Elemente und Moleküle, Schulbuch

105 5.7 MeTalle Elektrostahlverfahren Eine zweite Möglichkeit der Stahlherstellung, die vor allem in kleineren Stahlwerken beschritten wird, ist das Elektrostahlverfahren (Abb. 105.1). Es beruht auf dem Schmelzen von Stahlschrott, kann also ganz ohne Roheisen auskommen. Der Schrott wird entweder in elektrischen Lichtbogenöfen oder in Induktionsöfen geschmolzen. Dieses Verfahren ist in Zeiten, in denen Schrott billig ist, günstiger als die Eisener- zeugung über den Hochofen. Vor allem Edelstahl, dh. Stahl mit großem Anteil an Legierungsmetallen, wird nach dem Elektrostahlverfahren erzeugt, da in den Elek- trostahlöfen der Zusatz von Legierungsmetallen nach der Stahlherstellung besser möglich ist und genauer kontrolliert werden kann. In Österreich wird Edelstahl so in der VEW (Vereinigte Edelstahlwerke) hergestellt. Der wichtigste Standort in Ös- terreich ist Kapfenberg. Bedeutung und Verwendung von Stahl Die große Bedeutung des Stahls liegt in seiner vielfältigen Bearbeitbarkeit. Aus Stahl lassen sich Maschinenteile direkt gießen. Durch Schmieden lässt sich Stahl im hei- ßen Zustand plastisch verformen. Dabei wird die Form seiner Kristalle verändert, was zu einer Verbesserung der mechanischen Beanspruchbarkeit führt. Auch Feh- lerstellen wie Schwindungshohlräume werden beim Schmieden beseitigt. Erhitzter Stahl kann zu nahtlosen Rohren verformt werden. Durch Walzen in heißem und auch in kaltem Zustand erzeugt man Bleche. Wenn Stahl mehr als 0,5 % Kohlenstoff enthält, können die Werkstücke nach ihrer Herstellung gehärtet werden. Der Kohlenstoff liegt im Stahl als Zementit Fe 3 C vor. Dieser ist in Form winziger Kristalle im Eisen verteilt. Erhitzt man Stahl auf über 1000 °C, so löst sich der Zementit im Eisen. Diese Lösung zerfällt aber beim langsa - men Abkühlen wieder. Wird der erhitzte Stahl aber abgeschreckt (Eintauchen in kaltes Wasser), so bleibt die Lösung erhalten. Sie wird Martensit genannt und be- wirkt eine sehr große Härte. Ein solcher Stahl ritzt zB Glas. Allerdings ist der so be- handelte Stahl sehr spröde. Um die Sprödigkeit zu verringern, wird der Stahl nach dem Abschrecken erwärmt. Dies nennt man Anlassen . Dabei nimmt die Härte wie- der etwas ab. Zu hoch darf die Temperatur des Anlassens aber nicht gewählt wer- den, da sonst die Härte wieder verschwindet. Beim Anlassen zeigt der Stahl an sei- ner Oberfläche Anlauffarben. An ihnen kann man erkennen, ob der richtige Temperaturbereich gewählt wurde. Stahl mit zu geringem Kohlenstoffgehalt kann nicht gehärtet werden und wird Weichstahl genannt. Ein wichtiger Bereich der Stahlprodukte sind die Edelstähle . Sie sind Stahl mit Le- gierungsmetallen. Nickel verbessert die Zähigkeit des Stahls, Chrom verbessert die Härte. Ein mit Chrom und Nickel legierter Stahl ist weitgehend säurebeständig und rostfrei. Er wird als Nirosta (Nicht rostender Stahl) bezeichnet. Man verwendet ihn zur Herstellung von Maschinen zur Lebensmittelverarbeitung (Molkerei), von Koch- geschirr und Kücheneinrichtungen. Von großer Bedeutung ist er auch in der Rüs - tungsindustrie. Werkzeugstähle enthalten meist Chrom und Vanadium. Wolfram wird verwendet, wenn Stahl bei hoher Temperatur seine Härte behalten muss. Manganstähle setzt man für starkem Verschleiß unterworfene Teile, wie Steinbrecher, ein. ■ 105.1: „Stahlhärten“ Nimm ein Stück Stahlfeder und prüf auf Elastizität! Dann glüh die Feder (Tiegelzan- ge verwenden) in der heißen Brennerflam- me und lass sie anschließend an der Luft abkühlen! Die Feder ist nun nicht mehr elastisch und lässt sich leicht verformen. Die Härte ist verloren gegangen. Nun glüh die Feder erneut in der heißen Brennerflamme und schreck die weiß glü- hende Feder in einem Becherglas mit kal- tem Wasser ab! Die Feder ist nun spröde und zerbricht bei Belastung. Die Bruch- stücke sind so hart, dass sie Glas ritzen. Versuch dies an einer Proberöhre! Zuletzt erwärm die nun spröde Feder in der Brennerflamme vorsichtig! Lass sie wieder abkühlen! Mit etwas Gefühl kann man die Elastizität weitgehend wieder herstellen. SCHÜLeRVeRSUCH Roheisen SCHROTT Schlacke ROHSTAHL oder EDELSTAHL Füllen Schmelzen Schlacke abgießen Rohstahl abgießen Kohle- Elektroden Abb. 105.1: Schema des Elektrostahl-Verfahrens Abb. 105.2: Werkzeuge aus Edelstahl Abb. 105.3: Geländer aus Edelstahl Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv