Messerstahl – Ein kleines Kompendium

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Spyderco Messer mit M390 Klingenstahl

Klingenstähle für Messer haben sich in den letzten Jahren zu einem eigenen Hightech-Bereich entwickelt. Bis Mitte der 1990er Jahre war das Angebot an gebrauchstüchtigen Klingenstählen überschaubar, doch dann ging es Schlag auf Schlag. Immer neuere, bessere und aufwändiger produzierte Messerstähle wurde auf den Markt gebracht, so dass das Angebot heute nur noch schwer überschaubar ist. Das kleine Messerstahl Kompendium gibt eine Übersicht zu Entwicklungsgeschichte, Herstellung, Eigenschaften und Fähigkeiten der Messerstähle.

Was ist Stahl?

Der Begriff ist nicht ganz präzise und allgemeingültig definiert aber grundsätzlichen werden alle Eisen-Kohlenstoff-Legierungen als Stahl bezeichnet, bei denen Eisen den höchsten Masseanteil besitzt und deren Kohlenstoffgehalt zwischen 0,01% und 2,06% liegt. Roheisen hat einen Kohlenstoff-Anteil von ca. vier Prozent, dieser wird durch „Frischen“ abgesenkt; bei manchen Techniken wird dabei der Kohlenstoff komplett entzogen so dass er später wieder zugefügt werden muss. Stahl entsteht durch des Legieren des Roheisens mit Kohlenstoff und anderen Legierungselementen und einer zusätzlichen thermomechanischen Behandlung.


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Was ist Messerstahl?

Stahl ist ein unglaublich vielseitiger Werkstoff und jeder Versuch auch nur eine grobe Übersicht zu skizzieren würden den Rahmen des Artikels sprengen. Aus Stahl werden, Federn, Schusswaffen, T-Träger und Schiffsrümpfe herstellt und jeder Einsatzzweck stellt völlig unterschiedliche Anforderungen an den Werkstoff. Ein Stahl, der für eine Brückenkonstruktion verwendet werden soll muss andere Eigenschaften haben als ein Stahl, der zur Herstellung chirurgischer Instrumente dient.

Durch die Beimischung von Legierungselementen wie Chrom, Vanadium oder Mangan lassen sich die Eigenschaften eines Stahls stark beeinflussen, so dass der Stahl für einen bestimmten Anwendungszweck optimiert werden kann. Ein Anwendungszweck sind Blankwaffen, dafür müssen die Stähle gut härtbar, zäh und bruchsicher sein. Dennoch unterscheiden sich selbst im Bereich der Blankwaffen die Anforderungen deutlich, Schwerter und andere Hiebwaffen verlangen nach einer anderen Stahllegierung als ein Gentleman Folder oder das Ausbeinmesser eines Metzgers. Die speziellen Erfordernisse an Klingenstähle für Schwerter, Degen, Dolche, Allzweckmesser und Kampfmesser werden durch die entsprechende Legierung und eine sorgfältige Wärmebehandlung erreicht.

Ein weiterer Artikel zum Thema: Die besten Messerstähle des 21. Jahrhunderts

 Steel4Grundtypen der Messerstähle

Heute kann man drei Hauptgruppen von Messerstählen unterscheiden, Monostähle, Damaszener Stahl und pulvermetallurgische Stähle. Bei Monostählen wird die gesamte Klinge aus einer Legierung hergestellt, das Gegenteil sind Damaszener Stähle, bei denen zwei oder mehr Stähle mit unterschiedlichen Legierungen thermomechanisch miteinander verbunden werden. Die frühe Verhüttung von Eisenerz begann etwa vor knapp 4.000 Jahren, die ersten härtbaren Stähle entwickelten die Hethiter vor rund 3.500 Jahren. Damaszener Stähle lassen sich kulturhistorisch nur schwer einordnen und dürften vor rund 3.000 Jahren in Mittelasien entstanden sein. Eine der ältesten Blankwaffen aus Damaszener Stahl in Europa ist ein keltisches Schwert aus der Zeit um 500 v. Chr.

