinenbaustahl
s. Nichtmetallische Einschlüsse
s. Nichtrostende Stähle
s. Niob
s. Oberflächenhärten
s. Permeabilität
s. Reinheitsgrad
s. Schiene
s. Schnellarbeitsstähle
s. Spundbohle
s. Titan
s. Umformbarkeit
s. Ummagnetisierungsverlust
s. Unlegierter Edelstahl
s. Unlegierter Qualitätsstahl
s. Unlegierter Stahl
s. Vanadium (Vanadin)
s. Vergüten
s. Werkzeugstahl
s. Zirkon[ium]
Bild 19.2. Einteilung der Stähle nach dem Verwendungszweck
Einwalzungen
Sind Fremdpartikel, die ungewollt beim Walzprozess in die Oberfläche des Walzgutes eingedrückt werden, z.B. Zunder.
s. Zunder
Eisen
Chemisches Element, Zeichen: Fe, Dichte 7,85 g/cm³, Schmelzpunkt 1538°C. Als Metall weicher und zäher als Stahl. Es leitet Strom und Wärme besser und ist korrosionsbeständiger. Chemisch reines Fe kommt in der Natur nur als Meteoreisen vor, sonst nur in Verbindung mit anderen Elementen, vor allem als Oxid und Carbid. Technisch reines Fe wird nur für besondere Aufgaben verwendet. Roheisen und Gusseisen sind nach DIN EN 10020 Eisenlegierungen mit einem C-Gehalt von mehr als 2,0% C.
s. Armco-Eisen
s. Roheisen
Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
Das Zustandsdiagramm Eisen-Kohlenstoff (Abk.: EKS) besteht eigentlich aus zwei Diagrammen: Dem metastabilen Diagramm Fe-Fe3C für Stahl (durchgezogene Linien) und dem stabilen Diagramm Fe-C für Gusseisen (gestrichelte Linien). Stahl basiert auf einem C-Gehalt zwischen 0% (reines Eisen) und max. 2,06% (Punkt E). Während der Zementit Fe3C aufgelöst und auch gebildet werden kann, liegt im Gusseisen der Kohlenstoff als Grafit vor, der nicht veränderbar ist. Das EKS ist nur für un- und niedriglegierte Stahlsorten und für Vorgänge bei langsamer Erwärmung und/oder Abkühlung anwendbar und aussagekräftig.
Die Felder im EKS sagen aus, dass in diesem Gebiet eine bestimmte Gefügeform vorliegt: Ferrit (fast reines Eisen, auch α-Mischkristall genannt mit kubisch-raumzentrierter Gitterstruktur, Krz-Metallgitter), Perlit (Mischung aus Ferrit und Zementit), Austenit (γ-Mischkristall aus Eisen und Kohlenstoff mit kubisch-flächenzentrierter Gitterstruktur, Kfz-Metallgitter, Fe3C löst sich darin auf) usw. Wird eine Grenzlinie überschritten, bspw. durch Erwärmung oder Abkühlung, ändert sich die Struktur des Stahls und damit seine Eigenschaften. Daraus ergeben sich die Temperaturen für das Normalglühen, Weichglühen, Diffusionsglühen oder Grobkornglühen einer unlegierten Stahlsorte, die von dessen C-Gehalt abhängen.
Bei Raumtemperatur bestehen alle Stähle, die nach dem EKS langsam abgekühlt wurden, aus den beiden Phasen Ferrit und Zementit (Fe3C). Ferrit ist weich und verformungsfähig, Zementit hart und spröde. Je nach Mischungsverhältnis, Form und Anordnung dieser Phasen können unterschiedliche Stahleigenschaften eingestellt werden: Vom verformungsfähigen , C-armen Tiefziehstahl (vorwiegend Ferrit) bis zum verschleißfesten, C-reichen Werkzeugstahl (Perlit mit Zementit). Mit zunehmendem C-Gehalt des Stahls sinkt seine Schmelztemperatur.
Wichtige Eckwerte für Stahl:
Bei 0% C besteht das Gefüge zu 100% aus Ferrit, bei 0,8% C zu 100% aus Perlit. Ein Stahl mit 0,4% C hat also ein Glühgefüge aus 50% Ferrit und 50% Perlit, ein Stahl mit 0,2% C besteht aus ca. 75% Ferrit und 25% Perlit.
s. Austenit
s. Diffusionsglühen
s. Ferrit
s. Grobkornglühen
s. Kfz-Metallgitter
s. Krz-Metallgitter
s. Normalglühen
s. Perlit
s. Weichglühen
s. Zementit
s. Zustandsdiagramm
Eisenbahnoberbau
Auf dem Unterbau (z.B. Schotterbett) liegende Gleisanlage für Eisenbahn, Feldbahn, Straßenbahn, Kranbahn usw. Für den E. werden Gleisoberbauerzeugnisse benötigt.