stjal

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Stålstrimmel viklet ind i spoler
Forskellige profilstænger

Stål er et materiale, der for det meste består af jern med et lavt kulstofindhold. Stål kan være varmt eller koldt dannet , så det kan rulles , bøjes , tegnes og smides .

Stål defineres ofte som en jern- carbon legering med en maksimal carbon massefraktion på 2% [1] . Jern-carbonlegeringer med et højere kulstofindhold kaldes støbejern og kan ikke deformeres plastisk, så de kan ikke smides eller rulles. Ud over kulstof indeholder stål altid rester af uønsket fosfor , svovl og nogle andre urenheder. Moderne ståltyper indeholder også andre elementer, der er specifikt tilføjet legeringen for at forbedre stålets egenskaber. Proportionerne af de ledsagende og efterfølgende tilføjede legeringselementer samt krystalstrukturen efter deformation og varmebehandlingstilstand er afgørende for stålets egenskaber.

Stål er et af de mest alsidige byggematerialer og kan genbruges næsten på ubestemt tid. Dens produktion (i 2016: 1629 millioner tons) overstiger mængden af ​​alle andre metalliske materialer kombineret med mere end ti gange. Stål fås i store mængder og til lave omkostninger. Dens egenskaber kan varieres over en bred vifte ved legering og varmebehandling .

Stål kan forarbejdes ved støbning og frem for alt ved valsning, smedning, fræsning og svejsning og har en høj styrke (enkelt stål 180 til 350 N / mm², højstyrkestål op til godt over 1200 N / mm² [2] ), godt hærdbarhed , stivhed ( elasticitetsmodul ) og brudforlængelse .

Kul og stål ( minedrift ) har længe været tungt industriens hovedpilarer og grundlaget for en stats politiske magt. Moderne stålproduktion er ved at blive videreudviklet med hensyn til CO 2 -emissioner .

Ordets oprindelse

Ordet ”stål” er udviklet fra middelhøjtysk Stahel, Stal, den gamle højtyske ord stahal, den Mellemøsten nedertysk Stal, Mellemøsten hollandske Stael og oldnordisk Stal; ved siden af ​​den j-formation i oldsaksisk stehli 'økse' og gammel engelsk stil. [3]

Definitioner

EN 10020 - Definitioner for klassificering af stål

Det Europæiske Standardiseringsudvalg EN 10020
areal Materialer
titel Definitioner for klassificering af stål
Kort beskrivelse: Stål, definitioner
Seneste udgave 2000-03-22
klassifikation 01.040.77,
77.080.20
Nationale standarder DIN EN 10020: 2000-07,
ÖNORM EN 10020: 2000-06-01,
SN EN 10020: 2000-07-15

I EN 10020: 2000–07, definitioner for klassificering af stål , er følgende angivet under punkt 2.1:

"[Stål er et] materiale, hvis massefraktion af jern er større end for ethvert andet element, hvis kulstofindhold generelt er mindre end 2%, og som indeholder andre elementer. Et begrænset antal kromstål kan indeholde mere end 2% kulstof, men 2% er den sædvanlige grænse mellem stål og støbejern . "

Grænseindholdet for kulstof på 2% stammer direkte fra jern-kulstofdiagrammet . Op til et indhold på 2,06%kan materialet være i form af austenit , som let kan dannes.

Specialistlitteratur

De definitioner, der bruges i speciallitteraturen, er baseret på DIN EN 10020 og indeholder alle definitionen som jernholdigt materiale , for det meste med henvisning til kulstofindholdet på mindre end 2%. Derudover understreges det altid, at stål er formbare, dvs. de kan behandles ved smedning, valsning og lignende processer .

  • "... betegner jernlegeringer, der indeholder mindre end 2% kulstof, og som er egnede til varmdannelse."
    B. Ilschner, RF Singer Materialevidenskab og produktionsteknologi: egenskaber, processer, teknologier. 5. udgave. 2010, s. 431.
  • "Jern-carbonlegeringer med et kulstofindhold generelt mindre end 2 vægtprocent, der er kolde eller varme formbare (forglemmelige), ... "
    H. Czichos, B. Skrotzki, F.-G. Simon: Hut - Ingeniørviden: materialer. 2014, s. 24.
  • "Jern-carbonlegeringer, der kan smedes uden yderligere efterbehandling, er stål (C ≤ 2%)." Tilsætningen "uden yderligere efterbehandling" omfatter ikke formbart støbejern , en type støbejern, der kan smedes efter varmebehandling (temperering).
    Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulz (red.): Materialevidenskab. 11. udgave. 2012, s. 181.
  • "Stål er formbart jern ..."
    Böge: Håndbog i maskinteknik. 21. udgave. S. E14.
  • "Stål er praktisk talt alle deformerbare tekniske legeringer af jern."
    Erhard Hornbogen, Hans Warlimont Metals: Metallers og legeringers struktur og egenskaber. 6. udgave. 2016, s. 291.
  • "... repræsenterer jernholdige materialer, som jeg. Generelt egnet til varmformning, ... "
    Dubbel , 24. udgave, s. E34.
  • "... som generelt er egnede til varmformning."
    VDEh : Material Science Steel - bind 1: Fundamentals , 1984, s.21 .

Brug af udtryk i teknologiens historie

Denne generelle definition, der har været i brug siden begyndelsen af ​​det 20. århundrede, omfatter også udtrykket stål , smedejern , som næppe blev produceret på det tidspunkt, og som har et lavt kulstofindhold på normalt mindre end 0,3%. Det er derefter ikke hærdet og har et andet anvendelsesområde. På trods af dens lignende sammensætning til stål, er det ikke identisk med stål på grund af forskellige urenheder. Når "stål" bruges i en historisk kontekst i moderne værker (fra det 20. århundrede), betyder det normalt "smedejern". Selv i værker om teknologiens historie bruges udtrykket stål til tidligere forglemmelige jernmaterialer. Begrebet smedejern blev brugt i antikken til at skelne det fra råjern , som stadig var meget stærkt forurenet, og fra middelalderen og fremefter også fra ikke-forglemmeligt støbejern . [4]

historie

Enkle forglemmelige jernmaterialer blev allerede produceret af hetitterne for omkring 3500 år siden. B. for våben . Den tidlige smeltning af jernmalm går tilbage til det 2. årtusinde f.Kr. I det daværende hittitiske imperium, hvor også omkring midten af ​​1. årtusinde f.Kr. F.Kr. blev der sandsynligvis produceret et enkelt hærdet stål for første gang. [5] Jern fortrængte gradvist de tidligere anvendte kobbermaterialer ( bronze ), fordi det som stål er hærdet og samtidig hårdere. Jern blev hovedsageligt brugt til våben og rustninger samt til værktøj, mindre i landbruget. Jernmalm kunne findes næsten overalt, mens de metaller kobber og tin, der kræves til bronzeproduktion, var sjældne og ikke forekom de samme steder. Trækul , som kunne fås fra træ, var nødvendigt for at udvinde jern.

Antikken

Jernvåben fra den store migrations tid

I oldtiden og i middelalderen blev malmen smeltet i kulfyrede racerovne ved temperaturer på omkring 1250 ° C. Jernmalmen blev omdannet til halvfast jern og flydende slagge , som indeholder forskellige uønskede bestanddele af malmene. Ovnen blev gennemboret i bunden, så slaggen kunne løbe ud (deraf navnet racing ovn, fra Rinnen). Produktet var porøst, fast råjern, der stadig indeholdt slaggerester, der blev fjernet ved smedning. Bagefter blev det kaldt smedejern, der næsten ikke indeholdt kulstof og kom meget tæt på nutidens stål, men blev opnået på en anden måde og derfor var stærkere forurenet med ledsagende elementer. Under alle omstændigheder adskilte Aristoteles allerede råjern fra smedejern i Meteorologica , som ikke længere indeholder rester af slagger. [6] Da det kulstoffattige jern er for blødt til værktøjer og våben, blev det glødet på kul, som hovedsageligt består af kulstof, hvorved det hovedsageligt optog elementet kulstof i de ydre lag. Hærdning ved bratkøling i vand eller olie var også kendt og forklares korrekt af Plutarch (45–125 e.Kr.) ved hjælp af hurtig afkøling. Inden da var Plinius den Ældre (24–79 e.Kr.) af den opfattelse, at vandkvaliteten havde den afgørende indflydelse. [7] Det græske navn for hærdet jern eller stål er chalybs .

