Stahl schmilzt je nach Zusammensetzung zwischen 1370 °C und 1540 °C (2500 °F bis 2800 °F). Im Gegensatz zu reinem Eisen, das bei genau 1538 °C schmilzt, geht Stahl innerhalb eines Temperaturbereichs vom festen in den flüssigen Zustand über, da er eine Legierung aus Eisen, Kohlenstoff und anderen Elementen ist.
Der Kohlenstoffgehalt ist der wichtigste Faktor, der den Schmelzpunkt von Stahl beeinflusst. Ein höherer Kohlenstoffgehalt bedeutet niedrigere Schmelztemperaturen – ein kohlenstoffreicher Stahl mit 1 % Kohlenstoff beginnt bei etwa 1425 °C zu schmelzen, während kohlenstoffarmer Weichstahl erst bei etwa 1500 °C zu schmelzen beginnt.
Kohlenstoffstähle schmelzen zwischen 1425 °C und 1540 °C, wobei die genaue Temperatur hauptsächlich durch den Kohlenstoffgehalt bestimmt wird. Kohlenstoffarme Stähle (wie Weichstahl mit 0.2 % Kohlenstoff) schmelzen am oberen Ende bei etwa 1500–1525 °C, während kohlenstoffreiche Stähle (ca. 1 % Kohlenstoff) am unteren Ende bei etwa 1425 °C zu schmelzen beginnen.
Dies geschieht, weil Kohlenstoff die Kristallstruktur des Eisens zerstört und eine eutektische Mischung bildet, die bei niedrigeren Temperaturen schmilzt. Bei jeder Erhöhung des Kohlenstoffgehalts um 0.1 % sinkt der Schmelzpunkt um etwa 10–15 °C.
Die meisten Kohlenstoffstähle, denen Sie begegnen, folgen diesem Muster:
Das Vorhandensein geringer Mengen Mangan, Silizium und Schwefel in handelsüblichem Kohlenstoffstahl hat nur minimalen Einfluss auf die Schmelztemperatur. Auch eine Wärmebehandlung verändert den Schmelzpunkt nicht – unabhängig davon, ob Ihr Stahl geglüht oder gehärtet ist, schmilzt er je nach Zusammensetzung bei der gleichen Temperatur.
Rostfreier Stahl schmilzt im Allgemeinen zwischen 1370 °C und 1530 °C, wobei die spezifischen Bereiche je nach Sorte erheblich variieren. Der Chromgehalt (mindestens 10.5 %) in Kombination mit Nickel, Molybdän und anderen Zusätzen führt zu einem anderen Schmelzverhalten als bei einfachem Kohlenstoffstahl.
Die meisten rostfreien Stähle haben tatsächlich einen etwas niedrigeren Schmelzpunkt als Kohlenstoffstahl, da Nickel und andere Legierungselemente die Schmelztemperatur senken. Das Schmelzverhalten hängt ganz von der Art des rostfreien Stahls ab, mit dem Sie arbeiten.
Austenitische Güten wie 304 und 316 haben unter den rostfreien Stählen die niedrigsten Schmelzbereiche, typischerweise 1375–1450 °C. Edelstahl Typ 304 (18 % Chrom, 8 % Nickel) beginnt bei etwa 1400 °C zu schmelzen und ist bei 1455 °C vollständig flüssig.
Der hohe Nickelgehalt ist für diesen niedrigeren Schmelzpunkt verantwortlich. Nickel schmilzt bei 1453 °C, also deutlich niedriger als Eisen (1538 °C), und bildet in Legierungen mit Eisen eine feste Lösung, die bei mittleren Temperaturen schmilzt.
Edelstahl Typ 316 schmilzt aufgrund seines höheren Nickelgehalts und der Zugabe von 2–3 % Molybdän bereits bei 1375–1400 °C. Dies erleichtert das Schweißen austenitischer Güten, schränkt jedoch ihren Einsatz bei extrem hohen Temperaturen ein.
Ferritische Edelstähle schmelzen bei höheren Temperaturen als austenitische Sorten, typischerweise bei 1450–1510 °C. Typ 430 (16–17 % Chrom, kein Nickel) beginnt bei etwa 1425 °C zu schmelzen und ist bei 1510 °C vollständig flüssig.
Durch das Fehlen von Nickel bleibt der Schmelzpunkt näher am Niveau von unlegiertem Eisen. Chrom hat zwar einen sehr hohen Schmelzpunkt (1890 °C), in den in ferritischem Stahl verwendeten Konzentrationen erhöht es den Schmelzpunkt jedoch nicht, sondern hält ihn lediglich in der Nähe des Niveaus von Kohlenstoffstahl.
