Vergleich von Stählen im Maschinenbau mit anderen Normen wie JIS und AISI

Für die Eigenschaften von Stahl existieren verschiedene Bezeichnungssysteme. Grundlage für die Klassifizierung und Bezeichnung der Stahlsorten mithilfe von Werkstoffnummern bilden die jeweils zugrunde gelegten Standards. In diesem Artikel stellen wir die nach DIN/EN/ISO klassifizierten Stahlsorten mit ihren jeweiligen Gegenstücken der JIS (Japanische Industrienorm) gegenüber.

Was ist Stahl?

Gemäß DIN EN 10020 Teil 1 ist Stahl ein Werkstoff, der überwiegend aus Eisen besteht und einen Kohlenstoffanteil von maximal 2% hat. Verbindungen aus Eisen und Kohlenstoff mit höherem Kohlenstoffanteil als 2% sind Gusseisen. Der Masseanteil des Eisens ist dabei größer als der jedes anderen Elements. Bedingt durch das bei der Herstellung verwendete Eisenerz enthält Stahl immer auch eine entsprechende Menge Silizium und Mangan.

Stahl lässt sich in drei Hauptgüteklassen nach der chemischen Zusammensetzung unterteilen:

• Unlegierte Stähle: Bestehen aus Eisen und Kohlenstoff, sowie kleine Mengen an weiteren Elementen unterhalb definierter Grenzwerte.
• Nichtrostende Stähle (auch rostfreie Stähle genannt): Massenanteil von mindestens 10,5 % Chrom und höchstens 1,2 % Kohlenstoff
• Legierte Stähle: Enthalten neben Eisen und Kohlenstoff mindestens ein Legierungselement. Legierungselemente verändern die Eigenschaften von Stahl. Legierungsstähle sind keine nichtrostenden Stähle.

Die Unterteilung der Stahlsorten wird nach Güteklassen weiter unterteilt.

Für die verschiedenen Stahlgüteklassen gibt es Tabellen.

Verschiedene Stahlsorten und Eigenschaften von Stahl

Die Zusammensetzung von Stahl bestimmt seine Eigenschaften. Kohlenstoff als Hauptbestandteil beeinflusst z.B. die Härte und Festigkeit. Ein höherer Kohlenstoffgehalt führt in der Regel zu einer erhöhten Härte, aber auch zu einer verringerten Duktilität (Zähigkeit). Weitere Legierungselemente für Stahllegierungen können sein:

• Chrom (Cr): Chrom erhöht die Korrosionsbeständigkeit von Stahl und wird häufig in nichtrostenden Stählen gefunden. Es trägt auch zur Festigkeitserhöhung bei höheren Temperaturen bei.
• Mangan (Mn): Mangan dient der Verbesserung der Festigkeit und Härte von Stahl sowie der Entschwefelung und Entoxidation während der Stahlerzeugung.
• Nickel (Ni): Nickel erhöht die Zähigkeit, die Schlagzähigkeit und die Beständigkeit gegenüber tiefen Temperaturen. Es ist ein häufig verwendetes Legierungselement in nichtrostenden Stählen und legierten Stählen.
• Molybdän (Mo): Molybdän verbessert die Festigkeit und Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und Hochtemperatureigenschaften von Stahl. Es ist in vielen legierten Stählen zu finden.
• Vanadium (V): Vanadium erhöht die Festigkeit, die Härte und die Verschleißfestigkeit von Stahl. Es wird oft in Werkzeugstählen und hochfesten Stählen eingesetzt.
• Kupfer (Cu): Kupfer kann die Korrosionsbeständigkeit und die elektrische Leitfähigkeit von Stahl erhöhen.
• Silizium (Si): Silizium trägt zur Entoxidation bei und erhöht die Festigkeit von Stahl. Es ist in Baustählen üblich.
• Titan (Ti): Titan erhöht die Festigkeit von Stahl.
• Aluminium (Al): Aluminium kann die Korrosionsbeständigkeit und die Festigkeit erhöhen.

