Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungs- verfahren

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, O2) Nötige Raffinationsprozesse: - Frischreaktionen - Desoxidationsreaktionen - Entschwefelungsreaktionen - Entgasungsreaktionen

1. Frischreaktionen: Entkohlung des Roheisens Einblasen von Sauerstoff: 2 Fe + O2  2 FeO Oxidation der Begleitelemente durch FeO: Si + 2 FeO  SiO2 + 2 Fe Mn + FeO  MnO + Fe 2 P + 5 FeO  P2O5 + 5 Fe  Verschlackung der Oxide durch CaO Entstehung von CO im flüssigen Eisen

Frischen: Zwei Verfahrensmöglichkeiten Windfrischverfahren Herdfrischverfahren Nach vollkommener Ent- kohlung folgt eine nachträg- liche Rückkohlung. 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  Al2O3 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 60er) Dem durch Drüsen eintretenden Sauerstoff werden 3 - 5 % Kohlenwasserstoffe zugesetzt. C) Kombinierte Blasverfahren (Mitte der 70er) Aufblastechnik und Bodenblastechnik sind in einem Prozess vereint.  viele Vorteile

D) Elektrostahlverfahren: Stahl wird in Lichtbogen- oder Induktionsöfen erschmolzen Einschmelzen/ Frischen Schrott Kohle 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 H2 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 Mn: 0,31 P: 0,018 S: 0,019 N: 0,003 O: 0,083

Einige Stahllegierungen: Name Zusammensetzung Eigenschaften Verwendung V2A-Stahl Fe, bis zu 18% Cr, bis zu 14% Ni korrosionsfest, säurebeständig, sehr hart Werkzeuge, Fahrzeugbau Invar-Stahl 65% Fe, ca. 35% Ni geringe Wärme- ausdehnung Präzisions- messinstru-mente Schnellar- beitsstähle Fe, 4% Mo, 15% W, 2% V, 10% Co bei Rotglut hart Werkzeuge Dural Fe, 90% Al, 5% Cu korrosionsfest Flugzeug- und

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

Roh – Eisen (4% C; Mn, Si, S, P in Spuren) Stahl- und Edelstahlherstellung: Roh – Eisen (4% C; Mn, Si, S, P in Spuren) O2 Tmelt Emissionen C, CO, CO2 Stahl (<1,7% C) Zusammenschmelzen mit Ti, V, Mo, W, Ni, Cr im Prozentbereich; Tmelt Edelstahl