Stahlbezeichnungen verstehen (ÖNORM EN 10027)

Es gibt nicht „den Stahl“. Allein in Europa sind mehrere tausend Stahlsorten genormt, und jede hat ihr eigenes Profil aus Festigkeit, Verformbarkeit, Schweißeignung und Korrosionsverhalten. Ein Stahl für eine geschweißte Hallenkonstruktion verhält sich völlig anders als einer für eine gehärtete Getriebewelle. Damit auf der Baustelle, im Konstruktionsbüro und im Stahlhandel alle vom selben Werkstoff sprechen, braucht es eine eindeutige, genormte Sprache.

Diese Sprache liefert die ÖNORM EN 10027. Sie ist in zwei Teile gegliedert, und beide beschreiben denselben Stahl — nur auf unterschiedliche Weise:

Teil 1 legt den Kurznamen fest. Das ist die sprechende Bezeichnung, die man auf Zeichnungen und im Gespräch verwendet. Sie ist so aufgebaut, dass man Eigenschaften direkt ablesen kann — S235JR sagt einem geübten Auge schon einiges über den Stahl.

Teil 2 legt die Werkstoffnummer fest. Das ist eine reine Zahlenkennung der Form 1.XXXX, gedacht für Datenbanken, Materialwirtschaft und EDV-Systeme. Sie ist nicht sprechend, dafür kurz, eindeutig und maschinenlesbar.

Beide Bezeichnungen existieren parallel für denselben Werkstoff. S235JR und 1.0038 meinen exakt denselben Stahl — die eine Form ist für Menschen gemacht, die andere für Computer.

Der Werkstoff selbst — also was Stahl überhaupt ist und wie er sich von Gusseisen abgrenzt — wird an anderer Stelle behandelt. Hier geht es ausschließlich darum, die Bezeichnungen zu lesen.

Innerhalb des Kurznamen-Systems aus Teil 1 gibt es eine grundlegende Weiche. Ein Stahl wird entweder nach seiner Verwendung und seinen mechanischen Eigenschaften bezeichnet oder nach seiner chemischen Zusammensetzung. Welcher Weg gewählt wird, hängt vom Einsatzzweck des Stahls ab — und genau diese Weiche muss man zuerst erkennen, um eine Bezeichnung richtig zu lesen.

Gruppe 1 – Bezeichnung nach Verwendung und mechanischen Eigenschaften. Hier beginnt der Name mit einem Kennbuchstaben für das Anwendungsgebiet, gefolgt von einer Zahl, die meist die garantierte Mindeststreckgrenze angibt. Das ist typisch für Stähle, bei denen es vor allem auf die Belastbarkeit ankommt und weniger auf die genaue chemische Rezeptur — etwa Baustähle für Tragwerke.

Gruppe 2 – Bezeichnung nach chemischer Zusammensetzung. Hier verrät der Name direkt, welche Elemente in welcher Menge enthalten sind. Das ist typisch für Stähle, deren Verhalten man über die Legierung gezielt einstellt — etwa Vergütungsstähle oder rostfreie Stähle.

Die wichtigsten Kennbuchstaben der Gruppe 1:

Die Gruppe 2 hat keinen solchen Anwendungs-Buchstaben am Anfang. Stattdessen beginnt sie entweder direkt mit einem C (für unlegierte Stähle), mit einer Zahl (für niedriglegierte Stähle) oder mit einem X (für hochlegierte Stähle). Wie diese Schreibweisen genau funktionieren, ist Thema von Kapitel 4.

Die erste Frage beim Lesen einer Bezeichnung lautet also immer: Steht am Anfang ein Anwendungs-Kennbuchstabe wie S, E oder P? Dann handelt es sich um Gruppe 1. Beginnt der Name mit C, X oder einer Zahl, ist es Gruppe 2.

Stähle der Gruppe 1 lassen sich wie ein Steckbrief lesen. Jeder Teil der Bezeichnung steht für eine bestimmte Eigenschaft. Am besten zeigt sich das am häufigsten verbauten Baustahl überhaupt: S235JR.

Zerlegt man die Bezeichnung von links nach rechts:

S — der Kennbuchstabe für Baustahl (Stahlbau).

235 — die garantierte Mindeststreckgrenze in N/mm². Die Mindeststreckgrenze ist jene Spannung, bis zu der sich der Stahl bei Belastung wieder vollständig zurückverformt; darüber beginnt die bleibende Verformung. Ein S235 hält mindestens 235 N/mm² aus, bevor er dauerhaft nachgibt. Die Streckgrenze darf dabei nicht mit der höheren Zugfestigkeit verwechselt werden — das ist die maximale Spannung, die der Stahl überhaupt erträgt, kurz bevor er bricht. Die Streckgrenze liegt immer unter der Zugfestigkeit. Die Streckgrenze als Werkstoffeigenschaft wird an anderer Stelle ausführlich behandelt — hier genügt: je höher die Zahl, desto belastbarer der Stahl.

JR — diese Zusatzangabe beschreibt die Kerbschlagarbeit, also die Zähigkeit bei schlagartiger Beanspruchung, und die Temperatur, bei der sie geprüft wird. Der Buchstabe gibt die Höhe der garantierten Kerbschlagarbeit an, das nachfolgende Zeichen die Prüftemperatur.

Die Systematik des Zusatzes:

Ein S235JR wird also bei Raumtemperatur (+20 °C) auf eine Kerbschlagarbeit von 27 Joule geprüft, ein S235J2 dagegen bei −20 °C. Letzterer ist damit besser für tiefe Temperaturen geeignet — wichtig etwa bei Stahlbauten im Freien.