Einen Überblick über gängige Stahlsorten in den verschiedenen normierten Schreibweisen zeigt die folgende Tabelle. Das Zeichen □ ist ein Platzhalter in der Bezeichnung.

Erklärung für die Stahlbezeichnung

Die Bezeichnung von Stählen ist nicht einheitlich. Generell kann man aber von den DIN-Normen, wie z.B. DIN EN 10027-1 (nach Werkstoffnummer bestehend aus Kennbuchstaben und Zahlen) und DIN EN 10027-2 (nach chemischer Zusammensetzung), allgemeingültige Grundsätze ableiten.

Werkstoffkurzname

Die DIN listet Anforderungen für die Werkstoffkurznamen und unterteilt dabei in zwei Gruppen. Bei Gruppe 1 richtet sich die Bezeichnung nach der Verwendung und den mechanischen Eigenschaften des Stahls. Bei Gruppe 2 richtet sich die Bezeichnung nach der chemischen Zusammensetzung des Stahls. Diese Bezeichnung ergibt dann Sinn, wenn die einzelnen Legierungselemente Rückschlüsse auf bestimmte Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit liefern oder wenn sie eine Wärmebehandlung erfahren sollen. Der Kurzname in Gruppe 1 setzt sich aus mindestens einem Hauptsymbol sowie der Angabe der Mindeststreckgrenze in Megapascal zusammen, z.B. S235, wobei S für Stähle im Stahlbau steht. Weitere Zusatzsymbole können je nach Eigenschaft und Verwendung hinzukommen, z.B. S235J2.

Ein Beispiel für eine Benennung nach chemischer Zusammensetzung in Gruppe 2 wäre 42CrMo4. Dabei wird der prozentuale Gehalt des Elements in der Stahlzusammensetzung angegeben. Zum Beispiel steht C45 für einen Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,45%.

Die Stahlbezeichnung nach JIS-Normen setzt sich auf ähnliche Weise zusammen. Die Bezeichnung besteht normalerweise aus einem Buchstaben, der die Stahlgruppe oder den Stahltyp angibt, gefolgt von einer Zahl, die spezifische Informationen über die Stahlsorte (chemische oder mechanische Eigenschaften) enthält. SS400 steht zum Beispiel für einen unlegierten Baustahl (SS = Structured Steel).

Werkstoffnummer von Stahl

Werkstoffnummern werden vom Stahlinstitut VDEh vergeben. Die Bezeichnung setzt sich aus folgenden Parametern zusammen: X.YYZZ(AA). Dabei gilt:

• X = Hauptgruppe
• Y = Sortennummer (Stahlgruppe)
• Z = Zählnummer
• A = Erweiterte Zählnummer

Nach europäischer Normung beginnt die Werkstoffnummer für Stahl immer mit 1., z.B. 1.7033 für chromlegierten Vergütungsstahl.

Auswahl an Stahlgruppennummer

Die Werkstoffnummer dient dem Zweck, Materialien eindeutig zu kennzeichnen und spezifische Werkstoffeigenschaften zu dokumentieren. Die Werkstoffnummer für Stahl kann man in Tabellen ablesen.

Vergleich der Normierung

Stahlsorten unterliegen verschiedenen Normierungen. Die Normen dienen dazu, die Qualität, die Eigenschaften und die Verwendung von Stahl in verschiedenen Branchen und Anwendungen sicherzustellen. In der nachfolgenden Liste werden die Normierungen verschiedener Institute und Komitees aufgezählt:

• JIS: Japanischer Industrie-Standard vom Japanese Industrial Standards Committee.
• ISO: Internationaler Standard von der Internationalen Organisation für Normung.
• AISI: Amerikanische Norm vom American Iron and Steel Institute (AISI).
• DIN: Deutsche Industrienorm vom Deutschen Institut für Normung.
• EN: Europäische Normen von einem der europäischen Komitees für Normung (CEN, CENELEC, ETSI)
• BS: Britischer Standard vom British Standards Institute (BSI).