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Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungs- verfahren.

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Präsentation zum Thema: "Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungs- verfahren."—  Präsentation transkript:

1 Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungs- verfahren

2 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

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

4 Frischen: Zwei Verfahrensmöglichkeiten WindfrischverfahrenHerdfrischverfahren Nach vollkommener Ent- kohlung folgt eine nachträg- liche Rückkohlung. Von vornherein wird bis zum gewünschten C-Gehalt entkohlt.

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

6 feuerfeste Auskleidung flüssiges Eisen Winddüsen Windantrieb

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

8 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

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

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

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

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

13 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

14 Zusammensetzung des Stahls: 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: 0,059Mn: 0,31P: 0,018 S: 0,019N: 0,003O: 0,083 Zugabe von Legierungselementen möglich:

15 Einige Stahllegierungen: NameZusammensetzungEigenschaftenVerwendung V2A-StahlFe, bis zu 18% Cr, bis zu 14% Ni korrosionsfest, säurebeständig, sehr hart Werkzeuge, Fahrzeugbau Invar-Stahl65% Fe, ca. 35% Nigeringe Wärme- ausdehnung Präzisions- messinstru- mente Schnellar- beitsstähle Fe, 4% Mo, 15% W, 2% V, 10% Co bei Rotglut hartWerkzeuge DuralFe, 90% Al, 5% CukorrosionsfestFlugzeug- und Fahrzeugbau

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

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

18 Roh – Eisen (4% C; Mn, Si, S, P in Spuren) Stahl- und Edelstahlherstellung: O2O2 T melt Emissionen C, CO, CO 2 Stahl (<1,7% C) Edelstahl Zusammenschmelzen mit Ti, V, Mo, W, Ni, Cr im Prozentbereich; T melt


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