Der simple Wunderwerkstoff Stahl
Stahl ist ein vielseitig angewandtes Material und ist in unserer modernen Welt fast nicht wegzudenken. Es bietet einige Vorteile gegenüber zum Beispiel reinem Eisen, dem Hauptbestandteil von Stahl, und ist daher der meist produzierte metallische Werkstoff. Seine Produktion übersteigt alle anderen metallischen Werkstoffe zusammen um mehr als das Zehnfache!
In Deutschland fällt 35% der Stahlproduktion auf das Baugewerbe, aber auch der Automobilbau (26%), sonstige Metallwaren (12%), Maschinenbau (11%) und Rohre (9%) beanspruchen große Mengen an Stahl für sich. Hier wird der Stahl weiterverarbeitet, zum Beispiel zu Stahlbeton im Baugewerbe oder in Form verschiedenster Zuschnitte zum Beispiel im Automobilbau und bei Metallwaren.
Aber was ist Stahl eigentlich genau?
Wie beschrieben ist Stahl ein metallischer Werkstoff, der hauptsächlich aus Eisen besteht. Das Material hat die Eigenschaft, dass es leicht zu umformen ist, nämlich warm oder kalt. Umgeformt werden kann Stahl also durch:
- Das Schmieden – Hier wird das Ausgangsmaterial mit Hilfe von zwei Werkzeugen umgeformt. Genauer gesagt wird der Querschnitt durch äußerliche Einwirkung verändert. Dies geschieht meist mit einer erhöhten Temperatur des zu formenden Materials.
- Das Biegen – Das Material, oft Blech, wird mittels äußerer Einwirkung und den dadurch wirkenden Biegespannungen gebogen und in die gewünschte Form gebracht.
- Das Walzen – Der Querschnitt des Materials wird durch das Führen zwischen zwei oder mehreren rotierenden Walzenwerkzeugen verringert und kann sowohl warm als auch kalt stattfinden. Die Verformung des Materials ähnelt sehr dem des Schmiedens.
- Das Ziehen – Meist ist hier keine Veränderung der Dicke des Materials erwünscht. Ein runder Zuschnitt wird in oft mehreren Schritten in eine hohle Form mit kleinerem Querschnitt gezogen.
Klassisch wird Stahl als Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, einer sogenannten Eisen-Kohlenstoff-Legierung, definiert, die einen maximalen Massenanteil an Kohlenstoff von 2% hat. Heute gibt es jedoch über 3500 verschiedene Stahlsorten, da man seine Eigenschaften durch verschiedene Möglichkeiten variieren kann. Dies kann zum Beispiel durch Legierungen mit anderen Metallen oder einer Wärmebehandlung geschehen.
Durch die zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten und die einfache Herstellung und dem daraus folglich geringen Preis erfreut sich Stahl einer extrem hohen Beliebtheit in der Industrie.
Die Geschichte des Stahls
Schon im 2. Jahrtausend vor Christus wurde Eisenerz im damaligen Hethiter-Reich verhüttet, also simpel gesagt verarbeitet. Hier wurde rund ein Jahrtausend später, in der Mitte des 1. Jahrtausends vor Christus, der erste einfache, härtbare Stahl zusammen mit anderen einfachen schmiedbaren Eisenwerkstoffen hergestellt. Auf Grund der Herstellungsmethode im 1250 Grad Celsius heißen Rennofen und der daraus folgenden Kontamination war das Schmiedeeisen von relativ geringer Qualität und wurde hauptsächlich für Waffen genutzt.
Mit der Zeit wurden immer mehr Methoden zur Verhüttung von Eisen zu Stahl entwickelt. Der Holzkohle-Hochofen des 14. Jahrhunderts und die deutlich höhere Temperatur ermöglichte so die Entstehung von flüssigem Roheisen, welches deutlich gezielter behandelt werden konnte wie noch im Rennofen.
Diese Holzöfen wurden in der Industrialisierung immer mehr mittels Steinkohle erhitzt, welches die Produktion von Eisenwerkstoffen günstiger machte und die Kapazitäten erhöhte. Gleichzeitig trug der Schmiedeprozess nun dazu bei, Schlack vom Werkstoff zu entfernen, um diesen homogener zu machen. Diese Entwicklung förderte zum Beispiel den Bau von Dampflokomotiven, Schienen und sogar dem Eiffelturm.
Daraufhin folgten weiter Optimierungen im Prozess der Stahlerzeugung und verschiedene Verfahren lösten sich gegenseitig ab. Wenn die Herstellung von qualitativ hochwertigerem Stahl Sie interessiert, informieren Sie sich gerne über das Bessemer-Verfahren und Siemens-Martin-Verfahren, welche erlauben, den Kohlenstoffgehalt im Stahl zu reduzieren.