Smede og fine smede opstod som nye erhverv, som nu brugte jern, i modsætning til kobbersmede . Andre smede specialiserede sig i bestemte produkter eller produktgrupper. Disse omfatter værktøj , kniv , segl, søm, sværd , hjelm, lanse eller pilsmed og låsesmed. [8] I oldtiden blev det nødvendige arbejde ofte udført af slaver. [9]

middelalderen

I den tidlige middelalder producerede landsbyhåndværk lier , segl og plove til landbruget. [10] Hammerfabrikker og bælge drevet af vindmøller eller vandmøller blev udviklet. I det 14. århundrede e.Kr., trækul blev højovn (piece ovn) udviklet i Europa. Det nåede højere temperaturer og havde brug for mindre kul. Jernmalmen reagerede med kulstoffet i trækulet. Takket være kulstofindholdet lå smeltetemperaturen nu under højovntemperaturen, så der blev produceret flydende råjern for første gang, hvilket dog ikke var formbart på grund af det høje kulstofindhold på omkring 4%. Det lignede nutidens støbejern og blev også hældt i forme. For at opnå forglemmeligt jern smeltede råjernet fra højovnen igen i en frisk ild . Jernets egenskaber kan specifikt påvirkes af temperering , karburering , slukning og glødning . Benediktinermunken Theophilus Presbyter beskrev hærdning af filer i det 11. århundrede: Første oksehorn blev brændt og blandet med salt og drysset over filerne, som derefter blev glødet i ovnen. De blev derefter slukket i vand og tempereret i ovnen. [11] Wire blev oprindeligt snoet og smedet som i antikken. I middelalderen blev der brugt trådtrækning med tegnestreg for at producere de store mængder tråd, der hovedsageligt var nødvendige for ringpanser ("kædepost"). [12]

I begyndelsen af ​​middelalderen var der ringe arbejdsdeling . Smede og fine smede arbejdede ofte i samme smedje. Senere lignede arbejdsfordelingen den i antikken, hvortil nye erhverv som smed, pande, plov og tangsmed samt filskærer bidrog. [13] Udover den faglige arbejdsdeling var der også regionale forskelle. I området omkring Solingen var der adskillige hammerfabrikker drevet af vandmøller på bifloder til Wupper , hvor knive blev smedet. Slibemøllerne til bladene krævede mere energi til efterbehandling og var derfor placeret direkte på Wupper. Disse separate produktionsfaser krævede imidlertid transport af de smedede vinger fra de sekundære løb til Wupper, hvilket betød, at op til en times rejse skulle bruges på transport. [14]

industrialisering

Smed, oliemaleri af Joseph Wright fra Derby , 1772

Produktionen af ​​brugbart jern fra malme foregik i flere trin: [15]

  1. Smeltning af malmene i højovnen til råjern,
  2. Raffinering af råjernet for at reducere kulstofindholdet, og derefter
  3. Smedning og rullning til stænger, skinner eller ark.

Det nye var den tekniske implementering af disse processer, som nu primært var baseret på hård kul og derfor gjorde jernholdige materialer billigere og øgede produktionsmængder. I produktionsteknik kunne jern eller stål nu bruges som byggemateriale til værktøjsmaskiner [16] , hvilket gjorde dem mere præcise og effektive. Det meste af jernet blev dog brugt til damplokomotiver og skinner samt broer. [17]

Til smeltning af malmene i højovnen var det nødvendigt, at malmen kom i kontakt med kul, da kulstoffet var nødvendigt for kemiske reaktioner. Dette var ikke et problem med kul, som næsten udelukkende består af kulstof, men det billigere bituminøse kul var stærkt forurenet med svovl og andre elementer, der gjorde produktet værre. [18] Abraham Darby kom på ideen om at koge stenkul. Hovedproduktet var koks , der kunne bruges til smeltning af malmene og tjære som et biprodukt. Da tjæregravene nær jernværket blev ved med at blive fyldt op, blev kemikere klar over dette og fandt metoder til fremstilling af tjæremaling og medicin af dem. [19] Et betydeligt lavere forbrug af kul / koks var muligt med den varme luft, der blæste af James Beaumont Neilson . Luften tilført ovnen blev opvarmet, hvilket resulterede i højere temperaturer og bedre stål. [20]

Der var to forskellige metoder til opfriskning med kul for at beskytte jernet mod svovlet i kulet. Fra 1740 udviklede Benjamin Huntsman smeltedigel , [21] , hvor stål blev anbragt i digler og opvarmet i en kulbrand i flere dage. Resultatet var et homogent stål af fremragende kvalitet. På grund af sin relativt høje hårdhed blev den foretrukket til skæreværktøjer, men også til ambolte, hamre og andre værktøjer. Det var dog meget dyrt og kunne kun produceres i små mængder.

Tegning af en pytovn

Den vigtigere proces var vandpyt , som blev opfundet af Henry Cort i 1784. Ved pytten blev råjernet lagt i store digler på en komfur, hvorunder der blev brændt kul. Det flydende råjern blev omrørt manuelt med jernstænger (= vandpøl ), kom i kontakt med iltet i luften og forbrændte kulstoffet i jernet. Da lavt kulstof-jern har et højere smeltepunkt, klumper, som endelig dannede Luppen anwuchsen og blev taget ud af ovnen. For at sikre, at alle dele af smelten kom i ensartet kontakt med ilt, måtte arbejderne konstant omrøre smelten kraftigt, hvilket krævede megen erfaring. Kvaliteten af ​​det fremstillede stål afhænger således afgørende af vandpytterne. Selvom pøl muliggjorde større produktionsmængder end tidligere, var det en manuel proces, der ikke kunne mekaniseres og dannede flaskehalsen i hele proceskæden fra malmen til det færdige produkt. [22]

Jernet, som blev raffineret ved vandpyt, blev derefter bearbejdet under smedehammeren for at fjerne slaggeresterne og for at gøre materialet mere homogent. Denne smedeproces havde også en stor indvirkning på stålets kvalitet. Først da blev det rullet ind i ark eller skinner. [23]

Friedrich Krupp grundlagde den første tyske fabrik i støbt stål i Essen i 1811. Impulsen til den pludselige stigning i stålproduktionen skete i midten af ​​1800 -tallet ved samtidig anvendelse af flere tekniske opfindelser: dampmaskinen gav industrien en stærk og fleksibel arbejdsstyrke, i koksværkerne blev det hårde kul forarbejdet til koks og udviklingen af jernbaner og dampskib fremmede tilgængeligheden af ​​nye, store salgsmarkeder for stål.

Stålindustrien havde en enorm politisk betydning i alle lande, uanset økonomiske overvejelser, da den ikke kun var en indikator for teknisk og økonomisk udvikling og dens betydning for rustningsindustrien, men også et spørgsmål om national prestige. Stålets betydning for den tid er symboliseret ved Eiffeltårnet (lavet af vandpyt på grund af de høje krav til brudmodstand), der blev bygget af stål som et monument for teknisk fremgang i anledning af verdensudstillingen i Paris i 1889 .

Høj industrialisering og massestålprocesser

Blowing Bessemerkonverter (1941)
Smed omkring 1890

Høj industrialisering er en del af den første industrialiseringsbølge, hvor de førende stater endelig ændrede sig fra en landbrugs- til en industristat. Der er forskellige definitioner og afgrænsninger af, hvad der præcist menes med høj industrialisering : dels betyder det høj industrialisering i Tyskland mellem 1870 og 1914, og dels betyder det også den anden industrielle revolution . De vigtigste innovationer vedrører udvikling af processer til masseproduktion af billigt og samtidig stål af høj kvalitet og rationaliseringsbevægelsen, der gik hånd i hånd med mere økonomisk produktion.

Flaskehalsen i stålproduktionen var stadig ved at blive frisket i vandpytovnen. Grisejern kunne smeltes i god kvalitet og i tilstrækkelige mængder i de stadigt voksende højovne. Den videre forarbejdning af vandpytjernet i mekaniserede valseværker skete også hurtigt. For at imødekomme den store efterspørgsel fra jernbaneindustrien blev der også gjort forsøg på at mekanisere vandpudding, men det lykkedes ikke. Puddlernes oplevelse kunne ikke bare oversættes til maskiner. Dette blev afhjulpet ved tre konkurrerende processer: de to bundblæsning eller vindfriskningsprocesser af Bessemer og Thomas og komfuropfriskning af Siemens og Martin. [24] [25] [26]

Bessemer metode

I 1850'erne kom Henry Bessemer på ideen om at lægge det flydende råjern i en konverter og blæse luft gennem dyser i jorden. Iltet i luften forbrændte kulstoffet og andre uønskede ledsagende elementer på bare 20 minutter og opvarmede råjernet samtidig, så det raffinerede stål nu var flydende og kunne støbes for første gang. Processen med at blæse luft gennem råjern er også kendt som vindopfriskning. Kun med luft kunne Bessemer -processen generere og opretholde de hidtil højeste temperaturer i metallurgi, og dermed ikke forbruge brændstof som tidligere, men også generere varme. Processen var derfor betydeligt billigere. Derudover var Bessemer -stålet af meget god kvalitet: det var meget rent og homogent og kunne takket være sin store hårdhed modstå de belastninger, det blev udsat for som et skinnemateriale. Skinner fremstillet af vandpytjern skulle derimod normalt udskiftes efter 10 år. Især i USA blev der bygget mange Bessemer -systemer i slutningen af ​​1860'erne og begyndelsen af ​​1870'erne. Processen havde imidlertid to ulemper. Det var kun egnet til fosforfattige malme, som var særligt sjældne i Tyskland, og det kemisk neutrale nitrogen i luften opløstes i stålets struktur , hvilket gjorde det hårdt, men også sprødt. Derudover blev næsten alt kul brændt under raffineringsprocessen, så Bessemer -stål var ikke særlig stærkt.

Thomas metode

Thomas -processen af Sidney Thomas og Percy Gilchrist har været en variant af Bessemer -processen siden 1878, som var velegnet til malm rige på fosfor og derfor primært blev brugt i regioner ved Rhinen og Ruhr , i Belgien , Luxembourg og Lorraine . Det krævede dog også et vist minimumsindhold af fosfor, så der var ringe interesse for det i England og Amerika, da der ikke var tilsvarende malme her. Thomas stål var endnu hårdere og mere sprødt end Bessemer stål og var mere velegnet til mindre belastede tilfælde såsom tråd eller rør og mindre til bro- eller skibsbygning.

Siemens-Martin proces

Siemens-Martin ovn fra 1895

Et alternativ til de to bundblæsende eller vindfriskende processer var Siemens-Martin-processen, der regnes som komfurfriskning og er opkaldt efter de tre brødre til de berømte Werner von Siemens , Friedrich , Otto og Wilhelm og den franske jernarbejder Pierre Martin . Processen var baseret på en særlig ovn, hvor den tilførte luft blev opvarmet kraftigt, før den blev antændt. I stedet for at varme ovnen op med denne varme luft, blev den brugt til at opvarme endnu en luftstrøm, som nu var endnu varmere end den første. På denne måde kunne temperaturer nu opretholdes, der var over stålets smeltetemperatur. Efter flere timer blev stålet frigjort fra de ledsagende elementer. På grund af den langsommere proces kunne det ønskede kulstofindhold indstilles meget præcist. Derudover opløses der ikke nitrogen i stålet, så Siemens-Martin-processen resulterede i et stål af højere kvalitet, hvilket dog var noget dyrere på grund af den mere komplekse proces. Det meste af stålet blev imidlertid fremstillet ved hjælp af denne proces indtil 1960, da det også var en glimrende måde at genbruge skrot på.

Eliminering af smedning

Smedningen af ​​rundene efter puddling for at homogenisere materialet kunne undværes med de nye processer, da de alle producerede flydende stål, som var meget mere homogent end vandhundejern nogensinde kunne være. Stålproducenter var imidlertid tilbageholdende med at opgive smedning, da en grundig smedeproces var kendetegnende for godt stål. I lang tid kunne især kunder ikke tro, at et bedre produkt var muligt med mindre indsats. Krupp var den sidste industrimand i Tyskland, der opgav at smede, men forbød sine repræsentanter at afsløre, at Krupp -stål, som var kendt for sin høje kvalitet, kun blev rullet.

Hurtig betjening

En rationaliseringsbevægelse etablerede sig gradvist i Amerika i slutningen af ​​1800 -tallet, hvilket kulminerede i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. På det tidspunkt blev rationalisering først og fremmest forstået at øge den økonomiske effektivitet i produktionen. Målet var at producere så meget som muligt med de eksisterende arbejdere og udstyr eller at producere en vis mængde produktion til den lavest mulige pris. Det var kun med de resulterende organisatoriske principper, at de nye teknologiers virkelige potentiale blev fuldt ud udnyttet - ikke kun i stålindustrien, men i alle brancher.

Selvom stålet i en konverter ved Bessemer -værket blev raffineret efter kun 20 minutter, kunne der kun produceres fem til seks partier om dagen. Konverteren var inaktiv i resten af ​​tiden. Dette skyldtes hovedsageligt det store behov for reparation af konvertergulvene, som var slidt op efter seks partier senest og skulle repareres i omkring 10 timer. I Europa forsøgte man at bruge nye materialer, der er mere varmebestandige. I Amerika, hvor der var et meget stort behov for stål, dvælede de ikke længe med det. Du ændrede simpelthen hele gulvet på få minutter og fortsatte derefter produktionen. Som et resultat steg produktionen pr. Konverter til 48 pr. Dag inden for få år og senere til 72 på spidsdage. I modsætning hertil spillede jordomkostningerne ikke en stor rolle. Amerikanske stålværker producerede nu døgnet rundt og dermed for første gang både hurtigt og godt, hvilket især imponerede observatører fra Europa. For indtil nu betød god produktion frem for alt langsom og grundig produktion. Denne produktionsmetode i stålindustrien blev kaldt engelsk hårdkørsel i Amerika og hurtig drift i Tyskland. [27] [28] [29] [30]

20. århundrede

Snit gennem en lysbueovn ovenfra de tre elektroder til forsyning med trefaset vekselstrøm

Elektrisk strøm muliggjorde produktion af såkaldt elektrisk stål med lysbueovne, som var nye på det tidspunkt. Disse stålfabrikker var fremragende skrotgenvindere, men spillede kun en underordnet rolle på det samlede marked. Der var stadig tre forskellige processer i konkurrence her: Bessemer og Thomas processerne med det noget billigere stål og Siemens-Martin processen med stål af bedre kvalitet. I Bessemer og Thomashütten forsøgte de at forbedre kvaliteten og dermed opnå den efterlængte "Siemens-Martin-ligestilling", men dette lykkedes ikke. Alle processer var imidlertid yderst produktive, så der var overkapacitet for første gang. Hidtil har man forsøgt at optimere omkostningerne ved individuelle systemer; produktionsmængden var en resulterende mængde. Nu, som markedsprisen, blev den dikteret af kartelisering , gruppedannelse , beskyttende takster og andre økonomiske påvirkninger. I de vertikalt integrerede stålkoncerner med deres malmminer, højovne, Bessemer eller Siemens-Martin smelter og valseværkerne var det nu et spørgsmål om at minimere omkostningerne for hele virksomheden. [31]

Integreret smelteværk

Stempelblæser med gasmotor i ovn (foto fra 1905)

For at øge effektiviteten blev der hurtigt bygget integrerede smelteværker til genbrug af biprodukter. I højovnen produceres der for eksempel det, der kaldes højovnsgas , som længe har været brugt til at opvarme højovnens vind. Imidlertid blev kun omkring 20% ​​af gassen brugt. Nu blev der forsøgt at bruge det yderligere: Først og fremmest blev det brændt i dampmaskinerne på valseværksdrevene. Dette skabte en stiv teknisk forbindelse mellem antallet af højovne og antallet af valseværker. Da virksomheden skiftede til elektriske drev, blev den i stedet brugt til at drive generatorer: gassen blev "omdannet til elektricitet". [32] Desuden begyndte det flydende råjern fra højovnen at blive ført direkte ind i omformeren (Bessemer og Thomas processer) eller Siemens-Martin ovne uden at omsmelte det, hvilket er mere energieffektivt. Det raffinerede jern fik lov til at afkøle lige nok til at hærde og derefter rullet. Ideelt set var den varme, der genereres i højovnen, tilstrækkelig til hele processen, som var kendt som " rullning i en varme ". Den slagge, der altid var faldet, blev nu forarbejdet til sand, sten og cement. Slaggen fra Thomas -værkerne var særlig populær, fordi den indeholder en høj andel fosfater og derfor kan forarbejdes til gødning . Thomas-Werke var endda blandt de største gødningsproducenter. Denne Thomas -kredit bidrog væsentligt til omkostningsfordelene ved processen, da Thomasstahl var billigere ved denne kredit. [33]

Krom-nikkel stål

I den kemiske industri var meget høje tryk og temperaturer på op til 330 bar og 550 ° C påkrævet for nogle processer, såsom Haber-Bosch-processen til produktion af ammoniak, som var ny på det tidspunkt. Der am Prozess beteiligte Wasserstoff diffundierte in den Stahl der Reaktorwände, löste den darin enthaltenen Kohlenstoff und verringerte dadurch die Festigkeit des Stahls, was zu Reaktorexplosionen führte. In der Folge entwickelte man hochlegierte Stähle, die ihre Festigkeit nicht über den Kohlenstoff, sondern über andere Legierungselemente erhalten und daher chemisch beständiger sind. Der wichtigste Vertreter ist der austenitische , rostfreie Chrom-Nickel-Stahl . Die neuen Stähle und chemischen Verfahren verhalfen sich somit gegenseitig zum großtechnischen Durchbruch. [34]

Wirtschaftliche Bedeutung

Für die deutschen Nationalsozialisten, die 1935 ein umfangreiches Rüstungsprogramm gestartet hatten, war Stahl ein kriegswichtiger Werkstoff. So galt der Norwegenfeldzug unter anderem der Sicherung des Nachschubs von schwedischem Eisenerz, das für die damalige Stahlerzeugung ein unverzichtbarer Rohstoff war. Die Alliierten bombardierten das Ruhrgebiet, die größte stahlproduzierende Region Europas. Am Ende des Kriegs hatten die Luftangriffe ca. 20 % der Produktionskapazitäten zerstört. Erst 1957 wurde der Vorkriegsstand mit einer Rohstahlproduktion von 16 Millionen Tonnen wieder erreicht.

Die auf der Potsdamer Konferenz beschlossene Demilitarisierung des Deutschen Reichs beinhaltete auch eine Demontage der Stahlindustrie. Ein Teil der demontierten Betriebe ging an die Sowjetunion , die diese zum Wiederaufbau des durch den Krieg zerstörten Landes benötigte. In den westlichen Besatzungszonen regte sich bald Widerstand gegen die Demontage, und so stellten die Alliierten die Demontage schon 1949 wieder ein. Eine weitere Maßnahme der alliierten Kontrollbehörde war die sogenannte „Entflechtung“ der Stahlindustrie. Damit sollte das neuerliche Aufkommen von marktbeherrschenden Unternehmenszusammenschlüssen wie den „ Vereinigten Stahlwerken “ verhindert werden.

Arbeiter am Hochofen

Um eine gemeinsame Kontrolle der Kohle- und Stahlproduktion sicherzustellen, wurde 1952 auf französische Initiative hin die Montanunion gegründet. Aus der Montanunion entwickelte sich dann schrittweise die Europäische Union . In der Folge erlebte die Stahlindustrie in der Bundesrepublik Deutschland einen großen Aufschwung. 1961 produzierten 420.568 Beschäftigte 33 Millionen Tonnen Rohstahl, was einen Höchststand bei der Mitarbeiterzahl bedeutete. Einen Produktionsrekord stellte die westdeutsche Stahlindustrie 1974 auf, als sie über 53 Millionen Tonnen Stahl fertigte. Heutzutage benötigt die Stahlindustrie im wiedervereinigten Deutschland etwa 76.500 Mitarbeiter, um rund 46 Millionen Tonnen Stahl (Stand 2008) herzustellen. Diese enorme Produktivitätssteigerung war nur durch bedeutende technische Innovationen möglich.

Nach Erwartungen der Stahlindustrie wird die Stahlnachfrage der Automobilbranche durch die aufkommende Elektromobilität bis 2050 um 4,2 Mio. t zunehmen. [35]

Anwendungsbereiche und konkurrierende Werkstoffe

Stahl ist der Standardwerkstoff im Maschinenbau und ein wichtiger Baustoff im Bauwesen. Die Teildisziplin des Bauingenieurwesens, die sich mit den Besonderheiten von Stahlkonstruktionen befasst, ist der Stahlbau . Von dem in Deutschland genutzten Stahl entfallen 35 % auf das Baugewerbe , 26 % auf den Automobilbau , 12 % auf Metallwaren , 11 % auf den Maschinenbau und 9 % auf Rohre (Stand: 2017). [36]

Stahl wird verwendet für zahlreiche verschiedene Maschinen , darunter Pumpen , Krane , Förderanlagen , Turbinen oder Fräsmaschinen , für Stahlseile , Brücken und den Hochbau , im Stahlbeton , für Waffen und Werkzeuge aller Art, für Rohre und chemische Apparate , Druckbehälter , Schienen , Schiffe , Autos und Motorräder . [37] Darüber hinaus wird Stahl auch in Hochtemperatur-Wärmespeichern eingesetzt.

In Industriezweigen, bei denen Wert auf Leichtbauweise gelegt wird (insbesondere der gesamte Fahrzeugbau und Flugzeugbau), können anstelle von Stahl Werkstoffe von geringerer Dichte , beispielsweise Titan , Aluminium , Magnesium , Kunststoffe und Faserverbundwerkstoffe verwendet werden. Da die anderen metallischen Werkstoffe aber häufig eine geringere Festigkeit und Härte im Vergleich zu Stahl aufweisen, kann der Gewichtsvorteil durch gezieltes Verwenden von hochfesten Stählen und konstruktiven Maßnahmen – etwa die Verarbeitung von dünnerem Blech mit Aussparungen und Sicken – ausgeglichen werden. Faserverbundwerkstoffe haben zwar teilweise eine wesentlich höhere Festigkeit und Steifigkeit in Faserrichtung, Konstruktion und Verarbeitung unterscheiden sich jedoch deutlich von der metallischer Werkstoffe und sind vor allem deutlich aufwändiger.

Produktionsmengen

Weltstahlproduktion von 1943 bis 2012

Weltweit wurden 2016 1629 Millionen Tonnen Stahl produziert. [38] Das ist mehr als das zehnfache aller anderen metallischen Werkstoffe zusammen. Von Aluminium, dem zweitwichtigsten metallischen Werkstoff, wurden 2016 nur 115 Mio. Tonnen produziert. [39] Das mit großem Abstand bedeutendste Herstellerland war die Volksrepublik China mit einem Anteil von 50 Prozent. [38] Größter Produzent nach China ist Japan mit 6,4 %. In der EU werden 10 % und in Nordamerika ( NAFTA ) 6,8 % der Weltproduktion hergestellt. [38] Siehe auchStahl/Tabellen und Grafiken .

In Deutschland wurden mit 87.000 Beschäftigten im Jahr 2014 ca. 43 Mio. t Rohstahl hergestellt. [40]

Die Produktion von Stahl verlief lange Zeit auf relativ geringem Niveau: Schätzungen zufolge wurden im Mittelalter im deutschsprachigen Raum zwischen 20.000 t und 30.000 t an Stahl jährlich erzeugt. [41] Gegen 1950 überstieg die Weltproduktion erstmals 200 Mio. Tonnen, bis Mitte der 1970er-Jahre stieg sie weiter bis auf 700 Mio. Tonnen und verweilte bis zur Jahrtausendwende mit geringen Schwankungen auf diesem Niveau. Seitdem stieg sie weiter auf über 1000 Mio. Tonnen, wobei der Zuwachs fast ausschließlich auf China zurückgeht. [42]

Herstellung, Recycling und Ökologie

Herstellung

Anteil der verschiedenen Herstellungsverfahren an der Gesamtproduktion
Frischen von Roheisen nach dem LD-Verfahren

Aus Eisenerzen wird Roheisen gewonnen, indem es zusammen mit Koks (entgaste Kohle) in einen Hochofen gegeben wird. Das Koks erhitzt einerseits durch Verbrennung das Erz und dient andererseits als Reduktionsmittel für das Erz, das chemisch gesehen aus Eisenoxid besteht. Das dadurch entstandene Roheisen dient als Ausgangsmaterial für die Stahlerzeugung. Es enthält etwa 4 % Kohlenstoff und verschiedene Verunreinigungen.

Der Vorgang, bei dem der Gehalt an Kohlenstoff und anderen Elementen im Roheisen gesenkt wird, wird als Frischen bezeichnet, was nichts anderes bedeutet, als dass die unerwünschten Begleitelemente Silicium , Mangan , Schwefel und Phosphor durch Zugabe von Sauerstoff verbrannt werden. Heute relativ unbedeutende Frischverfahren sind das Siemens-Martin- , Bessemer- und das Thomas-Verfahren , bei denen die Oxidation durch Luft vonstattengeht. Sie waren von der Mitte des 19. Jahrhunderts bis in die 1960er weit verbreitet. [43] Davor wurde das Puddelverfahren genutzt. Technisch weit verbreitet (72 % der Welterzeugung) [44] ist aber das Linz-Donawitz-Verfahren (LD-Verfahren). Bei diesem wird das flüssige Roheisen aus dem Hochofen in einen großen, schwenkbaren Behälter gefüllt. Dieser Behälter, der Konverter, fasst ungefähr 300 t flüssiges Roheisen. Die Reaktion, die zur Umwandlung von Roheisen in Stahl führt, ist exotherm . Damit der Konverter durch zu hohe Temperaturen keinen Schaden nimmt, muss er gekühlt werden. Zu diesem Zweck wird zusätzlich zum Roheisen Eisen- bzw. Stahlschrott beigemischt. Die zum Schmelzen des Eisen- bzw. Stahlschrottes nötige Energie entzieht dem Prozess einen Teil der Wärme. Dennoch steigen die Temperaturen im Konverter von ca. 1250 °C auf etwa 1600 °C.

Der Prozess der Rohstahlerzeugung startet durch das Einfahren einer wassergekühlten Sauerstofflanze in die Schmelze. Durch diese Lanze wird reiner Sauerstoff mit einem Druck von etwa 10 bar in die Schmelze geblasen. Er oxidiert die Begleitelemente, die entstehenden gasförmigen Oxide (Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Schwefeldioxid) entweichen durch die Konverteröffnung in den Abgaskamin. Feste oder flüssige Oxide lagern sich an der Oberfläche der Schmelze ab, wo sie zusammen mit zuvor zugegebenem Kalkstein die sogenannte Schlacke bilden. Nach etwa einer halben Stunde ist der Gehalt an Fremdelementen in der Schmelze stark gesunken. Die Schlacke und die Stahlschmelze (jetzt Rohstahl genannt) werden getrennt voneinander aus dem Konverter in Transportkübel gegossen.

Das zweite wichtige Stahlherstellungsverfahren ist das Elektrostahlverfahren . Mit Graphitelektroden werden im Lichtbogenofen Temperaturen von bis zu 3500 °C erzeugt. Da diese Temperaturen nur lokal an den Spitzen der Graphitelektroden entstehen, kann zur beschleunigten Homogenisierung der Temperaturverteilung mit Lanzen Sauerstoff eingeblasen werden. Dadurch wird der Erschmelzungsprozess deutlich beschleunigt und so können ca. 100 to Stahlschrott in ca. einer Stunde erschmolzen werden. Für die Erschmelzung werden der Eigenschrott, der aus der Stahlherstellung stammt, als auch Fremdschrott, z. B. Automobilschrott, eingesetzt. Bereits während der Erschmelzung können Legierungsmittel der Stahlschmelze zugefügt werden. Die verfeinerte Einstellung der gewünschten chemischen Analyse wird im Legierungsofen vollzogen, nachdem die Stahlschmelze in den sogenannten Legierungsstand verbracht wurde.

Darüber hinaus lässt sich die Qualität des Stahls zusätzlich erhöhen, indem man ihn einer Desoxidation unterzieht. Dabei werden der Stahlschmelze Ferrosilicium und Aluminium beigesetzt, aber auch Calcium gegen Ende der Behandlung wird in kleinen Mengen zugesetzt. Dadurch wird der Sauerstoff gebunden und die Schlacke ausreduziert. Teure Elemente wie Chrom, wandern dabei aus der Schlacke wieder zurück in die Stahlschmelze und andere Oxide in der Schmelze werden auch gebunden. Dies verhindert Oxideinschlüsse und erhöht damit die Zähigkeit und den Reinheitsgrad des Stahls.

Beim Vergießen gibt es verschiedene Arten wie Stahl vergossen wird. Man versucht die Randzone genauso zu temperieren, wie den Kern des Stahlblocks und eine gleichmäßige Abkühlung des Blocks zu erreichen, um Lunkerbildung etc. zu minimieren. Dies mindert die Spannungsenergie im Gefüge des Stahls, somit erlangt der Stahl ein gleichmäßiges Gefüge. Je nach Grad der Desoxidation unterscheidet man beruhigte Stähle und vollberuhigte Stähle.

Für kleinere Mengen oder in Gießereien finden Induktionsöfen häufig Anwendung.

Ökologie und Recycling

Recycling-Code für Stahl
Stahlschrott

Eisen als Hauptbestandteil des Stahles ist, auch wenn es korrodiert oder weggeworfen wird, für Umwelt, Tier, Mensch und Pflanzen nicht toxisch. Die Stahlerzeugung ist ein großer Energieverbraucher. Im Jahr 2013 entfielen ca. 18 % des gesamten weltweiten industriellen Endenergieverbrauchs auf den Eisen- und Stahlsektor. [45] Bei der Ökobilanz von Stahl müssen zwei Herstellungsrouten unterschieden werden:

  • Primärerzeugung : Bei der Herstellung eines Kilogramms Rohstahl über die Hochofenroute stoßen die besten Hochöfen in Europa ca. 1,475 kg CO 2 -Äquivalent aus, was schon nahe am theoretischen Limit von 1,371 kg CO 2 liegt. Größere Emissionsreduktionen lassen sich dementsprechend nur noch durch völlig neue Produktionsmethoden erreichen. [46] Auch bei der Hochofenroute werden im sogenannten Konverter etwa 20 % Recyclingmaterial ( Schrott ) [47] eingesetzt.
  • Stahlrecycling : Bei der Recyclingroute im Elektrostahlwerk kann gegenüber der Hochofenroute die zur Reduktion des Eisenerzes aufgebrachte, aus Kohle stammende chemische Energie eingespart werden. Das Recycling von Stahl benötigt 60 bis 75 Prozent weniger Energie als die Primärerzeugung. [48] Dies resultiert in ca. 0,75 kg CO 2 pro kg Stahl [49] , die genaue CO 2 -Bilanz ist abhängig von der verwendeten Stromerzeugung. Probleme beim Recycling stellen einzelne Fremdstoffe wie z. B. Kupfer dar, das aus Elektrogeräten stammt.

In der Praxis wird Stahl zuerst aus Erz hergestellt und dann oft mehrfach recycelt (einmalig Primärerzeugung und mehrfach Stahlrecycling). Damit ergibt sich ein durchschnittlicher CO 2 -Ausstoß von etwa 1 kg CO 2 pro kg hergestellten Warmbandstahles. [50] Zum Vergleich: Bei der Herstellung von 1 kg Roh-Aluminium werden 10 kg CO 2 freigesetzt (bei Verwendung eines durchschnittlichen Energiemixes). Aus geschreddertem Mischschrott kann über Magnetscheider eine Eisenfraktion zurückgewonnen werden. Legierungselemente können, müssen aber nicht beim Recycling entfernt werden. Hochlegierte Stähle werden daher dementsprechend von Metallaufkäufern extra erfasst und vergütet. Hingegen wird das Recycling dünnwandiger, beschichteter, restentleerter Gebinde (Dosenschrott) teilweise als Downcycling bezeichnet. [51]

Stahl ist mit 500 Mio. t pro Jahr der weltweit meistrecycelte Industriewerkstoff. Die Recyclingquote von Stahl liegt bei 70 %, [52] [53] die von einzelnen Stahlanwendungen z. T. bei deutlich über 90 %. [54] [55]

Für den Korrosionsschutz von Eisen und Stahl werden Stoffe eingesetzt, die das Recycling stören, verloren gehen oder als umweltrelevante Stoffe entweichen oder zurückgehalten werden müssen. Dazu gehören insbesondere die Legierungselemente Chrom und Nickel sowie als Beschichtungen Lacke, Zinn ( Weißblech ) und Zink. In Europa werden daher die Stahlwerksstäube recycelt, um das darin enthaltene Zink zurückzugewinnen.

Arten von Stählen und Stahlprodukten

Im Register europäischer Stähle sind 2017 über 2400 Stahlsorten aufgelistet.

Differenziert wird Stahl beispielsweise [56]

Einteilung nach Güteklassen (EN 10020)

Nach EN 10020:2000 wird zwischen drei Hauptgüteklassen unterschieden:

  • Unlegierte Stähle ( unlegierte Qualitätsstähle , unlegierte Edelstähle ). Unlegierte Stähle (in Produktbeschreibungen oft umgangssprachlich Kohlenstoffstahl ( AHSS ), Carbonstahl oder C-Stahl genannt) enthalten als Zusatz überwiegend Kohlenstoff und nur geringe Mengen Chrom , Kupfer , Nickel , Blei , Mangan oder Silizium . Sie werden eingeteilt in Stahlwerkstoffe zur späteren Wärmebehandlung sowie solche, die nicht für eine Wärmebehandlung vorgesehen sind.
  • Nichtrostende Stähle , dh Stähle mit einem Massenanteil von mindestens 10,5 % Chrom und höchstens 1,2 % Kohlenstoff
  • Andere legierte Stähle und legierte Edelstähle

Die Kurznamen der Stähle sind in der EN 10027 festgelegt. Heute werden ca. 2500 verschiedene Stahlsorten hergestellt, von denen etwa 2000 erst in den letzten zehn Jahren entwickelt wurden.

Die Stahlwerkstoffe werden nach den Legierungselementen , den Gefügebestandteilen und den mechanischen Eigenschaften in Gruppen eingeteilt.

Einteilung nach Anwendungsgebieten

Weitere wichtige Eigenschaften für den Anwender sind die Einsatzbereiche und Verwendungsmöglichkeiten der Stähle. Daher ist auch eine Kennzeichnung sinnvoll, aus der diese hervorgeht: [57] [58]

  • Baustahl – Baustähle machen über die Hälfte der weltweiten Stahlproduktion aus. Sie sind die Standardsorte, die vor allem zum Bauen von Gebäuden und Maschinen verwendet wird, sofern keine besonderen Anforderungen bezüglich Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit oder anderen Eigenschaften vorliegen. Es gibt unlegierte (allgemeine/normalfeste) Baustähle und legierte Baustähle. Baustähle haben häufig sehr niedrige Kohlenstoffgehalte.
  • Einsatzstahl – Vorgesehen für eine Einsatzhärtung der Randschichten des fertigen Werkstücks. Dadurch steigt der Kohlenstoffanteil, der vorher bei lediglich 0,1 und 0,2 % lag, im Randbereich auf bis zu 0,8 %. Der Kern des Werkstücks bleibt zäh und bruchfest, da nur die äußere Schicht gehärtet und somit spröde wird. [59] Besonders häufig verwendet werden Einsatzstähle für Kleinteile sowie verschleißfeste Bauteile mit dynamischer Beanspruchung.
  • Vergütungsstahl – Der Kohlenstoffanteil liegt zwischen 0,1 und 0,6 %. Diese Stähle besitzen eine gute Eignung zur Vergütung , einer speziellen Wärmebehandlung zum Härten beziehungsweise vollständigen Durchhärten des Stahles. Anwendung findet diese Produktionsmethode für Zahnräder. [59] aber auch für hochbelastete Bauteile, wie z. B. Turbinen von Wasserkraftwerken.
  • Nitrierstahl ist zur Härtung durch Nitrieren vorgesehen. Der Kohlenstoffgehalt liegt um 0,3 %. Anwendung für auf Verschleiß beanspruchte Teile.
  • Werkzeugstahl – Wird zur Herstellung von Werkzeugen , Gesenken und Gussformen verwendet und zeichnet sich durch eine größere Härte aus.
  • Nichtrostender Stahl – Diesen gibt es als ferritischen, als austenitischen , als martensitischen und als Duplex-Stahl . Ersterer wird durch Legieren von mindestens 10,5 Prozent Chrom erzeugt. In austenitischen nichtrostenden Stählen ist zusätzlich Nickel legiert. Austenitische Stähle sind bei Raumtemperatur nicht magnetisch.
  • Säurebeständiger Stahl – Ab einem Chromgehalt von mindestens 17 % säure- und laugenbeständig; Verwendung: z. B. Abfüllanlagen für Putzmittel.

Einteilung nach DIN EN 10079 – Begriffsbestimmung für Stahlerzeugnisse

Die DIN EN 10079 (Begriffsbestimmung für Stahlerzeugnisse) unterscheidet die Stahlerzeugnisse in flüssigen Stahl, festen Rohstahl und Halbzeug , Flacherzeugnisse , Langerzeugnisse und andere Erzeugnisse. [60]

Flacherzeugnisse haben einen rechteckigen Querschnitt, dessen Breite deutlich größer als seine Dicke ist. Sie werden unterteilt in

  • warmgewalzte Breitflachstähle, Bleche und Bänder ohne Oberflächenveredelung, hergestellt durch Warmwalzen von Halbzeug
  • kaltgewalzte Bleche und Bänder ohne Oberflächenveredelung, hergestellt durch Kaltwalzen (die Querschnittsverminderung beträgt im Allgemeinen mehr als 25 %), mit den Sonderformen
    • Elektrobleche und -bänder mit definierten magnetischen Eigenschaften ( kornorientiert oder nicht-kornorientiert)
    • Verpackungsbleche und -bänder aus weichem unlegiertem Stahl (ein- oder zweifach kaltgewalzt; als Tafel oder Rolle; z. B. Feinstblech , Weißblech , spezialverchromtes Blech mit 0,17 – 0,49 mm und verzinntes Blech mit über 0,5 mm Stärke)
  • Flacherzeugnisse mit Oberflächenveredelung, warm- oder kaltgewalzt, z. B. mit Beschichtung als
  • zusammengesetzte Erzeugnisse (plattierte Bleche und Bänder, Sandwichbleche und -elemente).

Nach Materialstärke werden Flacherzeugnisse in Feinblech und -band bis 3 mm Dicke und Grobblech und -band ab 3 mm Dicke unterteilt.

Eigenschaften

Allgemeine physikalische Eigenschaften

Die Dichte von Stahl beträgt 7,85–7,87 g/cm 3 (7850–7870 kg/m 3 ).

