Was ist Stahl und Edelstahl? – Grundlagen
Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoffanteil zwischen 0,1% und 2,1% liegt. Diese einfache Zusammensetzung ermöglicht unzählige Variationen mit völlig unterschiedlichen Eigenschaften.
Definition von Stahl
Stahl wird seit Jahrhunderten verwendet und ist bis heute einer der wichtigsten Werkstoffe der Zivilisation. Die Zugabe von weiteren Legierungselementen wie Chrom, Nickel, Molybdän oder Vanadium führt zu speziellen Stahleigenschaften wie erhöhter Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit oder Hitzebeständigkeit.
Edelstahl (Rostfreier Stahl)
Edelstahl, auch als rostfreier Stahl oder "Inox" bekannt, ist eine Stahllegierung mit mindestens 10,5% Chrom. Dieses Chrom bildet auf der Oberfläche eine ultradünne, unsichtbare passive Oxidschicht, die das Material vor Korrosion und Rostbildung schützt und sich bei Beschädigung selbst regeneriert.
Stahl vs. Eisen
Reines Eisen ist weich und spröde. Stahl bietet durch Kohlenstoffzugabe optimale Festigkeit, Zähigkeit und Verarbeitbarkeit.
Warum Edelstahl?
Korrosionsschutz, Hygiene, Langlebigkeit, Ästhetik und 100% Recyclingfähigkeit.
Stahl & Edelstahl – Quick Facts
Meistgenutzte Sorten
Wichtigste Stahl-Eigenschaften
Korrosionsbeständigkeit
Widerstand gegen Rost und chemische Angriffe durch Chromoxidschicht
Festigkeit
Zugfestigkeit 500–1200 MPa, hervorragende Tragfähigkeit
Hitzebeständigkeit
Einsetzbar von -50°C bis +1000°C, je nach Legierung
Verarbeitbarkeit
Ausgezeichnet schweißbar, umformbar und bearbeitbar
Mechanische & physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Wert | Einheit |
|---|---|---|
| Dichte | 7.750 – 7.850 | kg/m³ |
| Schmelzpunkt | 1.370 – 1.540 | °C |
| Zugfestigkeit (Rₘ) | 500 – 1.200 | MPa |
| Streckgrenze (Rₚ₀,₂) | 200 – 900 | MPa |
| Elastizitätsmodul | 190 – 200 | GPa |
Besondere Eigenschaften
- Nicht magnetisch: Austenitische Sorten (304, 316)
- Selbstpassivierend: Chromoxidschicht regeneriert sich
- Lebensmittelecht: Hygienisch, geschmacksneutral
- 100% recyclebar: Ohne Qualitätsverlust
Herstellung von Stahl und Edelstahl – Zwei Wege, ein Ziel
Stahl ist nicht gleich Stahl. Die Art der Herstellung bestimmt nicht nur die CO₂-Bilanz, sondern auch Reinheit, Legierbarkeit und spätere Einsatzmöglichkeiten.
Primärerzeugung
Hochofen + Sauerstoffkonverter
Die klassische Route. Ausgangsstoffe sind Eisenerz, Kokskohle und Kalkstein. Der Hochofen reduziert das Erz mit Kohlenmonoxid zu Roheisen – ein Prozess bei bis zu 1.700 °C. Das flüssige Roheisen (mit 4–4,5 % Kohlenstoff) wird dann im Konverter durch Sauerstoffblasen zu Stahl gefrischt .
Anteil in Deutschland: ca. 70 %
Sekundärerzeugung
Elektrolichtbogenofen (ELO)
Hier wird Stahlschrott (oder Eisenschwamm) mit elektrischer Energie über einen Lichtbogen eingeschmolzen. Kein Koks, kein Roheisen. Die enorme Hitze des Lichtbogens (über 3.000 °C) schmilzt den Schrott innerhalb weniger Stunden zu flüssigem Rohstahl .
Moderne Elektroöfen arbeiten mit Spülgasen (Argon, Stickstoff) durch Bodendüsen, um die Schmelze zu durchmischen und die Temperatur zu homogenisieren – das spart Energie und erhöht die Qualität.