Diese Stähle behalten bei hohen Temperaturen eine bessere Festigkeit als austenitische Sorten. Aufgrund ihres höheren Schmelzbereichs eignen sie sich für Abgassysteme und andere Anwendungen, bei denen es auf Temperaturbeständigkeit ankommt.
Martensitische Edelstähle weisen die größten Unterschiede im Schmelzbereich auf, der je nach Kohlenstoffgehalt zwischen 1370 und 1530 °C liegt. Typ 410 (12 % Chrom, 0.1 % Kohlenstoff) schmilzt ähnlich wie ferritische Stähle bei 1480–1530 °C.
Bei martensitischen Güten mit hohem Kohlenstoffgehalt verhält es sich anders. Typ 440C (17 % Chrom, 1 % Kohlenstoff) beginnt aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts bereits bei 1370 °C zu schmelzen, obwohl er mehr Chrom enthält als viele andere Güten.
Dies zeigt, wie der Einfluss von Kohlenstoff auf den Schmelzpunkt den von Chrom überwiegt. Die Kombination erzeugt einen breiten Schmelzbereich – 440 °C verflüssigt sich erst bei etwa 1480 °C vollständig, was einem Schmelzbereich von 110 °C entspricht, verglichen mit nur 50 °C bei kohlenstoffarmen Sorten.
Werkzeugstähle schmelzen typischerweise zwischen 1420 °C und 1540 °C, wobei ihre komplexe Zusammensetzung ungewöhnlich breite Schmelzbereiche erzeugt. Diese Stähle enthalten 0.5–2 % Kohlenstoff sowie erhebliche Mengen an Chrom, Wolfram, Molybdän und Vanadium, was zu einem anspruchsvollen Schmelzverhalten führt.
Der hohe Kohlenstoffgehalt führt dazu, dass Werkzeugstähle bereits bei relativ niedrigen Temperaturen zu schmelzen beginnen – bei etwa 1400–1420 °C für die Eisen-Kohlenstoff-Matrix. Die karbidbildenden Elemente bilden jedoch extrem stabile Verbindungen, die erst bei viel höheren Temperaturen schmelzen.
Nehmen wir beispielsweise D2-Werkzeugstahl (1.5 % Kohlenstoff, 12 % Chrom). Er beginnt bei 1420 °C zu schmelzen, ist aber erst bei 1540 °C – also im Bereich von 120 °C – vollständig flüssig. Die im Stahl verstreuten Chromkarbide bleiben auch lange nach dem Schmelzen der umgebenden Matrix fest.
Schnellarbeitsstähle wie M2 zeigen ein noch extremeres Verhalten. Die Stahlmatrix schmilzt bei etwa 1400–1425 °C, die darin enthaltenen Wolframkarbide können jedoch auch bei Temperaturen über 1500 °C noch fest bleiben. Dies macht Werkzeugstähle ohne spezielle Hochtemperaturausrüstung bekanntermaßen schwer gießbar oder schweißbar.
| Stahlsorte | Zusammensetzung | Schmelzbereich (°C) | Schlüssel Faktor |
|---|---|---|---|
| Kohlenstoffarmer Stahl (1020) | ~0.2 % C, 99 % Fe | 1500 bis 1525 | Nahezu reines Eisen |
| Kohlenstoffstahl (1095) | ~0.95 % C, 98–99 % Fe | 1425 bis 1500 | Kohlenstoff senkt Solidus |
| Edelstahl 304 (austenitisch) | 18 % Cr, 8 % Ni, 0.08 % C | 1400 bis 1450 | Nickel senkt den Schmelzpunkt |
| Edelstahl 430 (Ferritisch) | 16 % Cr, <0.1 % C, kein Ni | 1450 bis 1510 | Hoher Eisengehalt |
| Edelstahl 440C (martensitisch) | 17 % Cr, 1.0 % C | 1370 bis 1480 | Hoher Kohlenstoffgehalt schafft große Reichweite |
| Werkzeugstahl D2 | 1.5 % C, 12 % Cr, Mo, V | 1420 bis 1540 | Hartmetalle erweitern die Reichweite |
| Schnellarbeitsstahl M2 | 0.8 % C, 6 % W, 5 % Mo | 1400-1425 * | *Nur Matrix; Karbide bleiben fest |