Pulvermetallurgische Stähle sind verglichen mit der über dreitausend Jahre alten Geschichte des Stahls eine Erfindung unserer Tage. Dabei werden Legierungen und Legierungsbestandteile zu einem möglichst feinen Pulver verarbeitet und dann bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Eisens gesintert. Feinkörnigkeit der Pulvermischung und die thermomechanische Prozessführung bestimmen Qualität und Eigenschaften eines pulvermetallurgischen Stahls. In der Messerszene werden die „PM“ Stähle etwa seit 1995 eingesetzt, die Verwendung in der Serienproduktion begann 1998. In diesen noch nicht einmal zwanzig Jahren hat eine rasante Weiterentwicklung dieser Stähle stattgefunden. Kein Stahlproduzent und so gut wie kein Hersteller von Messern kann heute noch auf pulvermetallurgische Klingenstähle verzichten.

Legierungselemente und ihre Wirkung

Bei allen Legierungsbestandteilen gibt es hinsichtlich des Anteils eine obere Grenze, ab der sich zu den positiven Eigenschaften negative Wirkungen bemerkbar machen. Der Leitsatz „viel hilft viel“ trifft auf die Beigabe von Legierungselementen nicht zu. Zusätzlich bestehen deutliche Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Legierungselementen, so dass sich keine allgemeingültigen Grenzwerte festlegen lassen.

Kohlenstoff ist das wichtigste und einflussreichste Legierungselement im Stahl. Mit zunehmendem Kohlenstoff-Gehalt steigen die Festigkeit und Härtbarkeit des Stahls, wogegen seine Dehnung, Schmiedbarkeit, Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit verringert werden.
Positiv: Erhöht Härte und Zugfestigkeit, verbessert Verschleißfestigkeit und Abrieb.
Negativ: Zu hoher Kohlenstoffanteil erhöht die Sprödigkeit und vermindert die Bruchfestigkeit.

Chrom macht den Stahl öl- bzw. lufthärtbar. Durch Herabsetzung der für die Martensitbildung erforderlichen kritischen Abkühlgeschwindigkeit erhöht Chrom die Härtbarkeit. Ab einem Gehalt von 13% Chrom wird der Stahl rostträge.
Positiv: Erhöht Härte und Zugfestigkeit. Verbessert Widerstand gegen Verschleiß und verbessert die Korrosionsbeständigkeit.
Negativ: Verringert die Zähigkeit.

Vanadium ist ein starker Karbidbildner. Es bindet Stickstoff und ergibt eine feinkörnige Struktur.
Positiv: Erhöht die Festigkeit, Verschleißfestigkeit und die Zähigkeit.
Negativ: –

Kobalt bildet keine Karbide; es hemmt das Kornwachstum bei höheren Temperaturen und verbessert die Anlass-Sprödigkeit und die Warmfestigkeit deutlich. Kobalt kommt in Messerstählen nur in geringen Mengen vor und hat sein Haupteinsatzgebiet in Hochgeschwindigkeitsstählen (HSS, „High Speed Steel“).
Positiv: Erhöht Festigkeit und Härte, erlaubt Abschrecken bei höheren Temperaturen. Verstärkt die individuellen Merkmale anderer Legierungselemente.
Negativ: –

Mangan setzt die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit sehr stark herab und erhöht die Härtbarkeit.
Positiv: Erhöht die Härte, Härtbarkeit, Verschleißfestigkeit und Zugfestigkeit.
Negativ: Gehalte über 4% führen auch bei langsamer Abkühlung zur Ausbildung von spröden martensitischem Gefüge.

Wolfram ist ein starker Karbidbildner (harte Karbide)
Positiv: Erhöht Festigkeit und Zähigkeit, verbessert die Härtbarkeit. Erhöht die Zugfestigkeit deutlich.
Negativ: –

Molybdän verringert die Anlass-Sprödigkeit, beispielsweise bei hochlegierten Chrom-, Nickel- und bei Mangan-Stählen und fördert die Feinkornbildung.
Positiv: Erhöht Härtbarkeit, Zugfestigkeit und verbessert Bearbeitbarkeit, Lochfraßbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Negativ: Reduziert die Dehnbarkeit

Kupfer spielt in Messerstählen fast keine Rolle, der Kupfergehalt soll möglichst klein sein.
Positiv: Erhöht die Korrosionsbeständigkeit.
Negativ: Vermindert Härte, Verschleißfestigkeit und Zugfestigkeit

Nickel wird vielen Messerstählen nur in Spuren zugegeben, da Nickel die Härtbarkeit herabsetzt.
Positiv: Erhöht die Zähigkeit und verbessert die Korrosionsbeständigkeit.
Negativ: Reduziert Härtbarkeit und Härte.

