Was ist Kohlenstoffstahl? Alles, was Sie wissen müssen
Kohlenstoffstahl ist einer der am häufigsten verwendeten Werkstoffe, der aufgrund seiner Eigenschaften in allen Branchen eingesetzt wird. In diesem Leitfaden erfahren Sie, was Kohlenstoffstahl ist, welche Eigenschaften er hat und welche Vor– und Nachteile die gängigste Stahlsorte hat: SS400.
Merkmale von Kohlenstoffstahl
Bevor wir uns mit den Eigenschaften von Kohlenstoffstahl befassen, sollten wir zunächst die Definition von Stahl klären.
Stahl ist eine Legierung auf der Basis von Eisen. Reines Eisen ist spröde und rostet leicht, so dass es für industrielle Anwendungen nicht geeignet ist. Aus diesem Grund werden dem Eisen Kohlenstoff und Elemente wie Mangan und Phosphor zugesetzt, um ein legiertes Material zu erhalten. Der Begriff Stahl bezieht sich speziell auf Zusammensetzungen mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,02 % bis 2,14 %. Im Gegensatz dazu wird Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von unter 0,008 % eingestuft.
Mit steigendem Kohlenstoffgehalt wird Eisen zwar härter, aber gleichzeitig auch spröder. Während es sich unter Krafteinwirkung weniger leicht verformt, wird es auch anfälliger für Brüche, insbesondere wenn es plötzlichen Stößen oder Kräften ausgesetzt ist, die seine Toleranzgrenze überschreiten. Aus diesem Grund müssen die für Maschinen und Konstruktionen verwendeten Werkstoffe sowohl Härte als auch Festigkeit aufweisen.
Stahl enthält genau die richtige Menge an Kohlenstoff, um Härte und Festigkeit im Eisen auszugleichen.
Wie bereits erwähnt, werden dem Stahl verschiedene andere Elemente wie Mangan, Chrom und Titan zugesetzt, um legierten Stahl und Spezialstahl zu erzeugen, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Spezialstähle mit Eigenschaften wie Rostbeständigkeit oder Hochtemperaturbeständigkeit werden für bestimmte Zwecke entwickelt.
Unter den verschiedenen Stahlsorten ist Kohlenstoffstahl der Stahl, der nicht unter legierten Stahl oder Spezialstahl fällt. Mit anderen Worten: Kohlenstoffstahl ist Stahl in seinem natürlichen Zustand, ohne Zusatz von speziellen Elementen oder Verfahren. Kohlenstoffstahl ist dadurch definiert, dass sein Gehalt an anderen Elementen als Eisen und Kohlenstoff unter bestimmten Werten liegt. So ist beispielsweise der Chromgehalt auf höchstens 0,3 % und der Titangehalt auf höchstens 0,05 % begrenzt.
Kohlenstoffstahl wird nach seinem Kohlenstoffgehalt in drei Kategorien eingeteilt: Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt.
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bezieht sich auf Materialien mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,02 % und 0,25 %, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hat einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,25 % und 0,6 %, und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt enthält 0,6 % bis 2,14 % Kohlenstoff.
Die am häufigsten verwendete Stahlsorte: Was ist SS400?
SS400 gehört zu einer Kategorie von SS-Materialien (Konstruktionsstahl), die als allgemeiner gewalzter Baustahl bekannt ist.
Desweiteren ist SS400 ein Baustahl mit einer hohen Zugfestigkeit, die 400 N/mm² oder mehr entspricht.
Außerdem ist SS400 dafür bekannt, dass er im Vergleich zu anderen Metallwerkstoffen erschwinglicher und zugänglicher ist. Außerdem lässt er sich durch Verfahren wie Schweißen und Schneiden leicht verarbeiten. Außerdem ist es in Form von Blechen erhältlich und wird häufig für die Blechbearbeitung, das Laserschneiden und ähnliche Anwendungen verwendet. SS400 kann jedoch nicht wärmebehandelt (geglüht) werden. Es ist außerdem rostanfällig und erfordert daher Korrosionsschutzbehandlungen wie Beschichten oder Schwärzen.
Anwendungen von SS400
SS400 wird als Konstruktionsmaterial für Brücken, Schiffe und vieles mehr verwendet und deckt ein breites Spektrum von Anwendungen ab, von Maschinen bis zum Bauwesen. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass SS400 das Material ist, an das Konstrukteure zuerst denken, wenn sie etwas aus Eisen oder Stahl herstellen wollen. SS400 ist ein Material, das weit verbreitet und häufig verwendet wird.
Vorteile von SS400
- Kostengünstig und leicht verfügbar
- Leicht zu schweißen
- Geeignet für Blechbearbeitung und Schneiden
- Äußerst vielseitig
Es ist ein weit verbreitetes und leicht verfügbares Material, was es im Vergleich zu anderen metallischen Werkstoffen erschwinglicher macht. Es ist weicher als Materialien wie Edelstahl und lässt sich daher leicht verarbeiten, z. B. durch Schneiden und Blechbearbeitung, was vielfältige Anwendungen ermöglicht. Aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts und seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber hitzebedingten Einflüssen ist es auch zum Schweißen geeignet. Beim Schweißen dickerer Materialien (25 mm und mehr) kann es jedoch besser sein, schweißspezifische Werkstoffe zu verwenden.
Nachteile von SS400
- Kann nicht wärmebehandelt (geglüht) werden
- Relativ weich unter den Eisen- und Stahlwerkstoffen
- Anfällig für Rost, erfordert Korrosionsschutz wie Beschichtung oder Lackierung
Wenn stärkere Materialien benötigt werden, müssen andere Optionen in Betracht gezogen werden. Darüber hinaus kann SS400 aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts nicht wärmebehandelt werden, was die Erzielung einer Oberflächenhärte durch solche Verfahren verhindert. Da es außerdem rostanfällig ist, muss es durch Beschichtung, Lackierung oder Schwarzoxid (Oxidationsschicht) geschützt werden.
Übliche Oberflächenbehandlungen für SS400
Aufgrund seiner Rostanfälligkeit wird SS400 häufig einer Oberflächenbehandlung wie Vernickelung oder Verchromung unterzogen. In Fällen, in denen eine hohe Korrosionsbeständigkeit nicht erforderlich ist, z. B. in Bereichen, die nicht dem Wasser ausgesetzt sind, könnte eine Schwarzoxidbehandlung die beste Lösung sein.
Liste von üblichen Oberflächenbehandlungen für SS400
- Eisentetroxidschicht (Schwärzung): Eisenoberflächen werden mit Hilfe von Chemikalien oxidiert, um eine Beschichtung aus Trieisentetroxid (Fe3O4) zu erzeugen. Dies hilft, Korrosion zu verhindern.
- Stromloses Vernickeln: Die Vernickelung erfolgt durch chemische Reduktion. Kombiniert mit Wärmebehandlung. Es erhöht die Oberflächenhärte und verbessert die Widerstandsfähigkeit.
- Hartverchromen: Diese Beschichtung ist dicker als die dekorative Verchromung und verbessert die Verschleißfestigkeit und die Gleiteigenschaften.
- Dreiwertiges Chromatieren: Eine Nachbehandlung zur Verbesserung der Beschichtungsqualität, die vor allem bei der galvanischen Verchromung eingesetzt wird.
