Kleine Rohstoff-Fibel
Der Einfluss von Legierungselementen
im Stahl
Die Anfragen unserer Kunden enthalten oftmals exakte Analysevorgaben der gewünschten Schrotte. Daher ist es für uns unverzichtbar, viele unserer Schrotte detailliert analytisch zu untersuchen. Aus ihren Eigenschaften erklärt sich, weshalb manche der chemischen Elemente in Werkstoffen nicht erwünscht sind bzw. deren Gewichtsprozent stark limitiert wurde. Oder warum Abnehmer legierter Stähle auf einen spezifischen Mix an Elementen bestehen. Welchen Einfluss Legierungselemente
auf die Erzeugnisse unserer Kunden haben, zeigt die folgende Übersicht. Gelistet wurde nach Ordnungszahl.
H - WASSERSTOFF
• gilt als Stahlschädling
• dringt sehr leicht in Stahl, eignet sich für Beizen, galvanische Prozesse, Verzinken, Schweißen, wasserstoffhaltige Medien
• führt zu Volumenvergrößerung im Stahl durch Bildung von H2-Molekülen
• erzeugt Flockenrisse und Wasserstoffversprödung
• greift Kohlenstoff an und bildet Methangas
N - STICKSTOFF
• wirkt ähnlich wie Kohlenstoff
• verbessert die Festigkeit ohne deutliche Reduzierung der Zähigkeit
• verbessert die Beständigkeit gegen Lochkorrosion
• wirkt zusammen mit Aluminium kornfeinend
SI - SILIZIUM
• verfestigt den Stahl um ca. 100 MPa pro 1 Gewichtsprozent
• verringert dessen Zähigkeit
• erhöht Streckgrenze z.B. bei Verwendung für Federstähle
• erhöht Einhärtbarkeit, d.h. das Härteniveau in der Tiefe des Bauteils
• blockiert Bildung von Karbiden
• bindet Sauerstoff für Desoxidation der Schmelze im Stahlwerk und erhöht als Legierungselement die Zunderbeständigkeit für hitzebeständige Werkstoffe
• verbessert in gewissem Maße die Korrosionsbeständigkeit
• reduziert die elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit
P - PHOSPHOR
• gilt als Stahlschädling
• führt zu starken Konzentrationsunterschieden
• birgt Gefahr der Heißbrüchigkeit
• erhöht Kaltsprödigkeit
• steigert stark die Einhärtbarkeit d.h. das Härteniveau in der Tiefe des
Bauteils
• verbessert mit Zusatz von Kupfer die Korrosionsbeständigkeit wetterfester Stähle
• reine (edle) Stähle wie Edelstahl enthalten weniger als 0,03 Gewichtsprozent
Cr - CHROM
• verfestigt den Stahl aufgrund von Karbidbildung um ca. 100 MPa pro
1 Gewichtsprozent
• verringert dessen Zähigkeit
• erhöht die Einhärtbarkeit, d.h. das Härteniveau in der Tiefe des Bauteils
• bindet Sauerstoff und als Legierungselement passiviert es die Oberfläche ab ca. 12 Gewichtsprozent gelöstem Cr
• erhöht die Korrosionsbeständigkeit gegenüber oxidierenden Medien
• verbessert die Zunderbeständigkeit
• bildet härtere und temperaturbeständigere Karbide als Eisenkarbide
• erhöht Verschleißwiderstand und die Warmfestigkeit
• reduziert die elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit; schlechte Leiter sind hochlegierte Cr-Ni-Stähle bzw. Austenit
Mn - MANGAN
• verfestigt den Stahl um ca. 100 MPa pro 1 Gewichtsprozent
• verringert dessen Zähigkeit
• erhöht die Einhärtbarkeit, d.h. das Härteniveau in der Tiefe des Bauteils
• bindet Sauerstoff für Desoxidation der Schmelze im Stahlwerk
• bindet Schwefel bei Entschwefelung der Schmelze im Stahlwerk und
bildet als Legierungselement Mangansulfide
• reduziert die elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit
Cu - KUPFER
• verbessert mit Hilfe von Phosphor die Korrosionsbeständigkeit wetterfester Stähle
