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Stahlsorten und ihre Eigenschaften

Wodurch unterscheiden sie sich und was macht sie besonders?

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Stahlsorten und ihre Eigenschaften

Wodurch unterscheiden sie sich und was macht sie besonders?

Grundtypen von Messerstählen

Es gibt Hunderte für Messerklingen eingesetzte Stahlsorten, die sich jedoch nur in drei Grundtypen einteilen lassen: Monostähle, zu denen Kohlenstoff- und Edelstähle gehören, Pulverstähle und Damaststähle.

Kohlenstoffstahl / Carbonstahl:

Kohlenstoffstähle enthalten keine oder nur sehr wenige Zusätze bzw. Legierungselemente und werden daher als unlegierte oder niedriglegierte Stähle bezeichnet.

Karbonstahl zeichnet sich durch eine besonders hohe Härte (Rockwell-Härten von über 60 HRC) und damit Schnitthaltigkeit (wie lange bleibt die Klinge scharf?) aus. Trotzdem ist das Schärfen mit Messerschärfern relativ einfach.

Da keine oder kaum Legierungselemente - und damit auch kein Chrom - verwendet werden, sind die entsprechenden Klingen leider nicht rostfrei. So entstehen daher recht schnell unschöne Flecken auf der Klinge.

Da dem Stahl nur Kohlenstoff zugesetzt wird, ist er trotz seiner hohen Härte relativ preiswert. Seine Verwendung für Messer und andere Schneidwerkzeuge wie Schwerter, Scheren, Äxte und Beile liegt daher nahe.

Kohlenstoffstahl wurde in Europa inzwischen weitgehend verdrängt von ...

Edelstahl / Rostfreier Stahl / Inox:

Inox ist eine andere Bezeichnung für rostfreien Edelstahl. Durch den besonders hohen Chromanteil von meist über 13% in der Legierung sind diese Stähle besonders korrosionsbeständig und vergleichsweise pflegeleicht.

Der Kohlenstoffanteil ist dagegen nur sehr gering. Weitere übliche Zusätze für Edelstahl sind Molybdän und Vanadium. Ersteres erhöht zusätzlich die Korrosionsbeständigkeit. Letzteres sorgt in Ermangelung des Kohlenstoffs für eine höhere Festigkeit und Zähigkeit, wodurch auch die Schnitthaltigkeit verbessert wird (HRC meist 55-60).

Der entscheidende Vorteil von Edelstahlklingen ist der geringere Pflegeaufwand im Vergleich zu Kohlenstoffklingen. Sie laufen bei Kontakt mit Flüssigkeiten nicht an und sind zudem weniger empfindlich gegenüber Frucht- und Milchsäuren.

Der große Nachteil ist jedoch die geringere Schärfe durch den hohen Chromanteil.

Pulverstahl / Pulvermetallurgischer Stahl:

Solche Stähle sind eine sehr junge Entwicklung, die Ende des letzten Jahrhunderts begann und die Stahlherstellung revolutionierte.

Normalerweise wird Stahl gegossen, abgekühlt und in Form gebracht. Bei pulvermetallurgisch hergestelltem Stahl werden die Bestandteile unter Stickstoffatmosphäre fein zerstäubt. Das Pulver wird in einer abgeschlossenen Kapsel aufgefangen, hoch erhitzt und dabei wieder verbunden. Der so entstandene Block wird anschließend weiterverarbeitet.

Dieses Verfahren ermöglicht die Zugabe von mehr Legierungselementen bei gleichzeitiger Vermeidung von Verunreinigungen.

Dadurch können besonders homogene High-Tech-Stähle mit neuen Eigenschaften hergestellt werden. Dieses sehr aufwändige Herstellungsverfahren wirkt sich allerdings deutlich auf den Preis aus. Es entstehen zum Teil extrem harte Stähle mit Rockwell-Härten von teilweise über 65 HRC, deren Schärfen ohne Diamantschleifstäbe kaum noch möglich ist.

Damaststahl / Damaszener Stahl:

Damaszenerstahl hat eine weit über 2000 Jahre alte Tradition in der Herstellung von Waffen und Messern.

Bei der traditionellen Herstellung werden übereinanderliegende Lagen aus kohlenstoffreichem, hartem Stahl und kohlenstoffarmem, flexiblem Stahl aufeinander geschmiedet und immer wieder gefaltet, bis mehrere hundert Stahllagen übereinander liegen.

Der so entstandene Stahl hat nicht nur eine ganz besondere, unverwechselbare Wellenoptik, die ihn von anderen Stahlsorten unterscheidet, sondern ist auch sehr hart (58 bis teilweise über 62 HRC) und trotzdem flexibel und bruchfest.