Anteil in Deutschland: ca. 30 %
Die dritte Route: Direktreduktion – klimaneutraler Stahl
Neben Hochofen und Elektroofen etabliert sich die Direktreduktion (DRI – Direct Reduced Iron). Eisenerz wird im festen Zustand mit Erdgas (oder perspektivisch reinem Wasserstoff) reduziert. Entsteht Eisenschwamm, der im Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen wird .
Vorteil: Reduktionsgas statt Koks. Wird der Wasserstoff mit Grünstrom erzeugt, ist nahezu CO₂-freie Stahlproduktion möglich.
📍 Wird in Deutschland bereits in Hamburg praktiziert (ArcelorMittal).
Edelstahl-Herstellung: Chrom erhalten, Kohlenstoff entfernen
Edelstahl (nichtrostender Stahl) stellt die Stahlwerke vor ein Dilemma: Chrom oxidiert schneller als Kohlenstoff. Beim normalen Frischen würde zuerst das wertvolle Chrom verbrennen. Die Lösung sind Spezialverfahren.
🔹 AOD (Argon-Oxygen Decarburization)
Das Standardverfahren für Edelstahl seit den 1970ern. In einem speziellen Konverter wird ein Argon-Sauerstoff-Gemisch durch Bodendüsen eingeblasen.
Physikalisches Prinzip: Argon verdünnt das entstehende Kohlenmonoxid (CO) und senkt dessen Partialdruck. Dadurch verschiebt sich das Gleichgewicht: Kohlenstoff verbrennt, Chrom bleibt in der Schmelze.
✅ Ergebnis: Kohlenstoffgehalte unter 0,03 % möglich, Chromverluste minimiert.
🔹 VOD (Vacuum Oxygen Decarburization)
Die Hochpräzisions-Methode. Unter Vakuum wird der Druck so weit abgesenkt, dass Kohlenstoff auch ohne hohe Temperaturen oxidiert – ideal für extrem kohlenstoffarme Edelstähle (z. B. 316L).
Vorteile: Höhere Reinheit, bessere Entschwefelung, geringere Stickstoffgehalte. Oft als Triplex-Route (EAF + AOD + VOD) für höchste Ansprüche .
✅ Typische Anwendung: Medizintechnik, chemische Industrie, Offshore.
Das Chrom-Problem – und seine Lösung
Beim Frischen von Edelstahl geht üblicherweise Chrom in die Schlacke über. Die Schlacke wird dadurch zäh und schwer verarbeitbar. In modernen Edelstahlwerken wird daher nach dem Sauerstoffblasen eine Reduktionsphase eingeschoben: Ferrosilizium oder Aluminium reduzieren das Chromoxid wieder zu metallischem Chrom .
„Die durch die Elektroden zugeführte Energie bringt die Schlacke zum sofortigen Reagieren“ – Patent EP1481100B1 .
Vom Rohstahl zum Halbzeug: Sekundärmetallurgie und Gießen
1. Sekundärmetallurgie
Nach dem Konverter oder Elektroofen folgt die Pfannenbehandlung. Hier wird der Sthl endgültig auf die gewünschte Analyse gebracht:
- ✓ Legieren: Zugabe von Chrom, Nickel, Molybdän
- ✓ Entschwefeln: Für höhere Zähigkeit
- ✓ Vakuumentgasung: Entfernt Wasserstoff (Gefahr der Flockenbildung)
2. Stranggießen
Heute das dominierende Verfahren ( >95 %). Der flüssige Stahl wird in eine wassergekühlte Kokille gegossen, erstarrt von außen nach innen und wird als endloses Strang abgezogen .
✅ Vorteile: Kontinuierlich, hohe Ausbringung, gleichmäßige Qualität.
3. Umformen
Die erstarten Brammen, Knüppel oder Vorblöcke werden durch Warmwalzen ( >1.100 °C) oder Kaltwalzen in ihre endgültige Form gebracht .
→ Warmband, Feinblech, Draht, Träger.
🚀 Ausblick: Hybrid-Routen und CO₂-reduzierter Stahl
Die Stahlindustrie ist im Umbruch. Neue Hybrid-Prozesse kombinieren Hochofen und Elektroofen, um den Schrotteinsatz zu erhöhen und CO₂ zu senken. Hyundai Steel produziert seit Februar 2026 kommerziell kohlenstoffreduzierte Grobbleche in einem BF-EAF-Verbund .