• erhöht die Einhärtbarkeit, d.h. das Härteniveau in der Tiefe des Bauteils
• erhöht Streckgrenze und Zugfestigkeit
• verbessert das Kaltumformverhalten
C - KOHLENSTOFF
• verfestigt den Stahl durch Karbidbildung um ca. 100 MPa pro
0,1 Gewichtsprozent
• verringert dessen Zähigkeit
• erhöht die Aufhärtbarkeit bzw. max. Oberflächenhärte
• verbessert die Bildung von Eisen-Karbiden, dadurch
Verschleißbeständigkeit
• reduziert die elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit
• bremst aufgrund geringer Masse Neutronen ab, daher werden Castoren
aus Gusseisen mit Kugelgraphit, also reinem Kohlenstoff gegossen
AI - ALUMINIUM
• bindet Sauerstoff für Desoxidation der Schmelze im Stahlwerk und erhöht als Legierungselement die Zunderbeständigkeit für hitzebeständige Werkstoffe
• verbessert Korrosionsbeständigkeit in gewissem Umfang
• wirkt in geringer Menge kornfeinend
S - SCHWEFEL
• wird als Stahlschädling betrachtet
• führt zu starken Konzentrationsunterschieden
• bildet FeS-Verbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt
• führt im Bereich 800 °C bis 1.000 °C zu Rotbrüchigkeit
• ist heißbrüchig im Bereich der Korngrenzen bei ca. 1.200 °C
• verschlechtert die Korrosionsbeständigkeit
• mindert die Oberflächenbeschaffenheit; deutlich erkennbar an polierten Oberflächen FeS
• führt bei der mechanischen Bearbeitung zu kurzbrechenden Spänen,
dem sog. Automatenstahl
• reine (edle) Stähle wie Edelstahl enthalten weniger als 0,03 Gewichtsprozent
Ti - TITAN, V - VANADIUM, Nb - NIOB, W - WOLFRAM
• bilden extrem harte und temperaturbeständige Karbide bzw. Nitride
• erhöhen zusätzlich den Verschleißwiderstand und die Warmfestigkeit
• werden in Warm- bzw. Schnellarbeitsstählen eingesetzt
• Ti, Nb stabilisieren korrosionsbeständige Stähle durch Bindung von Kohlenstoff
Co - COBALT
• verfestigt den Stahl
• behindert die Beweglichkeit von Fe und C im Stahl; dadurch verringert
sich die Abkühlgeschwindigkeit für das Härten bzw. Martensitbildung
• erhöht die Einhärtbarkeit, d.h. das Härteniveau in der Tiefe des Bauteils
• verbessert Warmhärte und Anlassbeständigkeit, speziell bei Warmarbeitsstählen
• stabilisiert das Austenitgebiet, was wichtig ist für das Umwandlungsverhalten
• verschiebt das Sekundärhärtemaximum auf höhere Temperaturen
Ni - NICKEL
• verfestigt den Stahl um ca. 100 MPa pro 1 Gewichtsprozent
• verbessert dessen Zähigkeit, speziell die Kaltzähigkeit
• erhöht die Einhärtbarkeit, d.h. das Härteniveau in der Tiefe des Bauteils
• verbessert die Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säuren
• reduziert die elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit; schlechte
Leiter sind hochlegierte Cr-Ni-Stähle bzw. Austenit
• reduziert stark die Wärmeausdehnungskoeffizienten
Mo - MOLYBDÄN
• verfestigt den Stahl aufgrund von Karbidbildung
• verringert dessen Zähigkeit
• behindert die Diffusion bzw. Beweglichkeit von Fe und C im Stahl; dadurch verringert sich die Abkühlgeschwindigkeit für das Härten
• erhöht die Einhärtbarkeit, d.h. das Härteniveau in der Tiefe des Bauteils
• verringert die Anlassversprödung von Cr- und Mn-Stählen
• verbessert die Korrosionsbeständigkeit
• macht widerstandsfähig gegenüber nichtoxidierenden Säuren
• bildet härtere und temperaturbeständigere Karbide als Eisen-oder Chromkarbide
• erhöht zusätzlich den Verschleißwiderstand und die Warmfestigkeit