Verschiedene Stahlarten und -sorten

Nach Angaben der Weltstahlverband, Im Jahr 2020 wurden weltweit 1878 Millionen Tonnen Rohstahl produziert. Das sind enorme Zahlen, und Wissenschaftler haben viele verschiedene Stahlsorten mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Zusammensetzungen entdeckt.

Jede Stahlsorte hat unterschiedliche Festigkeit, Haltbarkeit und allgemeine Eigenschaften. In diesem Leitfaden werden verschiedene Stahlsorten und ihr Klassifizierungssystem untersucht. Egal, ob Sie ein Student oder ein erfahrener Ingenieur sind, dieser Artikel ist für alle gleich wichtig.

Einführung in Stahl

Einfach ausgedrückt, wird Stahl hauptsächlich durch die Verbindung von Eisen und Kohlenstoff hergestellt. Es gibt jedoch noch einige andere Verunreinigungen und Elemente im Stahl. Diese Verunreinigungen und Elemente, einschließlich Eisen und Kohlenstoff, beeinflussen die Eigenschaften von Stahl.

Wie ich bereits sagte, ist Stahl eines der meistproduzierten Elemente in unserer Welt. Der Grund dafür ist, dass er vielseitig, leistungsstark und langlebig ist. Stahl hat seinen Weg von unseren Gebrauchsgegenständen bis hin zu bedeutenden Produktionsunternehmen gefunden. Das liegt an seiner vielseitigen Zusammensetzung und seinen Eigenschaften.

Die Vielseitigkeit ihrer Zusammensetzung lässt sich an der Tatsache ablesen, dass es mehr als 3500 Stahlsorten gibt. Jede dieser Sorten hat eine andere physikalische und chemische Zusammensetzung. Alle diese Stahlsorten werden in der Industrie für verschiedene Zwecke verwendet. 

Stahl ist deshalb so gut, weil er Kohlenstoff enthält, der ihm Härte verleiht. Das Spannende daran ist, dass Stahl nicht sehr teuer ist. Daher ist er für Ingenieure eine praktikable Option für den Einsatz in Gebäuden und anderen Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Arten von Stahl

Wie ich schon sagte, gibt es viele Arten und Sorten von Stahl. Es gibt jedoch einige wenige Arten, die den größten Teil des Stahls ausmachen, der in der heutigen Welt verwendet wird. Ich werde im folgenden Abschnitt auf diese Arten eingehen und Ihnen helfen, sie zu verstehen.

1- Kohlenstoffstahl

Er wird auch als Baustahl bezeichnet und ist die am weitesten verbreitete Stahlsorte. Viele Industrien verwenden ihn zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten. Der Grund für seine breite Verwendung in verschiedenen Sektoren ist seine Haltbarkeit und Robustheit. Es gibt verschiedene Arten von Kohlenstoffstahl, und jeder Typ bietet aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung unterschiedliche Verwendungsmöglichkeiten.  

• Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt: Diese Art von Kohlenstoffstahl ist sehr weich und empfindlich, da er weniger Kohlenstoff enthält (bis zu 0,3%). Er wird auch als Weichstahl bezeichnet. Die Ingenieure verwenden ihn zur Herstellung von Blechen und anderen Materialien. Auf diesen Stahl wird Druck ausgeübt und er wird in Bleche und anderes Material umgewandelt.
• Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt: Er ist robuster als Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und enthält mehr Kohlenstoff (0,3 - 0,6%). Das Gute an diesem Typ ist, dass er eine ausgezeichnete Haltbarkeit bietet. Aufgrund seiner Festigkeit und Härte wird er in der Automobilindustrie verwendet. 
• Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt: Der wichtigste Kohlenstoffstahl für die Schwerlastindustrie. Er enthält Cobain von 0,6% bis 2,1%. Ihre Verwendung ist vielfältig, und Ingenieure verwenden sie dort, wo sie Festigkeit benötigen, z. B. im Bauwesen.

Die Unterscheidung zwischen Baustahl und Kohlenstoffstahl liegt in ihrem Kohlenstoffgehalt. Die Unterschiede im Kohlenstoffgehalt verleihen ihnen unterschiedliche mechanische Eigenschaften. Weichstahl ist weicher und dehnbarer als festerer Kohlenstoffstahl.

2- Legierter Stahl

Wie der Name schon sagt, ist diese Stahlsorte in der Legierung enthalten. Er wird durch Mischen des Stahls mit anderen Elementen wie Chrom und Nickel hergestellt. Diese legierte Stähle sind bekannt für ihre Beständigkeit gegen Rost und Korrosion. 

Das andere Element, das dem Stahl zugesetzt wird, verhindert die Bildung von Eisenoxid (Rost), wenn es mit Sauerstoff in Berührung kommt. Nehmen wir zum Beispiel an, der Stahl ist mit Chrom vermischt. In diesem Fall reagiert das Chrom mit dem Sauerstoff und bildet Chromoxid, anstatt dem Stahl die Bildung von Eisenoxid zu ermöglichen. Die Chromoxidschicht rostet nicht und schützt den Stahl vor Korrosion.

