Werkstoff Stahl

Unentbehrlich für eine Industriegesellschaft, umweltfreundlich immer wieder recycelbar

1.Einleitung

• Eisen ist einer der ältesten verarbeiteten Metalle

• vor mehr als 3000 Jahre wurden schon Schmuckstücke und Waffen gefertigt

• ist heute als Stahl Grundlage jede modernen Gesellschaft

• Verfügbarkeit sichert Wohlstand einer Zivilisation

• auf einer Ausgleichgeraden sieht man: mit steigendem Stahlverbrauch in kg/Kopf steigt auch das Bruttoinlandsprodukt Euro/Kopf

• täglich werden neue Stahlmarken und Varianten zur Herstellung entwickelt => Thyssen Stahl AG stellt 2000 unterschiedliche Legierungen her
  
  

2.Steuerung der Stahleigenschaften

• Zugabe von Legierungen + Veränderung der Wärmebehandlung + Verformung bei unterschiedlichen Temperaturen => werden die technologischen Eigenschaften des Stahles verändert

• Stahleigenschaften:

1. Härte

2. Zähigkeit

3. Abriebfestigkeit

4. Dehnverhalten

5. Zugfestigkeit

6. Tiefziehfähigkeit

7. Korrosionswiderstand/Rostungsgeschwindigkeit

8. Magnetisierbarkeit

9. weichmagnetische Eigenschaften

10. elektrischer Widerstand

11. Zerspanbarkeit

12. Schmiedbarkeit

13. Rotbruchneigung

14. Zunderbeständigkeit

• Legierungselemente in den Mengen: erhöht – stark erhöht – erniedrigt – stark erniedrigt beeinflussen die Stahleigenschaften

1. C

2. Si

3. Mn

4. P

5. S

6. Al

7. Cr

8. Ni

9. Mo

10. V

11. W

12. Co

13. Ti

• täglich werden neue Stahlmarken + Varianten in der Herstellung entwickelt

• Thyssen Stahl AG werden über 2000 unterschiedliche legierte Stähle hergestellt

• Beispiele für Hochzüchtung von Stahl:

1. Getränkedosen werden aus einem Stück gezogen

2. komplizierte Autoteile werden in einem Pressvorgang hergestellt

3. Stahldrahteinlagen in Autoreifen sind so scherfest, dass Reifenpannen bei hohen Geschwindigkeiten fast unwahrscheinlich werden

• Entwicklung von sekundärmetallurgischen Verfahren, um die Feinabstimmung der Legierungsbestandteile z.B. unter Vakuum zu ermöglichen

• schädliche Schwefelbestandteile auf 0,0009% abgebaut

• im Hochvakuum kann der Kohlenstoffgehalt auf parts per million gesenkt werden

• Einschmelzen von Konstruktionsteilen + Träger + Autos => ermöglichen kostengünstige neue Stähle

• Einschmelzen von Edelstahl aus Spülmaschinen + Waschmaschinen + Spüler => Herstllung von Edelstählen

• im nichtsrostenden Stahl sind die Anteile von Nickel + Chrom wichtig => hochprozentige Zumischung macht guten Stahl teuer => korrosions- und hitzebeständig

• erneuter Legierungseinsatz im Schmelzgefäß kann eingespart werden => durch vorherige Sortierung und Trennung des Metallschrotts => Legierungselemte können so vorher bestimmt werden

• Eisen kann aber auch nur mit Zink + Zinn + Alumium beschichtet werden => dünne Blech wird durch tausendstel Millimeter dünnen Beschichtung korrosionsfest

• Ersetzen damit die hochchrom- und nickellegierten nichtrostenden Stähle

• Anstieg der Erzeugungsmengen von metallisch beschichtetenBlech:: verzinktes Blech + Weißbleich + andere met.besch.Bleche

• Rückgewinnung von Beschichtungsmetallen möglich

3.Recycling von Eisen und Buntmetallen

• Stahl hat eine Spitzenposition hinsichtlich der Wiederverwertung:

1. Nutzung der Ressourcen => Schonung der Umweltfreundlich

2. Arttreue Wiederverwertung

3. Sparsamer Energieaufwand für die Erzeugung

• Lebenserwartung von Stählen:

