Eisen Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungsverfahren Stahlherstellung

Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungsverfahren

Stahlherstellung: • hoher C-Gehalt im Roheisen: nicht walz- und schmiedbar, spröde, erweicht beim Erhitzen plötzlich • Herabsetzen des C-Gehalts (<1, 7 %) • Entfernen von störenden Begleitelementen (P, S, Si, O 2) • Nötige Raffinationsprozesse: - Frischreaktionen - Desoxidationsreaktionen - Entschwefelungsreaktionen - Entgasungsreaktionen

1. Frischreaktionen: Entkohlung des Roheisens • Einblasen von Sauerstoff: 2 Fe + O 2 2 Fe. O • Oxidation der Begleitelemente durch Fe. O: Si + 2 Fe. O Si. O 2 + 2 Fe Mn + Fe. O Mn. O + Fe 2 P + 5 Fe. O P 2 O 5 + 5 Fe • Verschlackung der Oxide durch Ca. O • Entstehung von CO im flüssigen Eisen

Frischen: Zwei Verfahrensmöglichkeiten Windfrischverfahren Nach vollkommener Entkohlung folgt eine nachträgliche Rückkohlung. Herdfrischverfahren Von vornherein wird bis zum gewünschten C-Gehalt entkohlt.

Windfrischverfahren (1855): Thomas-Verfahren feuerfeste Auskleidung flüssiges Eisen Winddüsen Windantrieb

feuerfeste Auskleidung flüssiges Eisen Winddüsen Windantrieb

Herdfrischverfahren (1864): Siemens-Martin-Verfahren Im kippbaren, eisernen Trog (Herd): Brenngas-Luft-Gemisch Aufschmelzen/ Oxidation Roheisen Schrott Stahl

2. Desoxidationsreaktionen: Verhinderung von oxidischen Einschlüssen Wirksames Desoxidationsmittel: Aluminium 2 Al + 3 O Al 2 O 3 3. Entschwefelungsreaktionen: Gelöster Schwefel wird in Sulfid überführt, z. B. mit Ca, Mg oder Calciumcarbid

4. Entgasungsreaktionen: CO und atomar gelöster Wasserstoff werden durch Entgasung unter vermindertem Druck entfernt.

Neuere Verfahren: A) Sauerstoffaufblas- oder LD-Verfahren (1949) Sauerstofflanze Abstich Schlacke flüssiges Eisen

B) OBM – Verfahren (Oxygen-Bodenblasen-Maximilianshütte) (Ende der 60 er) Dem durch Drüsen eintretenden Sauerstoff werden 3 - 5 % Kohlenwasserstoffe zugesetzt. C) Kombinierte Blasverfahren (Mitte der 70 er) Aufblastechnik und Bodenblastechnik sind in einem Prozess vereint. viele Vorteile

D) Elektrostahlverfahren: Stahl wird in Lichtbogen- oder Induktionsöfen erschmolzen Schrott Kohle Einschmelzen/ Frischen Stahl Die Nachbehandlung des Stahls erfolgt in der sog. Pfanne.

Zusammenfassung: • Frischreaktionen: Entkohlung des Roheisens • Desoxidationsreaktionen: schädliche oxidische Einschlüsse werden beseitigt • Entschwefelungsreaktionen: Überführung des Schwefels in Sulfid • Entgasungsreaktionen: Entfernung von CO und H 2 • Neuere Verfahren zur Stahlherstellung: - LD -Verfahren - OBM -Verfahren - Kombinierte Blasverfahren - Elektrostahlverfahren

Zusammensetzung des Stahls: Zugabe von Legierungselementen möglich: Cr: verbessert Härte, Warmfestigkeit bei Cr > 12%: Stähle werden korrosionsbeständig Ni, V: erhöhen Zähigkeit Mo: erhöht Warmfestigkeit W: verbessert Härte Typische Endzusammensetzung des Stahls in % (ohne Legierungselemente und Eisen): C: 0, 059 S: 0, 019 Mn: 0, 31 N: 0, 003 P: 0, 018 O: 0, 083

Einige Stahllegierungen: Name Zusammensetzung Eigenschaften Verwendung V 2 A-Stahl Fe, bis zu 18% Cr, bis zu 14% Ni Werkzeuge, Fahrzeugbau korrosionsfest, säurebeständig, sehr hart Invar-Stahl 65% Fe, ca. 35% Ni geringe Wärmeausdehnung Präzisionsmessinstrumente Schnellar- Fe, 4% Mo, 15% W, bei Rotglut hart beitsstähle 2% V, 10% Co Werkzeuge Dural Flugzeug- und Fahrzeugbau Fe, 90% Al, 5% Cu korrosionsfest

Edelstahlherstellung und –zusammensetzung: • Ausgangsmaterial: Stahl ohne Legierungselemente • Legierungselemente in höheren Prozentsätzen • besonders große Gleichmäßigkeit und Oberflächenvergütung entstehen • Edelstahl ist weitgehend frei von nichtmetallischen Einschlüssen

Unser Beispiel: Edelstahltopf (1810) 18 % Cr Härte, Warmfestigkeit 10 % Ni Zähigkeit ca. 72 % Fe Nichtmetalle haben sehr geringen Anteil

Stahl- und Edelstahlherstellung: Roh – Eisen (4% C; Mn, Si, S, P in Spuren) Tmelt O 2 Emissionen C, CO 2 Stahl (<1, 7% C) Zusammenschmelzen mit Ti, V, Mo, W, Ni, Cr im Prozentbereich; Tmelt Edelstahl