Der Schmelzpunkt von reinem Eisen liegt bei 1536 °C, durch Zugabe von Legierungselementen verringert sich in der Regel der Schmelzpunkt von Stahl und liegt bei 2 % Kohlenstoff nur noch bei 1400 °C. Aus dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ersichtlich, hat Stahl genaugenommen wie die meisten Legierungen keinen genauen Schmelzpunkt: Bei Temperaturen oberhalb der Liquiduslinie (oberste Linie im Diagramm) ist der Werkstoff vollständig flüssig, zwischen der Liquidus- und Soliduslinie (zweitoberste Linie) liegt er teilweise flüssig und fest vor. Erst bei Unterschreiten der Soliduslinie liegt nur noch fester Werkstoff vor.

Die elektrische Leitfähigkeit von Stahl ist etwas geringer als die von reinem Eisen mit 10 · 10 6 A/(V m). So hat Stahl C15 (mit 0,15 % Kohlenstoff) 9,3 · 10 6 A/(V m), Stahl C35 8,6 · 10 6 A/(V m) und Stahl C60 7,9 · 10 6 A/(V m). Die Leitfähigkeit sinkt also merklich mit steigendem Anteil von Kohlenstoff, bleibt aber deutlich über der von rostfreiem Stahl mit 1 · 10 6 A/(V m). [61]

Mechanische Eigenschaften

Spannungs-Dehnungs-Diagramm für gewöhnlichen Stahl. R eL ist die Streckgrenze, R m die Zugfestigkeit , A die Bruchdehnung.

Stahl gilt als sehr fester, aber auch „weicher“ Werkstoff, während das verwandte Gusseisen als hart und spröde gilt. Festigkeit ist die auf den Querschnitt bezogene Kraft, die der Werkstoff ertragen kann, bevor er versagt (Reißen, Brechen etc.). Bauteile aus Stahl können also hohe Kräfte übertragen. Stahl gilt als „weich“ also verformbar: Bevor Stahl bricht, verformt er sich, wobei diese Verformung bei Stahl sehr groß sein kann. Gusseisen dagegen bricht ohne vorherige Verformung. Stahl hat daher große Sicherheitsreserven gegenüber Bruch, weshalb er bei wichtigen Fahrzeugteilen genutzt wird (Lenkung, Fahrwerk, Antrieb).

Die Festigkeit liegt bei den am häufigsten verwendeten Stählen, den unlegierten Baustählen , zwischen 180 und 350 N/mm². Sie nimmt mit steigendem Gehalt an Kohlenstoff und sonstigen Legierungselementen zu. Das Verformungsverhalten von Werkstoffen wird in Spannungs-Dehnungs-Diagrammen festgehalten. Dabei wird die Kraft auf eine Materialprobe langsam erhöht und die Längenänderung gemessen. Im Diagramm wird die Mechanische Spannung (Kraft geteilt durch Querschnittsfläche) und die Dehnung (Längenänderung relativ zur Ausgangslänge) aufgetragen. Baustähle weisen eine ausgeprägte Streckgrenze auf: Die Spannung steigt zunächst proportional zur Dehnung und fällt dann plötzlich geringfügig ab. Das Maximum der Geraden im Diagramm ist die Streckgrenze, bis zu der Stähle im Gebrauchsfall genutzt werden sollen. Für die Bearbeitung durch Walzen und Schmieden muss sie überschritten werden.

Hochfeste Stähle können Festigkeiten über 1000 N/mm² erreichen. Manche besondere Sorten, wie die für Klavier saiten , erreichen sogar über 1800 N/mm². [62] [63] [64] Stahl ist somit weit fester als Holz, Beton und Stein. Die auf die Dichte bezogene Festigkeit, die Spezifische Festigkeit , ist bei Stahl sehr hoch gegenüber diesen Werkstoffen. Konstruktionen aus Stahl sind somit bei gegebener Tragfähigkeit leichter. Übertroffen wird Stahl nur noch von einigen Leichtmetallen wie Aluminium , Magnesium oder Titan . [65] Von allen bekannten Werkstoffen zählen Stähle zu denen mit der höchsten Festigkeit. Ähnliche, aber geringere Werte erreichen neben Aluminium-, Magnesium- und Titanlegierungen noch CFKs , mit Kohlenstofffasern verstärkte Kunststoffe. [66]

Die Bruchdehnung , also die Dehnung beim Bruch (Ende der Kurve im Spannungs-Dehnungs-Diagramm), kann bei Tiefziehstahl mit geringer Festigkeit 50 % betragen, höherfeste Stähle ( AHSS ) haben in der Regel dagegen geringere Bruchdehnungen; Baustähle dehnen sich also sehr weit, bevor sie brechen. Im Gegensatz dazu brechen Gusseisen und Keramik bei Überschreiten der Festigkeit ohne vorherige plastische Verformung. [67]

Der Elastizitätsmodul von gewöhnlichen ferritischen Stählen beträgt 210 GPa (2,1·10 5 N/mm²). Im Spannungs-Dehnungs-Diagramm ist er als Steigung der Geraden zu erkennen. Der E-Modul ist damit etwas höher als der von Gusseisen (170 GPa) und deutlich höher als der von Aluminiumlegierungen (70 GPa). Übertroffen wird Stahl nur von wenigen Werkstoffen, darunter Hartmetalle (ca. 500 GPa) und Diamant (900 GPa). [68]

Die Härte kann bei Stahl in großen Bereichen variieren und Vickershärten zwischen 80 und 940 HV erreichen. Weichgeglühte Vergütungsstähle erreichen Härten von 150 bis 320 HV (150 bis 300 Brinell , 1 bis 33 Rockwell), vergütete (gehärtete) Vergütungsstähle liegen bei etwa 210 bis 650 HV. Werkzeugstahl erreicht im gehärteten Zustand bis 840 HV. Im Vergleich dazu liegen Kupfer- und Aluminiumwerkstoffe zwischen 40 und 190 HV, während Hartmetalle 780 bis 1760 HV erreichen. [69] Typische Keramiken sind noch härter.

Technologische Eigenschaften

Technologische Eigenschaften beziehen sich auf die Be- und Verarbeitung. Im Einzelnen handelt es sich um die Gießbarkeit, Schmiedbarkeit, Zerspanbarkeit und Schweißbarkeit. Mit Ausnahme der Gießbarkeit sind sie bei den häufig genutzten Sorten gut bis sehr gut.

Gießbarkeit

Stahlgussstück

Gießbarkeit ist die Eignung eines Werkstoffes, durch Gießen verarbeitet zu werden. Gemeint ist hier vor allem das Formgießen , bei dem die Formen schon die Gestalt der späteren Endprodukte enthalten, nicht das Gießen zu Barren.

Stahl lässt sich vergleichsweise schlecht gießen, weshalb er von allen in der Gießerei verwendeten Werkstoffen einen geringen Massenanteil hat und sowohl von Gusseisen als auch von Aluminium deutlich übertroffen wird, da sich beide viel besser gießen lassen. 2011 [70] wurden in Deutschland ca. 220.000 Tonnen Stahl in Gießereien genutzt, während es bei Gusseisen ca. 4,2 Mio. Tonnen und bei Aluminium 840.000 Tonnen waren.

Spezielle Stahlsorten für Gießereien werden als Stahlguss bezeichnet. Er neigt zu Warmrissen , die nur mit gießtechnischer Erfahrung beherrschbar sind. Außerdem ist der Schmelzpunkt mit 1580 °C bis 1680 °C sehr hoch (Gusseisen 1100 °C, Aluminiumgusslegierungen um 600 °C), was zu einem hohen Energiebedarf beim Schmelzen führt und zu hohen thermischen Belastungen der Formen und Anlagen. Stahl neigt beim Formgießen zu Oberflächenanbrennungen mit der Form und es sind große Speiser nötig um den Volumenverlust bei der Abkühlung in der Form auszugleichen. Nach dem Erstarren lassen sich die Speiser nur schwer wieder abtrennen. Gegossene Werkstücke aus Stahl sind wegen des hohen Fertigungsaufwandes etwa dreimal teurer als solche aus Gusseisen, obwohl wegen der höheren Festigkeit weniger Material benötigt wird. [71]

Schmiedbarkeit und Umformbarkeit

Schmieden von glühendem Stahl

Umformbarkeit ist die Eignung eines Werkstoffes, sich durch die Verfahren der Umformtechnik bearbeiten zu lassen. Das mit Abstand wichtigste Verfahren der Gruppe ist das Schmieden , weshalb auch von Schmiedbarkeit gesprochen wird. Zu der Gruppe zählen aber auch das Biegen , Walzen , Tiefziehen , Fließpressen und viele weitere.

Die Umformbarkeit ist umso besser, je geringer die nötigen Kräfte sind und je stärker sich der Werkstoff verformen kann, ohne zu brechen oder reißen. Die zur Umformung benötigte Kraft wird üblicherweise auf die Querschnittsfläche bezogen und als Fließspannung angegeben. Die maximale Dehnung, die ein Werkstoff ertragen kann, ist die Bruchdehnung .

Bei einfachen Baustählen ist die Fließspannung vergleichsweise gering und die Bruchdehnung sehr hoch. Bei hochfesten Stählen ist die Fließspannung naturgemäß höher, es werden aber auch deutlich festere Werkstoffe geschmiedet, darunter Titan-, Nickel- und Kobalt-Legierungen. Die Bruchdehnung ist meist umso kleiner je fester ein Stahl ist. Eine Ausnahme sind die TRIP-Stähle mit geringer bis mittlerer Fließspannung und hoher Bruchdehnung. Bei den meisten Stahlsorten ist die Fließspannung als gering einzustufen. Dazu zählen neben den Baustählen die Warmarbeitsstähle und Automatenstähle. Aluminium- und Magnesiumlegierungen liegen in einem ähnlichen Bereich. Die Bruchdehnung kann jedoch stärker schwanken: Bei Automatenstählen ist sie sehr gering, bei Warmarbeitsstählen fast genauso gut wie bei Baustählen.