Niob-Tantal (Nb-Ta) treten untrennbar gemeinsam auf. Sehr starke Karbidbildner.
Positiv: Verbessert Festigkeit und Zähigkeit, verbessert die Korrosionsbeständigkeit.
Negativ: –

Stickstoff kann an einigen Stellen den Platz eines Kohlenstoffatoms einnehmen.
Positiv:  Verbessert in geringen Mengen die Korrosionsbeständigkeit.
Negativ: Vermindert schon in kleinen Anteilen die Zähigkeit.

Phosphor ist ein Stahlschädling, der Anteil sollte unter 0,04 Prozent liegen.
Positiv: –
Negativ: Erhöht die Sprödigkeit stark.

Schwefel ist ein Stahlschädling, Anteil sollte unter 0,04 Prozent liegen.
Positiv: –
Negativ: Verringert die Zähigkeit.

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Spyderco Military Sondermodell mit M4 Klingenstahl

 

Karbide und Karbidbildner

Karbide entstehen, wenn Atome der Karbidbildner in die Tetraederlücken des Metalls eingelagert werden. Als Karbidbildner bezeichnet man Elemente wie beispielsweise Chrom, Vanadium, Molybdän, und Mangan, die stabile Karbide in Eisenwerkstoffen bilden. Auch Magnesium und Mangan sind Karbidbildner, wenn ihr prozentualer Anteil in der Schmelze entsprechend hohe Werte annimmt.

Den Gegensatz bilden grafitisierende („karbidzerlegende“) Elemente, die durch ihre grafitisierende Wirkung den karbidstabilisierenden Einfluss entgegen wirken. Zu diesen Elementen gehören vor allem Silizium, Kupfer, Nickel und Aluminium.

Die Größe der Karbide lässt sich über den Fertigungsprozess und die Wärmebehandlung steuern, ist aber keine Kenngröße des Stahls. Als Regel gilt: je geringer die Karbidgröße desto bruchfester gerät die Klinge. Außerdem bestimmt die Größe der Karbide die maximal erreichbare Schärfe der Klinge. Je kleiner die Karbidstrukturen sind, desto schärfer lässt sich die Klinge schleifen.


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Werkzeugstähle

Lange Zeit kam niemand auf die Idee, spezielle Stähle für hochwertige Messerklingen zu entwickeln oder herzustellen. Die Werkstoffentwicklung bei Stahl war auf die Erfordernisse der Industrie ausgerichtet. Werkzeugstähle wurden hauptsächlich für Industriemaschinen entwickelt, die mit hoher Geschwindigkeit Stoffe, Papier, Holz oder andere Werkstoffe schnitten, zerspanten oder bohrten. So entstand im Laufe des 20. Jahrhunderts die Gruppe der Werkzeugstähle, deren bekannteste Vertreter heute noch zur Produktion von Messern eingesetzt werden.

Steel1Bis weit in die 1980er Jahre hinein wurden hauptsächlich preiswerte Werkzeugstähle für die Produktion von Messerklingen verwendet. Das Messer als „Kultobjekt“ und Hightech Accessoire wie wir es heute kennen gab es damals noch nicht; Messer waren Werkzeuge und wurden möglichst preiswert produziert. Betrachtet man heute die Messer aus Großserienfertigung in den 1960er und 1970er Jahren, wurden selbst bei Produzenten bekannter Marken eher preiswerte als gute Stähle verarbeitet.

Viele Werkzeugstähle sind hervorragend für Messerklingen geeignet und werden bis heute von zahlreichen Herstellern eingesetzt. Die bekanntesten Werkzeugstähle sind D2, A2, M4,154CM (ATS34) und O-1. Auch Werkzeugstähle wurden auf unterschiedliche Eigenschaften optimiert. D2 zum Beispiel besitzt seine Stärken in guter Härtbarkeit und kann ohne Kompromisse bei der Schnitthaltigkeit bis auf 64 HRC gehärtet werden. Der in Europa ziemlich unbekannte Werkzeugstahl O-1 wurde auf Zähigkeit optimiert und M4 auf Toleranz gegenüber hoher Krafteinwirkung („impact resistance“).

Werkzeugstähle mit geringen Anteilen an Legierungselementen (Chrom, Vanadium, Molybdän etc.) sind vor allem im drückenden Schnitt verschleißfesteren und hoch legierten Werkstoffen, also den modernen pulvermetallurgischen Stählen, weit überlegen. Der Stahl 154CM wurde von der amerikanischen Firma Crucible Steel zur Verwendung in Kugellagern von Jettriebwerken entwickelt. Bob Loveless, ein Custom Knifemaker aus Kalifornien, erkannte schon 1972 das Potential des neuen Stahls und begann ihn für seine Messer einzusetzen. Er löste damit einen Boom aus, denn viele folgten seinem Beispiel. 154CM war anschließend für fast drei Jahrzehnte der meist benutzte Messerstahl in den USA.

