UNSER WERKSTOFF. STAHL.

Im täglichen Sprachgebrauch wird Stahl fälschlicherweise oft als Eisen oder Schmiedeeisen bezeichnet. Stahl ist der technische Werkstoff und Eisen das chemische Element.

Einfacher Stahl wurde vor etwa 3000 Jahren erstmals hergestellt. Er wird heute mit verschiedenen vorgestimmten Eigenschaften (Festigkeit, Korrosionsverhalten, Verformbarkeit, Schweißeignung) angeboten. Im Register europäischer Stähle sind über 2300 Stahlsorten aufgelistet. Kohle und Stahl (Montanindustrie) waren lange Zeit Hauptsäulen der Schwerindustrie und Grundlage für die politische Macht eines Staates.

Nach einer vereinfachten Definition kann jede Eisen-Kohlenstoff-Legierung, welche ohne Zugabe anderer Stoffe schmiedbar ist, als Stahl bezeichnet werden.

Stähle sind die am meisten verwendeten metallischen Werkstoffe. Durch Legieren mit Kohlenstoff und anderen Legierungselementen in Kombination mit wärme- und thermomechanischer Behandlung entsteht aus Roheisen Stahl. Durch gezielte Zugabe von Legierungselementen können die Eigenschaften für einen breiten Anwendungsbereich angepasst werden.

Der Stahl kann zum Beispiel sehr duktil und dafür ausgezeichnet verformbar hergestellt werden, wie etwa das Weißblech von Konservendosen. Demgegenüber kann er sehr fest und dafür spröde hergestellt werden wie etwa martensitische Stähle für Messer (Messerstahl). Moderne Entwicklungen zielen darauf, den Stahl gleichzeitig fest und duktil (verformbar) herzustellen, als Beitrag für den Leichtbau von Maschinen. Das wichtigste Legierungselement im Stahl ist Kohlenstoff. Er liegt als Verbindung (Zementit bzw. Eisencarbid, Fe3C) vor. Die Bedeutung von Kohlenstoff im Stahl ergibt sich aus seinem Einfluss auf die Stahleigenschaften und Phasenumwandlungen.

Im Allgemeinen wird Stahl mit höherem Kohlenstoffanteil fester, aber auch spröder. Durch Legieren mit Kohlenstoff entstehen in Abhängigkeit von der Konzentration und der Umgebungstemperatur unterschiedliche Phasen: Austenit, Ferrit, Primär-, Sekundär-, Tertiärzementit und Phasengemische: Perlit, Ledeburit. Durch beschleunigtes Abkühlen von Austenit, in dem Kohlenstoff gelöst ist, können die weiteren Phasengemische wie fein- (ex Sorbit) und feinststreifiger Perlit (ex Troostit) sowie nadeliger/körniger Bainit („Zwischenstufe“) und massiver/nadeliger Martensit entstehen. Die Phasenzusammensetzung von Stahl wird für den Gleichgewichtszustand mit dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm beschrieben.

Die Dichte von Stahl bzw. Eisen beträgt 7,85–7,87 g/cm3 (7850–7870 kg/m3), der E-Modul ca. 210 GPa (2,1 · 105 N/mm2).

Der Schmelzpunkt von Stahl kann je nach den Legierungsanteilen bis zu 1536 °C betragen. der Abwicklung von Projekten. Insbesondere die Kombination Stahl und Glas stellen hohe Anforderungen an Schweiß- und Löttechniken.

Roheisen:
Der überwiegende Teil des Roheisens wird im Hochofenprozess erschmolzen. Ausgangsstoffe sind Eisenerz, Koks und Zuschläge, die von oben lagenweise in den Hochofen gefüllt werden. Im unteren Teil des Hochofens verbrennt ein Teil des Koks mit eingeblasener Heißluft zu Kohlenstoffdioxid CO2 und Kohlenstoffoxid CO unter starker Wärmeentwicklung und heizt den Hochofen auf rund 1600°C auf. Das Eisen schmilzt und fließt in den geschlossenen Boden des Hochofens. Dort wird es in fahrbare Pfannenwagen abgelassen.

Das Roheisen aus dem Hochofen ist der Grundstoff sowohl für die Gusseisen- als auch für die Stahlherstellung. Dabei kann je nach Zusammensetzung zwischen Stahlroheisen und Gussroheisen unterschieden werden. Roheisen enthält vergleichsweise große Mengen Kohlenstoff (2 – 6 {58167e0f5b2dc788f850444e9073aec3a3cf4eb040a4fdaf2100774842abbd4f}). Das erkaltete Roheisen wir dadurch hart und spröde. Der hohe Kohlenstoffanteil verhindert sowohl eine Verarbeitbarkeit als auch eine Schweißbarkeit von Roheisen bzw. Gusseisen.

Neben dem Hochofenprozess gibt es noch ein weiteres Verfahren zur Gewinnung von Roheisen, das sogenannte Direkt-Reduktionsverfahren.

Stahlherstellung:
Das im Hochofen gewonnene Roheisen und Stahlschrott sind Ausgangsstoff der sich unmittelbar anschließenden Umwandlung des Roheisens in Stahl. Dazu gibt es mehrere Verfahren. Beim gebräuchlichsten Stahlherstellungsverfahren, dem Sauerstoffaufblasverfahren wird reiner Sauerstoff mit einem Rohr von Oben auf die im Konverter (Umwandler) befindliche Roheisenschmelze geblasen. Dabei reagieren die Eisenschmelze virhanderer Eisenbegleiter (Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel) heftig mit dem Sauerstoff und entweichen als gasförmige Stoffe aus der Schmelze bzw. werden in die auf der Schmelze schwimmenden Schlacke aufgenommen. Diesen Vorgang nenn man „Frischen“. Nach dem Blasen mit Sauerstoff enthält die Schmelze meist weniger als 0,2{58167e0f5b2dc788f850444e9073aec3a3cf4eb040a4fdaf2100774842abbd4f} Kohlenstoff und nur noch geringe Reste an Phosphor und Schwefel. Für legierte Stähle werden abschließend Legierungselement hinzugefügt.

Beim Elektrostahlverfahren werden Stahlschrott, Legierungselemente, Schlackebildner und auch Roheisen in einem Elektrolichtbogen aufgeschmolzen. Durch intensive Durchmischung der Schmelze reagieren die Eisenbegleiter mit Schlackebestandteilen und entweichen als gasförmige Verbindung oder werden in der Schlacke gebunden. Aus Roheisen wird Stahl.

Aus dem Stahlwerk kommen die Gusstränge zur Weiterverarbeitung in das Walzwerk. Dort werden Sie zu verschiedenen Stahlerzeugnissen umgeformt, die wir zur Verarbeitung in unserer Werkstatt erhalten.

Quellen:
Metallbautechnik Fachbildung, Europa Lehrmittel, [2005]
Prof. Dr.-Ing. M. Raupach : Baustoffkunde I, Skript [2009]
Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik, Ilschner + Singer, Springer Verlag, 5. Auflage [2010]
http://de.wikipedia.org/wiki/Stahl