Hier ist eine Liste anderer Elemente, die zum Legieren mit Stahl verwendet werden können.

Jedes der Elemente bietet unterschiedliche Eigenschaften. Die Kobaltstahllegierung bietet eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit. In ähnlicher Weise bietet die Molybdän-Stahllegierung eine hervorragende Temperaturbeständigkeit. Jede Legierung, die mit diesem Element hergestellt wird, hat also eine andere Spezialität.

3- Rostfreier Stahl

Nichtrostender Stahl besteht aus mindestens 10,5% Chrom. Wie bereits erwähnt, hat Chrom die einzigartige Eigenschaft, bei der Reaktion mit Sauerstoff Chromoxid zu bilden. Wenn Sie also ein Produkt mit rostfreier Stahl, Es rostet nicht aufgrund dieser Chromoxidschicht.

Die Chromoxidschichten erscheinen nicht an der Oberfläche des rostfreien Stahls und bleiben unsichtbar. Allerdings kann das im Stahl enthaltene Eisen nicht mit Sauerstoff reagieren und eine Eisenoxidschicht (Rost oder Korrosion) bilden. Diese Art von Stahl wird für die Herstellung rostfreier Produkte verwendet.

Kurzer Hinweis: Beachten Sie, dass legierter und nichtrostender Stahl unterschiedlich sind. Auch ihre Eigenschaften und Anwendungen sind unterschiedlich. Lesen Sie eine ausführliche Vergleich in unserem Leitfaden Legierung vs. Edelstahl.

4 Beschichteter Stahl

Bei dieser Art von Beschichtung tragen die Ingenieure eine Schicht auf den Stahl auf, die ihn fest und sicher vor Rost schützt. Wenn der Hersteller zum Beispiel etwas herstellt, das unter feuchten Bedingungen verwendet werden soll, trägt er eine dünne Schicht auf. 

Die Beschichtung verhindert, dass sich eine Eisenoxidschicht bildet, und hält den Stahl über Jahre hinweg in gutem Zustand. Das einfachste Beispiel für beschichteter Stahl ist das Auftragen einer dünnen Farbschicht, um es schön aussehen zu lassen und es vor Rost und UV-Strahlung zu schützen.

5- Werkzeugstahl

Der Werkzeugstahl ist bekannt für seine Hitzebeständigkeit. Das bedeutet, dass diese Art von Stahl auch fest ist. Normalerweise wird er zur Herstellung von Werkzeugen und Geräten wie Bohrern und Sägeblättern verwendet. Diese Geräte können hohen Temperaturen standhalten und verschleißen schnell.

Zur Herstellung von Werkzeugstahl können verschiedene Elemente mit Stahl verwendet werden. Wolfram, Chrom und Vanadium gehören jedoch zu den am häufigsten verwendeten Bestandteilen von Werkzeugstahl. Denken Sie daran, dass es unzählige Arten von Stahl gibt. Bedenken Sie, dass es unzählige Arten von Stahl gibt.

Andere Typen sind Feder, verzinkt, Hochgeschwindigkeit, Verwitterung und Elektrostahl, aber es ist unmöglich, sie alle zu erörtern. Außerdem sind diese Typen nicht berühmt und machen nur wenig Stahl aus.

Stahlsortiersysteme

Wie bereits erwähnt, gibt es Tausende von verschiedenen Stahlsorten, die sich in ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren Eigenschaften unterscheiden. Mit einem gut organisierten System für ihre Klassifizierung wird es möglich, sie zu studieren und zu analysieren.

Daher haben die Wissenschaftler ein vollständiges Klassifizierungssystem entwickelt. Dieses System bietet jeder Sorte einen bestimmten Grad, der von ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren Eigenschaften abhängt. Mit dieser Einstufung ist es für Wissenschaftler und Regierungsbehörden einfacher, die Art zu erkennen.

Jeder Typ hat seinen Grad und seine Verwendbarkeit. Wenn ein Wissenschaftler also etwas entwickelt, das einen bestimmten Stil erfordert, wird er die zugewiesene Sorte verwenden. Dieses universelle Klassifizierungssystem hat das Verständnis und die Analyse der verschiedenen Stahlsorten erleichtert.

Derzeit werden weltweit zwei Einstufungssysteme verwendet. Wie sich diese beiden Einstufungssysteme unterscheiden, werde ich im folgenden Abschnitt erläutern.

1- SAE-Bewertungssystem

Das American Iron & Steel Institute (AISI) und die Society of Automotive Engineers (SAE) haben das SAE-Klassifizierungssystem eingeführt. Es klassifiziert die Stähle auf der Grundlage ihrer chemischen Zusammensetzung. Es ist auch als vierstelliges Nummerierungssystem bekannt. Der Grund dafür ist, dass dieses System jeder Stahlsorte vier Nummern zuweist.

