Legierter Stahl vs. Kohlenstoffstahl: Ein kurzer Überblick über die Unterschiede

Schnelle Antwort: 

Legierter Stahl und Kohlenstoffstahl unterscheiden sich hauptsächlich in der Zusammensetzung. Legierter Stahl enthält zusätzliche Elemente wie Chrom oder Nickel für verbesserte Eigenschaften, während Kohlenstoffstahl für seine Festigkeit auf den Kohlenstoffgehalt (bis zu 2,1%) angewiesen ist. Wählen Sie legierten Stahl für Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit; entscheiden Sie sich für Kohlenstoffstahl für kostengünstige Strukturanwendungen.

Bei SteelPro Group verfügen wir über jahrzehntelange Erfahrung in der Bereitstellung von Stahllösungen. In diesem Artikel untersuchen wir die wichtigsten Unterschiede zwischen legiertem Stahl und Kohlenstoffstahl. Wir helfen Ihnen auch bei der Auswahl des besten Materials für Ihr Projekt.

Was ist legierter Stahl?

Legierter Stahl ist eine Stahlsorte, die Eisen mit einer Reihe zusätzlicher Elemente wie Chrom, Nickel, Mangan oder Molybdän kombiniert, um Eigenschaften wie Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosions- oder Hitzebeständigkeit zu verbessern. Diese Legierungsbestandteile erhöhen die Vielseitigkeit des Stahls und machen ihn besser für anspruchsvolle oder spezielle Bedingungen geeignet. 

Im Gegensatz zu unlegiertem Kohlenstoffstahl wird legierter Stahl für spezielle Leistungsanforderungen entwickelt, von erhöhter Verschleißfestigkeit bis zu verbesserter Schweißbarkeit.

Arten und Eigenschaften von legiertem Stahl

• Niedriglegierter Stahl

Enthält kleine Mengen an Legierungselementen (normalerweise 1-5%) und sorgt so für ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität für Anwendungen wie Strukturkomponenten und Maschinenteile. Es bietet eine verbesserte Zähigkeit im Vergleich zu Kohlenstoffstahl ohne eine erhebliche Preiserhöhung.

• Hochlegierter Stahl

Dieser Stahl enthält einen größeren Anteil an Legierungselementen (mehr als 5%), was ihm außergewöhnliche Eigenschaften wie Beständigkeit gegen extreme Temperaturen, Korrosion oder Oxidation verleiht. Beispiele hierfür sind Stähle, die in chemischen Reaktoren und Meeresumgebungen verwendet werden.

• Werkzeugstahl

Werkzeugstahl wird wärmebehandelt, um eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit zu erzielen. Es enthält oft Elemente wie Wolfram, Vanadium oder Molybdän, wodurch es sich ideal zum Schneiden, Bohren und Formen anderer Materialien eignet.

• Rostfreier Stahl

Rostfreier Stahl, bekannt für seinen hohen Chromgehalt (mindestens 10,5%), ist äußerst rost- und verfärbungsbeständig. Es wird häufig in medizinischen Geräten, Küchengeräten und im Bauwesen verwendet und bietet sowohl Robustheit als auch Langlebigkeit.

• HSLA-Stahl (hochfester niedriglegierter Stahl)

Diese Stähle sind speziell für ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ausgelegt. Sie bieten eine verbesserte Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion und werden häufig in Automobil- und Strukturanwendungen eingesetzt, bei denen sowohl Festigkeit als auch Gewichtseinsparungen von entscheidender Bedeutung sind.

Was ist Kohlenstoffstahl?

Kohlenstoffstahl ist eine Legierung, die nicht mehr als 2,1% Kohlenstoff und nur sehr wenige zusätzliche Elemente enthält. Seine Einfachheit gewährleistet Erschwinglichkeit und einfache Verarbeitung, allerdings fehlen ihm die speziellen Eigenschaften legierter Varianten.

Arten und Eigenschaften von Kohlenstoffstahl

• Kohlenstoffarmer Stahl (Weichstahl, ≤ 0,3% Kohlenstoff): Duktil und schweißbar, breite Anwendung im Bauwesen und im Maschinenbau.
• Mittelharter Stahl (0,3% bis 0,6% Kohlenstoff): Bietet ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Bearbeitbarkeit, häufig bei Zahnrädern und Achsen.
• Kohlenstoffstahl (0,6% bis 2,1% Kohlenstoff): Extrem hart, aber spröde, ideal für Klingen und Federn.

Legierter Stahl vs. Kohlenstoffstahl: Schnelle Vergleichstabelle

Legierter Stahl vs. Kohlenstoffstahl: Chemische Zusammensetzung

Legierter Stahl: Enthält Chrom (für Rostbeständigkeit), Nickel (Hitzebeständigkeit) oder Molybdän (Härte). Diese Zusätze ermöglichen eine präzise Abstimmung der Eigenschaften.

Kohlenstoffstahl: Hängt ausschließlich vom Kohlenstoffgehalt ab. Ein höherer Kohlenstoffgehalt erhöht die Härte, verringert jedoch die Duktilität.

Warum ist das wichtig?

Legierungselemente machen legierten Stahl anpassungsfähig an extreme Bedingungen, während bei Kohlenstoffstahl Einfachheit und Kosteneffizienz im Vordergrund stehen.

Legierter Stahl vs. Kohlenstoffstahl: Mechanische Eigenschaften

Festigkeit und Härte

Legierte Stähle sind aufgrund von Mechanismen wie Kornverfeinerung und Phasenänderungen fester. Beispielsweise tragen Vanadiumkarbide zur Festigkeit des Stahls bei, indem sie Versetzungen fixieren, während Chrom-Molybdän-Legierungen zur Verbesserung der Härte martensitisch gehärtet werden.

