Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungs- verfahren

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:

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) O2 Tmelt Emissionen C, CO, CO2 Stahl (<1,7% C) Zusammenschmelzen mit Ti, V, Mo, W, Ni, Cr im Prozentbereich; Tmelt Edelstahl

Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungs- verfahren