Hier ist die Aufschlüsselung dieser vier Zahlen, die dieses Benotungssystem vergibt:

1- Erste Nummer

Die erste Zahl steht für das Legierungselement, das in größerer Menge vorhanden ist. Mit anderen Worten, sie gibt das primäre Legierungselement an. So bedeutet zum Beispiel die Eins, dass Kohlenstoff in Stahllegierungen vorhanden ist. Die Zahl zwei bedeutet, dass zwei Nickel als Hauptlegierungselement in Stahl enthalten ist. Die Liste lässt sich fortsetzen. Hier sind die Zahlen für andere Legierungselemente.

2- Zweite Nummer

Die zweite Zahl in der SAE Noten gibt die Menge oder die Konzentration der im Stahl enthaltenen Legierungselemente an. Wenn die Wissenschaftler die zweite Zahl eines Stahls sehen, verstehen sie sofort die chemische Zusammensetzung dieser Stahlsorte.

3- Dritte und vierte Zahl

Die dritte und vierte Zahl in der Stahlsorte gibt die Kohlenstoffkonzentration an. Sie wird normalerweise in Hundertstel Prozent angegeben. Bei Stahl 1020 beträgt die Kohlenstoffkonzentration beispielsweise 0,20%

2- ASTM-Einstufungssystem

Das ASTM-Sortiersystem gilt als zuverlässiger und umfassender. Anders als das SAE-Sortiersystem basiert es auf verschiedenen Faktoren wie den chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Stahls. Dieses Klassifizierungssystem ist leicht zu verstehen.

Bei der ASTM-Einstufung wird dem Material ein Buchstabe vorangestellt. Er kann von A bis Z reichen. Nach diesem Buchstaben folgt eine Zahl. Diese Nummer steht für eine bestimmte Reihe von Regeln, die die Eigenschaften, das Verhalten, die Herstellung und die Verwendbarkeit des Materials erklären. 

Zum Beispiel steht der Buchstabe A für Eisenmetalle. Der ähnliche Buchstabe B steht für Nichteisenmetalle. Die Liste geht weiter. Die Zahl zeigt die Regeln an, die der Wissenschaftler bereits im ASTM-Bewertungssystem festgelegt hat.

Ist Stahl umweltverträglich und nachhaltig?

Bei der Stahlproduktion mit herkömmlichen Mitteln wird CO2 erzeugt, das in die Umwelt ausgestoßen wird. Die Emission von CO2 war gefährlich, da es als Treibhausgas wirkte und den allgemeinen Klimawandel beeinflusste. Jetzt haben sich die Dinge jedoch geändert.

Moderne Stahlerzeugungstechnologien verwenden Elektrolichtbogenöfen (EAF), die nur wenig CO2 ausstoßen, so dass der gesamte Stahlerzeugungsprozess umweltfreundlich ist. Außerdem ist Stahl leicht erneuerbar.

In den Lichtbogenöfen wird kein Eisenerz zur Stahlherstellung verwendet. Stattdessen wird Metallschrott als Rohmaterial verwendet. Wenn kein Eisenerz verwendet wird, werden auch keine Kohlendioxidgase freigesetzt, die die Umwelt verschmutzen könnten.

Was die Nachhaltigkeit anbelangt, so ist Stahl erneuerbar. Egal, wie lange man Stahl recycelt, seine Form und sein Gesamtwert bleiben gleich. Vor allem aber geht das Recycling von Stahl schnell; man kann ihn schneller bekommen.

Ein weiteres wesentliches Indiz für die Nachhaltigkeit ist der Energiebedarf für die Stahlproduktion. Das Spannende daran ist, dass die Produktion weniger Energie benötigt. Sie brauchen zum Beispiel nur 40% der Energie die 1960 für die Herstellung einer Tonne Stahl benötigt wurde.

Dieser Zustand zeigt, dass der Energiebedarf für die Stahlproduktion im Laufe der Zeit abnimmt. Das ist ein grünes Signal dafür, dass die Stahlproduktion nachhaltig ist. Dank des Einsatzes moderner Technologien konnte auch der Ausstoß gefährlicher Gase kontrolliert werden, was ein weiterer Pluspunkt ist.

Schlussfolgerung

Stahl ist vielseitig, und er ist in fast jeder Branche hilfreich. Gibt es irgendeinen Bereich des Lebens, in dem wir keinen Stahl verwenden? Ich glaube nicht. Das Gute daran ist, dass er in großem Maßstab hergestellt wird. Es entstehen neue und andere Arten, was gut für die Zukunft ist.

Vor allem ist der Herstellungsprozess nicht umweltschädlich, was ein großes Plus ist. In diesem Leitfaden habe ich die Stahlsorten und das Klassifizierungssystem erläutert, das die verschiedenen Stahlsorten einstuft. Ich hoffe, er ist hilfreich für Sie!