• HSLA-Stähle: Mikrolegierungen mit Niob (~0,05%) können die Streckgrenze ohne Abschrecken auf bis zu 120.000 psi erhöhen. Dadurch sind HSLA-Stähle ideal für leichte und dennoch robuste Komponenten im erdbebensicheren Brückenbau.
• Werkzeugstähle: Wolfram- und Kobaltlegierungen behalten ihre Härte (Rockwell C 65+) auch bei hohen Temperaturen (600 °C) und eignen sich daher perfekt für Wendeschneidplatten zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung.

Im Gegensatz dazu ist bei Kohlenstoffstählen die Härte vom Kohlenstoffgehalt abhängig, was jedoch ihre Leistung begrenzt:

• Abgeschreckter 1095 Stahl: Es kann HRC 66 erreichen, wird aber ohne Anlassen spröde. Ein höherer Kohlenstoffgehalt verringert die Schweißbarkeit aufgrund der Rissgefahr in der Wärmeeinflusszone.

Korrosionsbeständigkeit

Legierte Stähle widerstehen Korrosion durch die Bildung schützender Oxidschichten oder die Verwendung von Opferelementen, insbesondere bei rostfreien Stählen.

• Edelstahl 316: Der Zusatz von Molybdän (2–3%) verleiht eine hervorragende Beständigkeit gegen Lochfraß in chloridreichen Umgebungen wie Meerwasser.

Kohlenstoffstahl ist jedoch anfälliger für Korrosion und erfordert zusätzlichen Schutz:

• Verzinkung: Zinkbeschichtungen werden zum Schutz von Kohlenstoffstahl verwendet, sie können jedoch bei Temperaturen über 200 °C zerfallen, was ihre Verwendung in Anwendungen mit hohen Temperaturen einschränkt.
• Epoxid-Polyurethan-Beschichtungen: Diese Beschichtungen schützen Rohrleitungen, müssen jedoch alle 3–5 Jahre überprüft und neu beschichtet werden.

Duktilität

Duktilität ist die Fähigkeit eines Materials, sich zu biegen oder zu dehnen, ohne zu brechen. Kohlenstoffarmer Stahl ist hochgradig duktil, während legierter Stahl seine Duktilität durch ein Gleichgewicht der Elemente erreicht.

• Kohlenstoffarmer Stahl: Mit 0,05–0,25%-Kohlenstoff lässt es sich leicht formen und gestalten, was es ideal für Anwendungen wie kaltgewalzte Karosserieteile macht.
• Austenitischer Edelstahl (304): Durch die Zugabe von Nickel lässt sich der Stahl auf bis zu 70% dehnbar machen, was sich hervorragend für die Herstellung tiefgezogener Produkte wie Küchenspülen eignet.

Abnutzungswiderstand

Legierte Stähle enthalten Legierungselemente wie Wolfram, Vanadium, Chrom und Molybdän, die im Stahl harte Carbide bilden. Diese Carbide erhöhen die Festigkeit und Verschleißfestigkeit von legierten Stählen erheblich. 

Im Gegensatz dazu beruht die Verschleißfestigkeit von Kohlenstoffstahl hauptsächlich auf seinem Kohlenstoffgehalt, er kann jedoch keine harten Carbide bilden und ist daher in Umgebungen mit hohem Verschleiß weniger effektiv.

Legierter Stahl vs. Kohlenstoffstahl: Produktion und Herstellung

• Bearbeitung: Kohlenstoffstahl lässt sich leichter schneiden und bohren. Legierter Stahl erfordert möglicherweise langsamere Geschwindigkeiten oder Schmiermittel.
• Schweißen: Kohlenstoffstahl lässt sich problemlos schweißen. Legierte Stähle (z. B. Edelstahl) erfordern einen Schutzgasschutz (WIG/MIG).
• Kosten: Kohlenstoffstahl ist 20–50% günstiger, ideal für Projekte mit großem Volumen.

Legierter Stahl vs. Kohlenstoffstahl: Anwendungen

Legierter Stahl

• Luft- und Raumfahrt: Komponenten von Strahltriebwerken (hitzebeständige Nickellegierungen).
• Medizin: Chirurgische Instrumente (Edelstahl).
• Energie: Rohrleitungssysteme (HSLA-Korrosionsbeständigkeit).

Kohlenstoffstahl

• Konstruktion: I-Träger, Bewehrungsstahl.
• Automobil: Fahrgestelle, Motorblöcke.

FAQs: Legierter Stahl vs. Kohlenstoffstahl

F: Was ist besser für den Außenbereich geeignet?

A: Legierter Stahl (z. B. rostfreie Sorten) ist auch ohne Beschichtung rostbeständig. Kohlenstoffstahl benötigt Schutzbehandlungen.

F: Kann Kohlenstoffstahl legierten Stahl ersetzen?

A: Nur in trockenen Umgebungen mit geringer Belastung. Bei korrosiven oder hochbelasteten Anwendungen ist legierter Stahl unersetzlich.

Beste Lösungen für Kohlenstoffstahl und legierten Stahl

Bei der SteelPro Group bieten wir hochwertigen legierten Stahl und Kohlenstoffstahl, der den höchsten internationalen Standards entspricht. 

Wir bieten eine breite Palette an Oberflächenbehandlungen wie Verzinken, Beschichten und Passivieren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit sowie kundenspezifische Bearbeitungsdienste einschließlich Schneiden, Schweißen und Endbearbeiten an, um die genauen Spezifikationen Ihres Projekts zu erfüllen.

Kontaktieren Sie uns noch heute, um Ihre Projektanforderungen zu besprechen und ein individuelles Angebot zu erhalten.