Weitere Entwicklungen:
- → Wasserstoff-Direktreduktion: Erz + H₂ = Eisen + H₂O (statt CO₂)
- → Carbon Capture: Abscheidung und Nutzung von Hochofengas
- → Verbesserte Spülgastechnik: Höhere Effizienz im EAF durch optimierte Bodendüsen
🔍 Wussten Sie?
In Deutschland enthielt der produzierte Rohstahl 2018 im Schnitt 43,4 % Schrott. Bei der Primärroute sind bis zu 25 % Schrottzusatz möglich, beim Elektrostahlwerk nahezu 100 % .
Verfahren im Vergleich
| Verfahren | Einsatzstoffe | Energiequelle | CO₂-Intensität | Typische Produkte |
|---|---|---|---|---|
| Hochofen + Konverter | Eisenerz, Koks, Kalk | Koks, Kohle | Hoch | Flachstahl, Grobblech |
| Elektrolichtbogenofen | Stahlschrott, DRI | elektrischer Strom | Mittel bis niedrig* | Langstahl, Edelstahl, Sonderstähle |
| AOD | Edelstahl-Vorläufer | Argon + O₂ (exotherm) | Mittel | Edelstahl 304, 316 |
| VOD | Edelstahl aus EAF/AOD | Vakuum + O₂ | Mittel | 316L, 904L, Super-Duplex |
| DRI + EAF | Eisenerz, Erdgas/H₂ | Erdgas, Strom | Niedrig (potenziell null) | Hochreiner Stahl, Automotive |
* abhängig vom Strommix
Für die Praxis bedeutet das:
Ob ein Stahl aus dem Hochofen, dem Elektroofen oder einer Direktreduktionsanlage stammt, ist am fertigen Produkt nicht erkennbar. Die Wahl des Herstellungsweges beeinflusst aber Verfügbarkeit, Preis und vor allem die CO₂-Bilanz. Für technische Anwendungen sind heute alle Routen gleichwertig – die Zukunft gehört dem grünen Stahl.
Die wichtigsten Edelstahlsorten
Von Standard bis Hochleistung – die richtige Wahl für jede Anwendung.
304 / 1.4301
316 / 1.4401
316L / 1.4404
430 / 1.4016
2205 / 1.4462
410 / 1.4006
Übersicht: Eigenschaften & Einsatzgebiete
| Werkstoff-Nr. | AISI | Gefüge | Cr (%) | Ni (%) | Mo (%) | Besonderheit |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.4301 | 304 | Austenit | 18 | 8 | - | Allzweck-Edelstahl |
| 1.4401 | 316 | Austenit | 17 | 11 | 2,2 | Säurebeständig |
| 1.4404 | 316L | Austenit | 17 | 11 | 2,2 | Schweißgeeignet (kohlenstoffarm) |
| 1.4016 | 430 | Ferrit | 16 | - | - | Magnetisch, günstig |
| 1.4462 | 2205 | Duplex | 22 | 5,5 | 3 | Hohe Festigkeit |
| 1.4006 | 410 | Martensit | 12 | - | - | Härtbar |
Biegen von Stahl und Edelstahl – Umformtechnik im Vergleich
Biegen ist eines der wirtschaftlichsten Umformverfahren. Doch Stahl und Edelstahl verhalten sich grundlegend anders unter Druck.
1 Stahl (Kohlenstoffstahl)
Der Allrounder: Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (Weichstahl) lässt sich hervorragend kalt verformen. Er ist duktil, nachgiebig und ideal für Biegeanwendungen im Bau- und Maschinenbau .
- ✓ Elastizitätsmodul: ca. 210 GPa – sehr steif, geringe Rückfederung
- ✓ Biegeradius: Auch enge Radien möglich (R = t, bei Weichstahl)
- ✓ Kaltverfestigung: Gering – gleichmäßiges Biegeverhalten
2 Edelstahl (z. B. 304, 316)
Der Anspruchsvolle: Edelstahl hat eine höhere Streckgrenze und neigt zur Kaltverfestigung. Er ist flexibler, aber auch kraftzehrender .