Es gibt aber auch unechten Damast, bei dem nur eine Legierung verwendet wird. Die Optik entsteht entweder durch mehrmaliges Falten, bis das typische Wellenmuster zu sehen ist, oder das Muster wird einfach auf die Klinge gelasert.

Der Unterschied zu echtem Damast ist jedoch leicht am Preis zu erkennen. Die Preise für gefälschten Damast liegen meist im zweistelligen Bereich, während für echten Damast Preise im drei- bis vierstelligen Bereich aufgerufen werden.

Hochlegiert / Niedriglegiert

Kohlenstoffstähle sind unlegierte oder niedrig legierte Stähle. Sie enthalten außer Kohlenstoff in der Regel keine oder nur wenige andere Legierungselemente. Der Anteil der Zusätze liegt unter 5%.

Bei hochlegierten Stählen kann die Summe der Legierungselemente teilweise über 20% liegen. Allein der Chromanteil kann bei Edelstählen 18-20% betragen.

Eigenschaften von Stahl

Die Stahlsorten unterscheiden sich in ihren Legierungsbestandteilen und damit in ihren Eigenschaften.

Härte:
Die Härte bestimmt im Wesentlichen, wie steif oder flexibel eine Klinge ist. Damit hängt auch die Schärfbarkeit und Schnitthaltigkeit zusammen. Bei sehr hohen Härten ist eine Klinge besonders steif, kann aber auch porös und brüchig werden. Härtere Klingen können mit spitzeren Winkeln geschliffen werden.

Schärfbarkeit:
Sie gibt an, wie leicht sich eine Messerklinge schärfen bzw. schleifen lässt. Je höher die Härte, desto schwieriger ist es in der Regel, eine Klinge zu schärfen. Eventuell sind Diamantschleifstäbe oder Keramikschleifstäbe erforderlich.

Schnitthaltigkeit:
Je länger eine Messerklinge nach dem Schleifen ihre Schärfe behält, desto schnitthaltiger ist sie. Höhere Härten und größere Schleifwinkel erhöhen die Schnitthaltigkeit.

Korrosionsbeständigkeit / Rostbeständigkeit:
Die Korrosionsbeständigkeit wird hauptsächlich durch den Zusatz von Chrom erreicht. Bei hohem Chromgehalt gibt es praktisch keine Flecken oder Verfärbungen des Stahls mehr.

Stahlzusätze und deren Eigenschaften

Nachstehend sind die meisten (aber nicht alle) Elemente aufgeführt, die üblicherweise Stählen zugesetzt sein können. Nicht alle dieser Elemente sind erwünscht und nur auf Grund des Herstellungsprozesses enthalten.

Die Elemente bestimmen die verschiedenen Eigenschaften des Stahls wie Härte, Flexibilität oder Korossionsbeständigkeit.

Kohlenstoff

Kohlenstoff ist nicht nur historisch gesehen das wichtigste und einflussreichste Legierungselement bei der Stahlherstellung. Je höher der Kohlenstoffgehalt, desto höher die Härte. Im Gegenzug ist der Stahl jedoch in jeder Hinsicht schwerer zu bearbeiten. Außerdem wird der Stahl mit steigendem Kohlenstoffgehalt spröde und weniger korrosionsbeständig.

Vorteil: Erhöht die Härte, verbessert die Verschleißfestigkeit und verringert den Abrieb bei Beanspruchung.

Nachteil: Zu hoher Kohlenstoffgehalt macht spröde, brüchig und korrosionsanfällig.

Chrom

Ab etwa 13% Chromgehalt wird der Stahl sehr rostträge - aber nicht rostfrei. Das heißt, die Korrosion verläuft langsamer, wird aber nicht vollständig verhindert. Bis zu einem gewissen Grad kann Chrom die Klinge sogar härter machen. Je höher der Anteil danach ist, desto weicher wird die Klinge aber wieder.

Vorteil: Verbessert die Korrosionsbeständigkeit mehr als alle anderen Elemente.

Nachteil: Verringert bei hohen Anteilen die Zähigkeit.

Vanadium

Vanadium ist das Schlüsselelement zur Erhöhung der Härte von Stahl und in den meisten Pulverlegierungen unentbehrlich. Klingen mit Vanadium sind extrem abriebfest, d.h. Messerstähle bleiben länger scharf.

Vorteil: Die Klingen werden nicht nur härter, sondern auch weniger spröde und brüchig. Außerdem verbessert sich die Schärfbarkeit durch ein gleichmäßigeres Gefüge bzw. gleichmäßigere Struktur.