Der Aufwand spezielle Messerstähle zu entwickeln, begann sich erst zu lohnen, als die Metamorphose des (Alltags-) Messers in den 1970er Jahren von einem reinen Gebrauchsgegenstand hin zu einem hochwertigen Luxusgut begonnen hatte. Im Rahmen des wirtschaftlichen Aufschwungs in Europa und den USA waren Messerkäufer nun bereit, deutlich höhere Summen für privat genutzte Schneidwerkzeuge aufzuwenden. Diese Entwicklung zeigt sich auch daran, dass um 1980 die ersten Hersteller für industriell gefertigte, hochwertige Serienmesser an den Start gingen. Spyderco und Benchmade begannen ihre Firmengeschichte zwar mit handgefertigten Messern bzw. Kleinserien, stellten aber schon nach kurzer Zeit auf die Serienproduktion möglichst hochwertiger Messer um. Beide Firmen haben mit dieser Entwicklung den Messermarkt nicht nur in den USA sondern weltweit entscheidend verändert und bis heute geprägt.

Als die Patentrechte von Crucible Steel für den Stahl 154CM abliefen, wurde diese Legierung auch in anderen Ländern und von anderen Produzenten herstellt. Unter der Bezeichnung ATS-34 trat dieser Messerstahl anschließend einen Siegeszug durch Europa an und galt bis zum Auftauchen erster pulvermetallurgischer Stähle als der Messerstahl mit dem besten Preis-Leistungsverhältnis. 154CM und ATS-34 begründeten eine eigene Gruppe von Messerstählen, die häufig unter der Bezeichnung 14-4 auftaucht. Der seltsame Name hat seine Ursache in den Legierungsbestandteilen des Stahls, 14 Prozent Chrom und 4 Prozent Molybdän waren die signifikanten Eckdaten der Mischung.

Ein weiterer hoch geschätzter 14-4 Stahl ist BG-42, dem jedoch eine weite Verbreitung in der Messerszene aufgrund höherer Produktionskosten versagt blieb. Ebenfalls zur 14-4 Familie gehört der legendäre Messerstahl WD-65. Auch dieser Stahl wurde von der Crucible Steel Corp. entwickelt und die Spezifikation ging auf einen Anforderungskatalog der US Streitkräfte zurück. Kein anderer Stahl konnte und kann es in Sachen Härte, Schnitthaltigkeit und Korrosionsbeständigkeit mit WD-65 aufnehmen. Er lässt sich bis auf 65 HRC härten ohne dabei spröde zu werden. Ein großer Nachteil allerdings muss als Preis für die vielen guten Eigenschaften bezahlt werden: WD-65 ist extrem schwer zu bearbeiten und Messerklingen aus diesem Stahl lassen sich nur mit Profiausrüstung nachschleifen. Etwas abgemildert gelten diese Eigenschaften auch für BG-42.

Pulvermetallurgische Stähle

Der Einfluss der Legierungselemente sowie die als Stahlschädlinge bekannten Störelemente sind seit vielen Jahren bekannt. Wirklich neue Legierungsvarianten wurden seit geraumer Zeit nicht mehr entwickelt und sind auch zukünftig nicht zu erwarten. Monostähle dürfen heute als technisch ausgereizt betrachtet werden. Alle Weiterentwicklungen der letzten Jahre fanden im Bereich der pulvermetallurgischen Stähle statt. Hierbei geht es aber weniger um die Entwicklung neuer Legierungen, sondern um Feinheiten in der Verfahrenstechnik und der thermomechanischen Prozessführung. Bei der Herstellung von „PM“ Stählen wird die Stahlschmelze durch Versprühen in Pulver verwandelt und dann mit hohem Druck heißisostatisch, knapp unter dem Schmelzpunkt zu einem Halbzeug verpresst (gesintert). Anschließend kann der Stahl auf konventionellem Weg durch Schmieden, Walzen etc. weiterverarbeitet werden.