- ⚠ Elastizitätsmodul: ca. 190–200 GPa – etwas flexibler, mehr Rückfederung
- ⚠ Biegeradius: Größer als bei Stahl (R ≥ 2t), sonst Rissgefahr
- ⚠ Kaltverfestigung: Sehr stark – wird beim Biegen zunehmend härter
Das größte Problem beim Edelstahl-Biegen: Rückfederung
Edelstahl hat im Vergleich zu Baustahl eine höhere Rückfederungstendenz (Springback). Das bedeutet: Das Material will nach dem Biegen in seine ursprüngliche Form zurück. Die Lösung: Überbiegen oder präzise CNC-Steuerung .
🔧 Praxis-Tipp: Bei Edelstahl 304 muss der Biegewinkel bis zu 3–5° größer gewählt werden als beim gewünschten Endwinkel.
Gängige Biegeverfahren für Stahl und Edelstahl
🔹 Drehziehbiegen
Präzisionsverfahren für Rohre und Profile. Das Werkstück wird um einen Biegedorn gezogen.
Ideal für: Edelstahl-Rohre, Handläufe, Rahmen
🔹 Rollbiegen
Drei Rollen formen das Material schrittweise – ideal für große Radien.
Ideal für: Ringe, Bogen, Architektur-Elemente
🔹 Abkanten (Gesenkbiegen)
Blech wird zwischen Ober- und Unterwerkzeug gepresst.
Ideal für: Gehäuse, Schaltschränke, Verkleidungen
Werkzeug-Anforderung bei Edelstahl
Aufgrund der Kaltverfestigung und Härte von Edelstahl (besonders 304) benötigen Biegewerkzeuge eine Mindesthärte von 60 HRC. Werkzeugstahl muss wärmebehandelt sein, die Oberflächengüte sollte eine Größenordnung höher liegen als bei Werkzeugen für Baustahl .
Bohren von Stahl und Edelstahl – Spanende Bearbeitung
Bohren ist das häufigste Zerspanungsverfahren. Doch Edelstahl stellt höchste Ansprüche an Bohrer, Drehzahl und Kühlung.
Für Baustahl & Weichstahl
HSS-Bohrer (High Speed Steel) sind völlig ausreichend. Spitzenwinkel 118°.
- ✓ Günstig, universell
- ✓ Drehzahl: 1.600–550 U/min (je nach Ø)
- ✓ Bohröl empfohlen, aber nicht zwingend
Für Edelstahl (V2A, V4A)
HSS-Co-Bohrer (Kobalt-Legierung, 5–8%) oder Vollhartmetall. Spitzenwinkel 135° .
- ⚠ Höhere Härte, aber spröder
- ⚠ Drehzahl: 800–230 U/min – viel langsamer!
- ⚠ Zwingend: Schneidöl oder Bohröl!
🔥 Die größte Gefahr beim Edelstahl-Bohren: Überhitzung
Edelstahl hat eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit. Die Wärme bleibt im Bohrloch – und zerstört den Bohrer. Einmal blau angelaufen = unbrauchbar .
📌 Edelstahl richtig bohren – Schritt für Schritt
Körnen
Unbedingt an Körnen! Edelstahl ist zäh – der Bohrer wandert sonst.
Vorbohren
Bei Ø > 6 mm: Mit 3–4 mm vorbohren. Reduziert Wärme und Kraft .
Drehzahl
Niedrig! 8 mm Bohrer = ca. 550 U/min (Stahl) vs. 250 U/min (Edelstahl) .
Kühlung
Bohröl, nicht Wasser! Chlorhaltiges Schneidöl für Edelstahl ideal.
🧩 Dünne Bleche (< 2 mm)
Blech zwischen zwei Holzbretter einspannen! Sonst reißt es beim Durchstoß und der Bohrer verkantet .
Tipp: Weniger Grat, saubereres Ergebnis.
🔄 Große Löcher (> 12 mm)
Nicht mit großen Spiralbohrern kämpfen! Stufenbohrer (HSS-Co, TiN-beschichtet) sind ideal für Edelstahl bis 4 mm Stärke .
Vorteil: Kein Vorbohren, gratarm, konzentrisch.