Nachteil: -

Mangan

Mangan erhöht die Härte des Stahls durch die Bildung härterer und widerstandsfähigerer Karbide. Dies führt zu einer höheren Verschleißfestigkeit und Härte des Stahls.

Vorteil: Erhöht bis zu einem gewissen Grad die Härte, Härtbarkeit und Verschleißfestigkeit. In Verbindung mit z.B. Chrom kann die Korrosionsbeständigkeit erhöht werden.

Nachteil: Gehalte über 4 % können jedoch auch bei langsamer Abkühlung zur Bildung eines spröden martensitischen Gefüges führen. Die Schnitthaltigkeit der Klinge verringert sich.

Molybdän

Molybdän erhöht die Korrosionsbeständigkeit und wird häufig zusammen mit Chrom in rostfreiem Stahl verwendet. Es verringert auch die Abnutzung des Stahls, was bedeutet, dass die Klinge länger scharf bleibt und verschleißfester ist.

Vorteil: Kann die Zähigkeit des Stahls erhöhen, wodurch die Klinge widerstandsfähiger gegen Brüche und Absplitterungen wird.

Nachteil: Reduziert die Dehnbarkeit bei der Herstellung.

Kobalt

Durch die Erhöhung der Härte trägt Kobalt auch zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit des Stahls bei. Messerstähle mit Kobalt bleiben länger scharf. Kobalt kommt in Messerstählen nur in geringen Mengen vor.

Vorteil: Erhöht Festigkeit und Härte. Verstärkt als sekundäre Beigabe die individuellen Eigenschaften anderer Legierungselemente.

Nachteil: -

Wolfram / Tungsten

Wolfram bildet sehr harte Wolframkarbide, die die Härte des Stahls erhöhen. Diese Karbide sind extrem abriebfest und sorgen dafür, dass die Klinge länger scharf bleibt. Es wird für hochwertige Messer verwendet, bei denen eine hohe Schnitthaltigkeit sowie Verformungs- und Bruchfestigkeit erforderlich sind.

Vorteil: Erhöht die Festigkeit und Zähigkeit, verbessert die Härtbarkeit. Erhöht deutlich die Zugfestigkeit.

Nachteil: -

Nickel

Nickel wird vielen Messerstählen nur in Spuren zugesetzt, da Nickel die Härtbarkeit herabsetzt. Die Klinge wird weniger spröde und widerstandsfähiger gegen Brüche und Absplitterungen.

Vorteil: Erhöht die Zähigkeit und verbessert die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen Säuren und Chloride.

Nachteil: Reduziert die Härte.

Niob

Niob ist ein Legierungselement, das in Messerstählen verwendet werden kann, aber weniger häufig vorkommt als andere Legierungselemente. Niob kann dazu beitragen, die Korrosionsbeständigkeit des Stahls zu verbessern, obwohl es in diesem Bereich nicht so stark wirkt wie andere Legierungselemente wie Chrom oder Molybdän.

Vorteil: Niob kann in Verbindung mit bestimmten Legierungselementen zur Verbesserung der Härte und Festigkeit beitragen.

Nachteil: -

Stickstoff

Stickstoff erhöht die Festigkeit des Stahls, insbesondere in Verbindung mit anderen Legierungselementen wie Chrom und Molybdän. Dies trägt zu einer verbesserten Schnitthaltigkeit und Verschleißfestigkeit der Klinge bei.

Vorteil: Verbessert die Korrosionsbeständigkeit schon bei geringen Zusätzen.

Nachteil: Verringert die Zähigkeit bereits in geringen Mengen.

Silizium

Silizium ist ein Sekundärzusatz, der die positiven Wirkungen des Kohlenstoffs verstärkt und die negativen teilweise ausgleicht.

Vorteil: Es erhöht die Härte und Festigkeit des Stahls, macht ihn aber gleichzeitig weicher und weniger spröde. Auch die Schnitthaltigkeit wird deutlich erhöht.

Nachteil: -

Kupfer

Kupfer ist ein Legierungselement, das gelegentlich in Messerstählen vorkommt, normalerweise jedoch in relativ geringen Mengen. Kupfer trägt zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Stahls bei, insbesondere in saurer Umgebung oder bei Kontakt mit Salzwasser. Es bildet mit dem Stahl eine schützende Oxidschicht, die die Oberfläche schützt.

Vorteil: Erhöht die Korrosionsbeständigkeit.

Nachteil: Verringert jedoch die Härte und Verschleißfestigkeit.

Phosphor

Phosphor ist ein Stahlschädling, der bei der Herstellung in geringen Mengen in den Stahl gelangt. Es wird versucht, den Anteil möglichst unter 0,04 % zu halten.

Vorteil: -

Nachteil: Macht den Stahl schon in geringen Mengen sehr spröde.