A2 oder A4? Was die Kennzeichnung auf einem nichtrostenden Verbindungselement tatsächlich bedeutet

Zwei der häufigsten Fehler bei nichtrostenden Verbindungselementen gehen auf dasselbe Missverständnis zurück: Die Kennzeichnung auf dem Kopf wird als eine einzige Güte gelesen. Das ist sie nicht. Sie enthält zwei unabhängige Entscheidungen, und ein Einkäufer kann die eine richtig und die andere falsch treffen, ohne es zu bemerken.

Die Kennzeichnung lesen

Nach ISO 3506-1 wird eine nichtrostende Schraube durch eine Stahlsorte und eine darauf folgende Festigkeitsklasse bezeichnet. Beispiel A4-80:

Das „A“ steht für austenitischen Stahl. A2 ist die austenitische Gruppe ohne Molybdän und entspricht weitgehend Werkstoffen vom Typ 304; A4 ist die molybdänhaltige Gruppe und entspricht weitgehend dem Typ 316. ISO 3506-1 erfasst außerdem martensitische, ferritische und Duplex-Sorten, die andere Buchstaben verwenden.

Was das Molybdän in A4 bringt

Der funktionale Unterschied ist Molybdän: etwa 2–3% in der 316-Familie, in 304 praktisch nicht vorhanden. Es bringt Beständigkeit gegen chloridinduzierte Loch- und Spaltkorrosion.

Lochkorrosion ist ein örtliches Versagen. Chloridionen sammeln sich an einer Stelle der Oberfläche, zerstören die passive Oxidschicht und öffnen eine kleine Grube, die weiter nach innen wächst. Das Verbindungselement kann von außen noch annehmbar aussehen, während es genau dort Querschnitt verliert, wo es darauf ankommt.

Üblicherweise vergleicht man Sorten auf dieser Achse mit der Wirksumme gegen Lochkorrosion, die aus der Zusammensetzung berechnet wird:

PREN = %Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

Setzt man die für jeden Werkstoff zulässigen Zusammensetzungsbereiche ein, landet Stahl vom Typ 304 im oberen Zehner- bis unteren Zwanzigerbereich, Typ 316 dagegen in der Mitte der Zwanziger bis etwa 30. Der Abstand stammt fast vollständig aus dem Molybdänterm.

Zwei Einschränkungen gehören dazu, weil PREN überstrapaziert wird. Es ist ein Vergleichsindex, keine Vorhersage der Gebrauchsdauer; Temperatur, Spaltgeometrie, Oberflächengüte und galvanische Effekte bleiben unberücksichtigt. Und über die Festigkeit sagt es nichts.

Keine der beiden Sorten hat einen einzigen Platz in der Spannungsreihe; beide haben einen aktiven und einen passiven Eintrag: die Tabelle der anodischen Indizes.

Wann A2 tatsächlich genügt

Alles auf A4 hochzustufen ist ein verbreiteter und teurer Reflex. Die Frage, die tatsächlich entscheidet, ist einfach: Sind Chloride vorhanden?

Eine nützliche Disziplin: nach der Umgebung entscheiden, nicht danach, wie wichtig sich die Baugruppe anfühlt. Eine kritische Verbindung in einem trockenen Schaltschrank im Innenraum braucht kein A4. Ein unbedeutender Halter 200 Meter von der Brandung entfernt schon.

Die Festigkeitszahl ist eine eigene Entscheidung

Hier wird Geld still verschwendet. Der Wechsel von A2 auf A4 ändert das Korrosionsverhalten und lässt die Festigkeit, wo sie war. A4-70 und A2-70 haben dieselbe Festigkeitsklasse. Wenn die Verbindung mehr Klemmkraft brauchte, hat der andere Buchstabe sie nicht geliefert.

Auch der umgekehrte Fehler kommt vor: in korrosiver Umgebung „sicherheitshalber“ eine höhere Festigkeitsklasse vorzuschreiben. Eine höhere Zahl widersteht keinen Chloriden.

Und ein dritter, wenn der Vergleich über Werkstoffe hinweg geht. A2-70 bleibt in der Zugfestigkeit 12,5 % und in der Streckgrenze 30 % hinter 8.8 zurück, 450 MPa gegenüber 640, weil die Bezeichnung für nichtrostende Stähle nur die Zugfestigkeit verschlüsselt und überhaupt kein Streckgrenzenverhältnis enthält. Die Vorspannkraft wird von der Streckgrenze aus festgelegt; deshalb liegen beide auf dem Papier viel näher beieinander als in der Verbindung.

Behandeln Sie es deshalb als zwei Fragen, in dieser Reihenfolge:

1. Welcher Umgebung ist das Teil ausgesetzt? → bestimmt die Stahlgruppe (A2 / A4 / andere)
2. Welche Last trägt die Verbindung? → bestimmt die Festigkeitsklasse (-70 / -80 / andere)

Getrennt beantwortet, schreibt sich die Kennzeichnung von selbst. Zusammen beantwortet, entstehen die Zufallsergebnisse, die diese Seite verhindern soll.