An den Grundnamen können weitere Zusatzsymbole angehängt werden, die Lieferzustand oder besondere Eigenschaften kennzeichnen. Gebräuchlich sind unter anderem:

Einige gängige Baustähle und ihre Mindeststreckgrenze im Überblick:

Bei Gruppe 2 verrät der Name direkt die chemische Rezeptur. Hier unterscheidet man drei Fälle, die sich an der Höhe des Legierungsanteils orientieren: unlegierte, niedriglegierte und hochlegierte Stähle. Jeder Fall hat seine eigene Schreibweise — und genau diese unterschiedlichen Logiken machen das Lesen anfangs etwas knifflig.

Unlegierte Stähle

Unlegierte Stähle (mit Ausnahme der Automatenstähle) beginnen mit dem Buchstaben C für Kohlenstoff, gefolgt von einer Zahl. Diese Zahl ist der 100-fache Kohlenstoffgehalt in Prozent. Um den echten Gehalt zu bekommen, teilt man die Zahl durch 100:

Beispiel C45:

%C = 45 / 100 = 0,45

Ein C45 enthält also rund 0,45 % Kohlenstoff. Der Faktor 100 ist nötig, weil man im Namen ganze Zahlen haben möchte — 0,45 wäre als „C0,45″ unhandlich, 45 ist sauberer. Üblich sind Kohlenstoffgehalte bis etwa 1 %; ein C100 mit genau 1,0 % Kohlenstoff markiert in der Praxis schon den oberen Rand der gebräuchlichen Werte.

Niedriglegierte Stähle

Niedriglegierte Stähle (Legierungsanteil je Element unter 5 %) beginnen mit dem 100-fachen Kohlenstoffgehalt, gefolgt von den chemischen Symbolen der Legierungselemente und schließlich deren Gehaltskennzahlen. Damit auch hier ganze Zahlen herauskommen, werden die Gehalte der Legierungselemente mit element-abhängigen Multiplikatoren versehen. Um vom Namen auf den echten Gehalt zu kommen, dividiert man durch den passenden Multiplikator:

Die gebräuchlichsten Multiplikatoren:

Beispiel 42CrMo4:
Die erste Zahl, 42, ist der 100-fache Kohlenstoffgehalt:

%C = 42 / 100 = 0,42

Dann folgen die Legierungselemente Cr (Chrom) und Mo (Molybdän). Die Zahl 4 am Ende gehört zum erstgenannten Element Chrom und muss durch dessen Multiplikator (4) geteilt werden:

%Cr = 4 / 4 = 1,0

Für Molybdän ist keine Zahl angegeben — das bedeutet, der Gehalt ist zwar legierungswirksam, aber zu gering für eine eigene Kennzahl. Ein 42CrMo4 hat also rund 0,42 % Kohlenstoff und etwa 1 % Chrom, dazu einen kleinen Molybdän-Anteil.

Hochlegierte Stähle

Hochlegierte Stähle (mindestens ein Element mit 5 % oder mehr) erkennt man am vorangestellten X. Bei ihnen entfallen die Multiplikatoren: Die Zahlen nach den Elementsymbolen sind die direkten Prozentwerte. Lediglich der Kohlenstoffgehalt am Anfang bleibt wieder der 100-fache Wert.

Beispiel X5CrNi18-10:

%C = 5 / 100 = 0,05

Danach: Cr 18 % und Ni 10 % — diese Zahlen werden direkt gelesen, ohne Division. Ein X5CrNi18-10 ist also der klassische rostfreie austenitische Stahl mit rund 0,05 % Kohlenstoff, 18 % Chrom und 10 % Nickel.

Neben dem sprechenden Kurznamen besitzt jeder Stahl eine Werkstoffnummer nach Teil 2 der Norm. Sie ist rein numerisch aufgebaut und hat die Form:

Die führende 1 vor dem Punkt steht für die Werkstoffhauptgruppe Stahl. Danach folgen vier Ziffern: Die ersten beiden bilden die Stahlgruppennummer (sie ordnen den Stahl einer Sorten-Familie zu, etwa Baustähle oder nichtrostende Stähle), die letzten beiden sind eine reine Zählnummer, die den einzelnen Stahl innerhalb seiner Gruppe eindeutig macht.

Anders als der Kurzname ist die Werkstoffnummer nicht sprechend — man kann aus ihr keine Eigenschaften direkt ablesen. Ihr Vorteil liegt woanders: Sie ist kurz, eindeutig und maschinenlesbar. In Materialwirtschaftssystemen, Prüfprotokollen und Datenbanken lässt sich mit einer reinen Zahlenfolge zuverlässiger arbeiten als mit einem Kurznamen, der Buchstaben, Zahlen und Sonderzeichen mischt.

Beide Bezeichnungen gehören zusammen. Dieselben Stähle, die wir oben über den Kurznamen kennengelernt haben, tragen jeweils eine feste Werkstoffnummer:

Man erkennt an den Stahlgruppennummern bereits eine grobe Ordnung: Die unlegierten Bau- und Kohlenstoffstähle liegen im Bereich 1.00xx bis 1.05xx, die nichtrostenden Stähle im Bereich 1.40xx bis 1.4xxx. Der bekannte „V2A“-Stahl X5CrNi18-10 etwa trägt die in der Praxis vielzitierte Nummer 1.4301.