Beim Kaltumformen steigt die Fließspannung und somit auch die nötige Kraft je höher der Umformgrad (die Verformung) ist. Der Effekt wird als Kaltverfestigung bezeichnet und kann genutzt werden um besonders feste Werkstücke zu schmieden. Der genaue Zusammenhang zwischen Fließspannung und Umformgrad wird in Fließkurven festgehalten. Bei höheren Temperaturen sinkt bei fast allen Stählen sowohl die Fließspannung als auch die Verfestigung. Beim Warmumformen steigt die Fließspannung bereits bei geringen Umformgraden gar nicht mehr. Bei Stählen tritt dies bei Temperaturen von etwa 1100 °C auf. [72] [73] [74]

Zerspanbarkeit

Fräsen von Stahl

Die Zerspanbarkeit ist die Eignung eines Werkstoffes, sich durch Zerspanen ( Fräsen , Bohren , Schleifen ) bearbeiten zu lassen. Sie hängt ab vom Kohlenstoffgehalt, den sonstigen Legierungselementen und dem Wärmebehandlungszustand. Stähle mit einem sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt neigen zum Verkleben mit der Schneide und bilden lange Bandspäne, die sich in der Maschine verfangen können. Sie führen jedoch zu geringen Zerspankräften, aber auch zu schlechten Oberflächen. Bei mittleren Kohlenstoffgehalten (0,2 % bis 0,6 %) gibt es keine Probleme mit Verklebungen. Die Schnittkräfte steigen, die Oberflächen werden besser und die Späne kürzer. Dafür nimmt der Verschleiß der Werkzeuge zu. Stähle mit einem hohen Kohlenstoffgehalt führen zu hohen Kräften und Temperaturen sowie zu einem hohen Verschleiß. Die Oberflächenqualität und der Spanbruch sind jedoch gut. Elemente wie Phosphor, Blei und Schwefel begünstigen die Zerspanbarkeit, festigkeitssteigernde Elemente wie Nickel verringern sie. Im weichen (normalgeglühten) Zustand sind die meisten Stähle relativ gut zu zerspanen, im vergüteten oder gehärteten Zustand ist der Verschleiß dagegen sehr hoch, was teure Werkzeuge aus Schneidkeramik oder Bornitrid erfordert.

Schweißeignung

Schweißen

Die Schweißeignung gibt an, wie gut sich ein Werkstoff schweißen lässt. Vor allem die un- und niedrig legierten Baustähle lassen sich sehr gut schweißen, was ein wichtiger Grund für ihre weite Verbreitung ist, da Verbinden durch Schweißen deutlich kostengünstiger ist als durch andere Verbindungstechniken wie Schrauben oder Nieten. Höherlegierte Stähle können beim Schweißen problematisch sein. Als grobe Abschätzung, ob ein Stahl geschweißt werden kann, kann das Kohlenstoffäquivalent genutzt werden, das den unterschiedlichen Einfluss der verschiedenen Legierungselemente berücksichtigt. Aluminium lässt sich meist deutlich schlechter schweißen als Stahl. [75]

Struktureller Aufbau

Die Mikrostruktur bestimmt bei Stahl, wie bei vielen Werkstoffen, in hohem Maße die mechanischen Eigenschaften, vor allem die Härte und Festigkeit. Die meisten Stähle bestehen neben Eisen und Kohlenstoff noch aus zahlreichen weiteren Elementen, die zumindest als Verunreinigung enthalten sind – die Stahlbegleiter – oder gewollt zulegiert werden, die Legierungselemente . Die Mikrostruktur ist daher relativ kompliziert, beruht aber im Wesentlichen auf der Struktur der reinen Eisen-Kohlenstoff-Legierungen (insbesondere bei un- und niedrig legiertem Stahl). Deren Struktur basiert wiederum auf derjenigen von reinem Eisen. [76]

Eisenatome liegen wie bei allen Metallen im festen Zustand in einer regelmäßigen Anordnung vor. Unter 911 °C befinden sich die Eisenatome in den Ecken eines gedachten Würfels, in dessen Mitte sich ein weiteres Eisenatom befindet. Diese Struktur wiederholt sich in sämtliche Richtungen theoretisch beliebig oft und wird allgemein als kubisch raumzentriert bezeichnet, im Falle von Eisen auch als -Eisen. Oberhalb von 911 °C liegt Eisen in der sogenanntenkubisch flächenzentrierten Form vor, bei der wieder in den Ecken eines gedachten Würfels Atome sitzen, aber diesmal zusätzlich in der Mitte jeder Würfelfläche ein weiteres, aber keines in der Mitte des Würfels. Diese Variante wird als -Eisen bezeichnet. Der für Stahl wesentliche Unterschied ist die unterschiedliche Dichte: In der kubisch flächenzentrierten Form sind die Lücken zwischen den Eisenatomen größer; sie können also leichter durch Atome der Legierungselemente besetzt werden.

Atomgitter von α- und γ-Eisen
Eisen-Kohlenstoff-Diagramm . Für Stahl ist nur der Bereich bis 2 % C von Bedeutung

Bei reinen Eisen-Kohlenstoff-Legierungen befindet sich immer Kohlenstoff in den Lücken zwischen den Eisenatomen. -Eisen mit Kohlenstoffatomen wird allgemein als - Mischkristall bezeichnet, bei Stahl häufig auch als Ferrit (von lateinisch ferrum = Eisen), während das -Eisen mit eingelagertem Kohlenstoff als -Mischkristall bezeichnet wird und bei Stahl Austenit genannt wird nach William Austen . Austenit kann je nach Temperatur sehr viel Kohlenstoff enthalten, maximal 2,06 Massenprozent , während Ferrit nur maximal 0,03 % Kohlenstoff enthalten kann. Die Temperatur, bei der sich Austenit in Ferrit umwandelt, hängt vom Kohlenstoffgehalt ab und lässt sich aus dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm entnehmen. In beiden Fällen kommt es zu einer Mischkristallverfestigung , also einer Steigerung der Festigkeit. Außer im Eisen-Mischkristall kann Kohlenstoff noch in zwei weiteren Formen vorliegen, insbesondere wenn mehr Kohlenstoff vorhanden ist als im Mischkristall aufgenommen werden kann: Grafit und Zementit . Als Grafit werden Bereiche bezeichnet, die nur aus Kohlenstoff bestehen, während Zementit eine chemische Verbindung aus Eisen und Kohlenstoff mit der Formel Fe 3 C ist. Grafit entsteht vor allem bei langsamer Abkühlung nach dem Gießen oder Glühen, während der harte und spröde Zementit bei schneller Abkühlung entsteht. Sie führen zu keiner Festigkeitssteigerung.

Weitere Legierungselemente können in verschiedenen Formen im Stahl vorliegen:

  • Als Mischkristall: Elemente, deren Atome sehr viel kleiner sind als die von Eisen (wie Kohlenstoff, Wasserstoff oder Stickstoff), besetzen die Lücken zwischen den Eisenatomen ( Einlagerungsmischkristall ). Größere Atome befinden sich statt eines Eisenatomes im Eisengitter ( Austauschmischkristall ). Auch diese erhöhen die Festigkeit.
  • Sie können weitere chemische Verbindungen bilden, häufig zusammen mit Kohlenstoff die Karbide , z. B. Wolframcarbid oder Vanadiumcarbid , teils auch untereinander. Gleichzeitiges Legieren von Schwefel und Mangan führt zur Bildung von Mangansulfid . Manche Elemente verbinden sich auch bevorzugt mit Eisen. Die Wirkung dieser Verbindungen ist im Einzelnen sehr verschieden: Manche sind für die Wärmebehandlung von Bedeutung, andere erhöhen die Härte und Verschleißfestigkeit, andere senken die Festigkeit und verspröden den Stahl.
  • Sie können kleine Partikel bilden, die nur aus dem jeweiligen Element bestehen. Dies trifft nur auf wenige Elemente zu darunter Blei, Grafit und Kupfer. Sie verringern meist die Festigkeit.

Wärmebehandeln und Veränderung von Stahleigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften des Stahls (Härte, Festigkeit) können auf verschiedene Weisen verändert werden:

  • Kaltumformen : Durch Schmieden, Walzen, Ziehen und verwandte Verfahren steigt die Festigkeit bei allen Metallen und Legierungen sofern die Temperatur unterhalb einer werkstoffabhängigen Grenze liegt. Die Verfestigung kann gewünscht sein und gezielt genutzt werden um besonders feste Werkstücke herzustellen, sie kann aber auch unerwünscht sein, wenn bei der Bearbeitung zu große Eigenspannungen entstehen. Durch ein nachträgliches Glühen können die Eigenspannungen abgebaut werden und somit die gewünschten Gebrauchseigenschaften eingestellt werden.
  • Legieren : Zulegieren verschiedener Elemente erhöht im Allgemeinen die Festigkeit. Manche Elemente wie Phosphor und Schwefel verspröden den Werkstoff. Blei hat bei Raumtemperatur kaum Auswirkungen, senkt aber die Festigkeit bei hohen Temperaturen. Chrom und Nickel verbessern bei gewissen Mindestgehalten die Korrosionsbeständigkeit .
  • Wärmebehandeln : Dadurch können Härte und Festigkeit auf vielfältige Weise geändert werden. Vor der Bearbeitung kann Stahl weichgeglüht werden um die Bearbeitungskräfte zu senken, danach ist Härten möglich um die Verschleißfestigkeit vor dem Gebrauch zu erhöhen. Der Werkstoff kann über den gesamten Querschnitt gehärtet werden, wobei er auch spröder wird, oder nur in den Randschichten, während die inneren Bereiche zäh und fest bleiben.