Also 18-8 bestellen – und das ist keine Spezifikation

„18-8“ bezieht sich auf eine Nennzusammensetzung, etwa 18% Chrom und 8% Nickel, und wird locker für austenitische nichtrostende Stähle der 300er-Reihe verwendet. Es ist eine Beschreibung, keine Sorte, und es sagt nicht, ob Molybdän enthalten ist.

In der Praxis sind als 18-8 verkaufte Teile meist Werkstoff der 304-Familie. Hängt Ihre Anwendung von der Chloridbeständigkeit ab, ist genau diese Annahme das ganze Risiko. Akzeptieren Sie 18-8 nicht auf einem Dokument, auf dem Sie A4 gemeint haben.

Was auf die Bestellung gehört

Vier Zeilen beseitigen fast alle oben beschriebenen Unklarheiten:

1. Die vollständige Bezeichnung mit beiden Teilen, zum Beispiel „ISO 3506-1, A4-80“
2. Die Werkstoffsorte, falls Ihre Zeichnung oder Zulassung eine bestimmte verlangt
3. Die Art des Prüfzeugnisses, die Sie erwarten; siehe wie man ein Werksprüfzeugnis liest
4. Die Einsatzumgebung, in einem Satz

Die vierte Zeile wirkt überflüssig und ist es nicht. Ein Lieferant, der weiß, dass die Teile in eine Anlage an der Küste gehen, kann einen Widerspruch vor der Fertigung melden. Ein Lieferant, der nur eine Teilenummer erhält, kann das nicht.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 1: Grundwerkstoff. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Ist A4 immer besser als A2?

A4 ist beständiger gegen chloridbedingte Loch- und Spaltkorrosion, und das ist nicht dasselbe wie besser. Im trockenen Innenraum verhalten sich beide über die Lebensdauer der Baugruppe gleich, und A4 kostet mehr. Überall A4 vorzuschreiben ist eine Art, der Frage nach der Umgebung auszuweichen, statt sie zu beantworten. Die Ausnahme, die Respekt verdient, ist die Vereinfachung des Lagers: Manche Hersteller standardisieren durchgehend auf A4, um weniger Positionen zu führen und das Risiko zu senken, dass der falsche Karton an die Linie kommt. Das kann ein vernünftiger Kompromiss sein, auch wenn der Werkstoff überspezifiziert ist.

Bedeutet A4 dasselbe wie 316?

Nicht genau. A4 ist eine in ISO 3506-1 definierte Stahlgruppe für Verbindungselemente mit eigenem zulässigem Zusammensetzungsbereich; 316 ist eine Werkstoffbezeichnung. Sie überschneiden sich stark, weshalb beide Begriffe im Gespräch austauschbar verwendet werden, doch sie sind in verschiedenen Dokumenten definiert. Wenn Ihre Zulassung oder Zeichnung eine bestimmte Werkstoffsorte verlangt, nennen Sie diese Sorte auf der Bestellung, statt sich darauf zu verlassen, dass die Klasse des Verbindungselements sie einschließt.

Darf man A2 und A4 in derselben Verbindung mischen?

Im Allgemeinen vermeidet man das. Neben dem praktischen Risiko, dass bei der Wartung das falsche Teil eingebaut wird, entstehen beim Verbinden ungleicher Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten galvanische Effekte, und nichtrostende Sorten sind davor nicht geschützt, nur weil beide nichtrostend sind. Ist eine Verbindung Chloriden ausgesetzt, verhindert man durch Schraube, Mutter und Scheibe aus derselben Gruppe ein Problem, das später schwer zu diagnostizieren ist.

Welchen Temperaturbereich decken diese Verbindungselemente ab?

ISO 3506-1 gibt an, dass normgerechte Verbindungselemente von −20 °C bis +150 °C ohne Einschränkung verwendet werden und auch außerhalb dieses Bereichs eingesetzt werden, bis hinunter zu −196 °C und hinauf zu +300 °C. Anwendungen an den Rändern erfordern mehr Sorgfalt, als eine Festigkeitsklasse allein vermittelt, weil sich Festigkeit und Korrosionsverhalten mit der Temperatur ändern. Behandeln Sie den weiteren Bereich als „mit ingenieurtechnischer Prüfung möglich“, nicht als pauschale Freigabe.

Quellen

• ISO 3506-1:2020 - Fasteners — Mechanical properties of corrosion-resistant stainless steel fasteners — Part 1: Bolts, screws and studs with specified grades and property classes — die Norm, die Stahlsorten und Festigkeitsklassen sowie den angegebenen Temperaturbereich festlegt