Viele pulvermetallurgische Stähle haben ein Pendant im Bereich Monostahl, also einen Stahl mit identischer Legierung. Aus dem erwähnten 154CM wurde die pulvermetallurgische Variante CPM-154, RWL-34 ist ein PM-Stahl mit den gleichen Legierungsanteilen wie ATS-34. Heute sind die meisten Messerstähle „hochlegiert“, das heißt der Anteil von Chrom beträgt mindestens 13 Prozent. Der hohe Prozentsatz an Chrom macht den Stahl nicht rostfrei sondern rostträge. Die Korrosionsbeständigkeit wird allerdings mit dem Nachteil erkauft, dass hochlegierte Stähle mit zunehmender Härte schnell spröde werden. Die praxistaugliche Härte hochlegierter Stähle liegt bei 58-60 HRC.

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Kein Hersteller kann heute noch einen bahnbrechenden neuen Messerstahl auf den Markt bringen. Forschung und Entwicklung findet bei den Legierungsanteilen mittlerweile im Bereich der Nachkommastellen statt. Das hat einerseits zur intensiven Erforschung kleinster Abweichungen in der Wärmebehandlung geführt und andererseits die Qualität vieler der heute eingesetzten Messerstähle in einem engen Rahmen versammelt. In der Praxis lassen sich die Unterschiede aktueller pulvermetallurgischer Stähle kaum noch benennen, da die Werte für Härtbarkeit, Schnitthaltigkeit und Korrosionsbeständigkeit sehr eng beieinander liegen.

Zwei PM Stähle haben in den letzten Jahren nicht nur von sich reden gemacht, sondern die Messerszene regelrecht aufgemischt. Dick Barber von Crucible Industries begann 2001 einen Stahl mit der Bezeichnung S30V zu entwickeln. Bei diesem Stahl handelt es sich nicht, wie oft behauptet wird, um eine Entwicklung von Chris Reeve; viele namhafte Messermacher standen Crucible Industries mit Rat und Tat zur Seite. Dies waren unter anderem: Sal Glesser (Spyderco), William Harsey, Jerry Hossom, Ernest Emerson, Tom Mayo, Toni Marfione und eben auch Chris Reeve. 2009 stellte Crucible Industries eine Weiterentwicklung dieses Stahls mit der Bezeichung S35VN vor. Das zusätzliche „N“ steht für das Legierungselement Niob (Niob-Tantal), das mit einem Anteil von 0,5 Prozent nur eine marginale Veränderung darstellt. Beide Stähle sind heute in der Messerszene weit verbreitet und haben die Werkzeugstähle deutlich zurückgedrängt.


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Der Erfolg von S30V rief natürlich auch die Konkurrenz auf den Plan. Carpenter führte seinen CTS-XHP in die Messerszene ein und Böhler-Uddeholm bot den 1999 als industriellen Werkzeugstahl entwickelten Elmax nun auch als Messerstahl an.

Steel3Einen „Super-Stahl“, der anderen überlegen ist, gibt es allen Werbeaussagen zum Trotz immer noch nicht. Entsprechende Aussagen sind immer mehr den persönlichen Vorlieben oder wirtschaftlichen Absichten des Schreibers als nachprüfbaren Tatsachen zuzurechnen. Einige Schwerpunkte lassen sich für bestimmte Stahlsorten dennoch herausheben. Der Werkzeugstahl M4 wird heute zum Beispiel gerne im Bereich des Timber Sports eingesetzt. Die Vorzüge von M4 sind gute Schärfbarkeit und Zähigkeit, der Stahl ist den kurz aber hart einwirkenden Kräften gut gewachsen. Wer einen harten und schnitthaltigen Allrounder sucht, der sich zudem gut nachschärfen lässt, kann eine Klinge aus D2 Stahl wählen.

Wer einen besonders scharfen und schnitthaltigen Stahl bevorzugt, sollte BG-42 ins Auge fassen. Mit Diamantschleifsteinen lässt sich dieser Stahl auf kleine Schneidwinkel und extreme Schärfe bringen. S30V, S35VN, CTS-XHP und Elmax spielen in der Top-Liga auf Augenhöhe und sind für das klassische EDC bestens geeignet.

Eine Sonderstellung nimmt der japanische Werkzeugstahl H1 ein, dessen Korrosionsbeständigkeit weit über allen anderen Stählen liegt. H1 korrodiert durch seinen hohen Anteil an Nickel auch bei ständigen Kontakt mit Salzwasser nicht, daher ist H1 prädestiniert für Tauchermesser und maritime Kampfmesser.


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