1. eine wenig befahrene Eisenbahnschiene kann >50 Jahre liegen

2. eine belastete, z.b. Hochgeschwindigkeitszüge muss nach 10 Jahren ausgewechselt werden

3. Auto => 10-20 Jahre

4. Getränkedose aus Stahlblech => Nutzungdsauer ein paar Wochen, aber ihr Füllgut kann jahrelang geschützt sein

• ausgediente Konsum- und Industriegüter werden als Schrott den Stahlwerken zum Wiedereinschmelzen angeliefert

• weltweit besteht die Stahlmenge aus 1/3 geschmolzenem Schrott + 2/3 reduziertem Erz

• Herstellung aus Schmelze ist preisgünstiger und energiesparender als der Reduktionsvorgang: Erz => Sinteranlage => Hochofen => Blaßstahlwerk

• selbst mehrfaches Schmelzen geschieht ohne Qualitätseinbußen => Recycling ohne Qualitätsverlust ist einmalig und nur bei Stahl gegeben

• und hier kommt ein sehr interessanter Aspekt => Stahlwerker beklagen, dass guter wertvoller Stahlschrott nicht immer seinen Weg zu den Schmelzöfen zurückfindet

4.Verhalten der Eisenbegleitelemente im Stahlerzeugungsprozeß

• Beim Einschmelzen muss der Stahlwerker Legierungs- + Beschichtungselemente für die neue Stahlgüte berücksichtigen

• Einschmelzen => flüssige Stahlbad wird mit Sauerstoff eingeblasen bzw. „gefrischt“ => Brennflecktemperaturen von 2300°C => alle „vergesellschaften“ Elemente, die eine hohe Affinität zum Sauerstoff haben verschlacken oder verdampfen und werden über die Gasphase (gasförmig) ausgetrieben => unvollständige Verbrennung des Kohlenstoffs => von daher werden beim Sauerstoffblasverfahren die Prozeßgase zur weiteren Verwertung wieder aufgefangen

• Beispiel Zink und Blei: => verzinkte Autokarosserien werden eingeschmolzen => hinter den Schmelzgefäßen im Elektrostahlwerk befinden sich Abgasreinigungsanlagen => Stäube und sublimierte Dämpfe werden gefiltert => Stäube aus diesen Gasreinigungsanlagen werden enthalten 30-35% Zink => Zinkhütte => Wiedergewinnung von Zink und Blei

• Edlere Metalle (geringe Affinität zu Sauerstoff) werden beim Einschmelzen nicht verbrannt => bleiben als Legierungsbestandteil erhalten: Kupfer + Zinn + Nickel

• Flüssiges Stahlbad wird analysiert (Proben) => Hinzufügen von Legierungselemten => neue gewünschte Stahlsorten

5.Einfluß von Restelementgehalten auf die neuen Stahleigenschaften

• Getränkedosesn (Weißblech) => Zinnschicht von 3g/m² => eine Tonne enthält 4kg Zinn => Einschmelzen => ein Teil Zinn verdampft + 60% gelangen als Legierung in den Stahl

• Transformatorenstahlgüten brauchen als Legierungselement Zinn => Verbesserung der weichmagnetischen Eigenschaften => derzeit werden große Mengen an Zinn gekauft und dem flüssigen Stahl zulegiert => könnte man sich sparen, wenn man genug Getränkedosen vom Markt bekommt

• Schrottgattierung:

1. Verschlackung von Chrom + Vanadium + Aluminium

2. Verdampfung von Blei + Zink

3. im Stahl verbleiben Kupfer (bis 0,55%) + Zinn (0,031%)

• Entstehung von Oberflächenfehlern beim Kaltwalzen vom Warmband aus im Block vergossenen SM-Stahl => wegen 0,25% Cu + >0,025 Zinn

• Bruchverdrehzahlen bei Röhrenstahl (C, Mn, P, S) => thermisch stabile Kupfer-Zinn-Verbindung, die....

(..zusammengefasst aus Abhandlung "Werkstoff Stahl" von Erich Höffgen, Wolfgang Ullrich, Helmut Schicks...)