Sonderfall: Gehärteter Stahl / Werkzeugstahl
Hier helfen keine HSS-Bohrer mehr. Vollhartmetallbohrer (VHM) oder umgeschliffene Steinbohrer mit Hartmetallplatte sind notwendig. Alternativ: Funkenerosion (Senkerodieren) .
Vergleich: Bohren in Stahl vs. Edelstahl
| Kriterium | Baustahl / Weichstahl | Edelstahl (V2A, V4A) |
|---|---|---|
| Bohrer-Typ | HSS (118°) | HSS-Co / VHM (135°) |
| Drehzahl (8 mm) | ca. 1.600–1.000 U/min | ca. 550–250 U/min |
| Kühlung | Empfohlen | Zwingend erforderlich |
| Vorbohren | Optional | Empfohlen ab 6 mm |
| Bohrerstandzeit | Hoch | Gering (bei Fehlern sofort Schrott) |
Schweißen von Edelstahl
Professionelle Verfahren und bewährte Techniken für hochwertige Schweißnähte.
WIG (141)
Wolfram-Inertgas – Das Qualitätsverfahren für Edelstahl.
- Höchste Nahtqualität, spritzerfrei
- Ideal für dünne Bleche & Sichtnähte
- Gute Wärmekontrolle
- Langsamer, erfordert Geschick
MIG (131)
Metall-Inertgas – Hohe Produktivität.
- Hohe Abschmelzleistung
- Für dickere Materialien ab 3 mm
- Spritzerbildung möglich
- Geringere Nahtoptik
E-Hand (111)
Elektroden-Schweißen – Für Montage und Reparatur.
- Flexibel, auch windanfällig
- Kein separates Schutzgas
- Schlacke entfernen nötig
- Nicht für dünnwandig
Wichtige Schweißtipps für Edelstahl
Typische Schweißfehler & Lösungen
Anlauffarben (blau, braun)
Ursache: Zu wenig Schutzgas, fehlendes Formiergas
Lösung: Wurzelseite spülen, Nachbeizen
Heißrisse
Ursache: Falscher Zusatzwerkstoff
Lösung: 316L mit 316L verschweißen, Delta-Ferrit beachten
Karbidausscheidung
Ursache: Zu lange in Wärmezone
Lösung: 316L oder stabilisierte Sorten verwenden
Rost nach dem Schweißen
Ursache: Passivschicht zerstört, Eisenverschleppung
Lösung: Beizen/Passivieren
Anwendungsbereiche von Edelstahl
Vielseitig einsetzbar – von der Lebensmittelindustrie bis zur Luft- und Raumfahrt.
Lebensmittelindustrie
- Förderanlagen & Prozessbehälter
- Lagertanks & Rohrleitungen
- Arbeitsflächen
- Hygienic Design (EHEDG)
Pharma & Medizin
- Chirurgische Instrumente
- Implantate (316L)
- Reinraumanlagen
- Sterilisierbehälter
Architektur & Design
- Fassaden, Aufzüge
- Geländer, Treppen
- Türen, Beschläge
- Kunst am Bau
Marine & Offshore
- Schiffskomponenten
- Offshore-Plattformen
- Meerwasserentsalzung
- Hafenausrüstung
Chemische Industrie
- Reaktionsbehälter
- Rohrleitungssysteme
- Wärmetauscher
- Pumpen & Ventile
Energietechnik
- Solarkollektoren
- Biogasanlagen
- Kraftwerkskomponenten
- Windkraft
Häufige Probleme mit Edelstahl & Lösungen
Rostflecken auf Edelstahl
Ursache: Eisenpartikel von Normalstahl oder Werkzeugen
Lösung: Mit Edelstahlreiniger oder Passivierungspaste behandeln
Anlauffarben beim Schweißen
Ursache: Oxidation, fehlendes Formiergas
Lösung: Formiergas, Beizen oder Glasperlenstrahlen
Lochfraß (Pitting)
Ursache: Chloride (Salzwasser, Reiniger)
Lösung: 316L mit Molybdän verwenden, regelmäßig reinigen
Spannungsrisskorrosion
Ursache: Spannung + Temperatur + Chloride
Lösung: Duplex-Stähle (2205), spannungsarm glühen
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Edelstahl in der Praxis
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