Die Wärmebehandlungsverfahren werden in mehrere Gruppen eingeteilt:

  • (rein) thermische Verfahren: z. B. Glühen
  • thermochemische Verfahren: Dabei wird die chemische Zusammensetzung des Stahls geändert, typischerweise nur der oberflächennahen Bereichen
  • thermomechanische Verfahren: Sie kombinieren eine mechanische (Walzen, Schmieden) mit einer thermischen Bearbeitung.

Thermische Verfahren

Glühkurve Spannungsarmglühen

Thermische Verfahren ändern die Mikrostruktur durch rein thermische Einflüsse, ohne zusätzlich die chemische Zusammensetzung zu ändern und ohne gleichzeitige mechanische Bearbeitung. [77]

  • Glühen : Zum Glühen zählt eine Reihe von Verfahren bei denen die Werkstücke zuerst erwärmt werden, eine gewisse Zeit auf Glühtemperatur gehalten werden und schließlich abgekühlt werden. Verfahrensparameter sind vor allem die Glühtemperatur- und -dauer, sowie die Abkühlgeschwindigkeit. Die genauen Ergebnisse hängen mit der jeweiligen Legierungszusammensetzung und ihrem genauen Zustand ab. Vorangegangene Wärmebehandlungen können größeren Einfluss auf das Ergebnis haben.
    • Spannungsarmglühen , verringert oder beseitigt durch umformende Bearbeitung entstandene Eigenspannungen und wird bei relativ geringen Temperaturen von 550 °C bis 660 °C für 2 bis vier Stunden durchgeführt. Andere Eigenschaftsänderungen werden vermieden.
    • Weichglühen , verringert die Härte, vor allem um die nachfolgende spanende Bearbeitung zu erleichtern. Lamellarer Zementit wandelt sich dabei in eine kugelige Form um.
    • Normalglühen (Normalisieren) erzeugt ein gleichmäßiges, feinkörniges Gefüge. Gefügeveränderungen durch vorangegangene Bearbeitungen werden dadurch beseitigt.
    • Grobkornglühen vergrößert Körner im Gefüge, was mit einem Abfall der Festigkeit verbunden ist. Es wird vor einer spanenden Bearbeitung angewandt.
    • Diffusionsglühen verringert ungleichmäßige Verteilungen der Legierungsbestandteile. Durch Diffusion wandern Atome von Bereichen mit hoher Konzentration zu Bereichen niedriger Konzentration. Meist entsteht dadurch Grobkorn, das durch Warmumformung (Schmieden) oder Normalisieren beseitigt werden kann.
    • Rekristallisationsglühen dient zur Beseitigung der Kaltverfestigung und verbessert dadurch die Umformbarkeit stark verformter Werkstoffe.
  • Härten ist eine Prozessfolge aus Austenitisieren (um 800 °C), Abschrecken (schnelles Abkühlen) und Anlassen (Erwärmen auf 180 bis 300 °C). Durch das Abschrecken wird der Stahl sehr hart, aber auch spröde. Das anschließende Anlassen verringert die Sprödigkeit. Kohlenstoffgehalte ab 0,2 %.
  • Vergüten ist mit dem Härten verwandt. Das Anlassen erfolgt bei 450 bis 650 °C, Kohlenstoffgehalte zwischen 0,3 % und 0,8 %.
  • Bainitisieren : Erzeugung von Bainit im Gefüge.
  • Randschichthärten : Die Randschichten werden dabei schnell erwärmt während die inneren Schichten wegen der begrenzten Wärmeleitfähigkeit kalt bleiben. Varianten sind das Flammhärten , Induktionshärten , Laserstrahlhärten und Elektronenstrahlhärten .

Thermochemische Verfahren

Aufbau nitrierter Schichten: Oben die Randschicht, unten das Innere des Werkstoffes

Sie verändern den Stahl auch chemisch. Folgende Verfahren werden angewandt: [78]

  • Aufkohlen erhöht den Kohlenstoffgehalt, vor allem in den Randschichten, was Härte und Festigkeit erhöht.
  • Carbonitrieren erhöht den Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt in der Randschicht.
  • Nitrieren bildet in der Randschicht Nitride (Stickstoffverbindungen).
  • Einsatzhärten besteht aus der Folge Aufkohlen, Härten, Anlassen. Die entsprechenden Stähle werden als Einsatzstahl bezeichnet.
  • Borieren ist ein Härteverfahren das auf dem Einbringen von Bor basiert.

Thermomechanische Verfahren

Thermomechanische Verfahren basieren auf einer mechanischen Bearbeitung (Schmieden, Walzen) kombiniert mit einer Wärmebehandlung. Von Bedeutung ist das Austenit formhärten , das zur Festigkeitsteigerung dient. [79]

Literatur

Weblinks

Wiktionary: Stahl – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons : Stahl – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wikiquote: Stahl – Zitate

Einzelnachweise

  1. Siehe Abschnitt #Definitionen
  2. nssmc.com, Nippon Steel Technical Report No. 80, July 1999 (PDF, 333 kB)
  3. Kluge. Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache . Bearbeitet von Elmar Seebold . 25., durchgesehene und erweiterte Auflage. Walter de Gruyter, Berlin/Boston 2011, ISBN 978-3-11-022364-4 , S. 875.
  4. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band I, Propyläen, Berlin 1997, S. 419–421.
  5. Friedrich Cornelius : Geistesgeschichte der Frühzeit. Band 1, Verlag Brill Archive, 1960, S. 132.
  6. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 3, Propyläen, Berlin 1997, S. 98 f.
    Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 49–51.
  7. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 3, Propyläen, Berlin 1997, S. 99 f.
  8. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 57 f.
  9. Alex R. Furger: Antike Stahlerzeugung. Ein Nachweis der Aufkohlung von Eisen aus Augusta Raurica. LIBRUM Publishers & Editors, Basel/Frankfurt am Main 2019, ISBN 978-3-906897-28-8
  10. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 67, 70 f., 77.
    Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Propyläen, Berlin 1997:
    • Band 1, S. 346–408, 419–435.
    • Band 2, S. 76–107.
  11. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 68, 79–81.
    Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Propyläen, Berlin 1997, Band I, S. 423–425 (Damast), Band II 390 (Gusseisen).
  12. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 69 f., 79-81.
    Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 2, Propyläen, Berlin 1997, S. 377, 391.
  13. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 69, 85–88.
  14. Beispiel Solingen: Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 76.
    Regionale Verteilung allgemein: Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 1, Propyläen, Berlin 1997, S. 426.
  15. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 3, Propyläen, Berlin 1997, S. 383.
  16. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 3, Propyläen, Berlin 1997, S. 330.
  17. Ulrich Wengenroth: Eisen, Stahl und Buntmetalle. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. (= Technik und Kultur. Band 8). VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 103.
  18. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 3, Propyläen, Berlin 1997, S. 383 f., 397.
  19. Gottfried Pumpe: Chemische Industrie. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. (= Technik und Kultur. Band 8). VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 161–163.
  20. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 127–129.
    Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 3, Propyläen, Berlin 1997, S. 390–393, 395.
  21. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 129.
    Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 3, Propyläen, Berlin 1997, S. 397.
  22. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, S. 130.
    Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 3, Propyläen, Berlin 1997, S. 399 f., 406 f.
    Ulrich Wengenroth: Eisen, Stahl und Buntmetalle. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. (= Technik und Kultur. Band 8). VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 101–103.
  23. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 3, Propyläen, Berlin 1997, S. 402 f.
    Ulrich Wengenroth: Eisen, Stahl und Buntmetalle. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. (= Technik und Kultur. Band 8). VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 100–103.
  24. Ulrich Wengenroth: Eisen, Stahl und Buntmetalle. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. (= Technik und Kultur. Band 8). VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 103–109.
  25. Lothar Gall (Hrsg.): Enzyklopädie Deutscher Geschichte. Band 79, Christian Kleinschmidt: Technik und Wirtschaft im 19. und 20. Jahrhundert S. 17f.
  26. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band IV, Propyläen, Berlin 1997, S. 71–78, 286f.
  27. Martina Heßler: Kulturgeschichte der Technik. Campus Verlag, Frankfurt/ New York, S. 47 f.
  28. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 4, Propyläen, Berlin 1997, S. 288 f., 427–431.
  29. Ulrich Wengenroth: Eisen, Stahl und Buntmetalle. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. (= Technik und Kultur. Band 8). VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 111 f.
  30. Lothar Gall (Hrsg.): Enzyklopädie Deutscher Geschichte – Band 79. Christian Kleinschmidt: Technik und Wirtschaft im 19. und 20. Jahrhundert. Oldenbourg, 2007, S. 18, 23.
  31. Ulrich Wengenroth: Eisen, Stahl und Buntmetalle. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. (= Technik und Kultur. Band 8). VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 115–119.
  32. Ulrich Wengenroth: Elektroenergie. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. (= Technik und Kultur. Band 8). VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 342.
  33. Ulrich Wengenroth: Eisen, Stahl und Buntmetalle. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.): Technik und Wirtschaft. (= Technik und Kultur. Band 8). VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 118.
  34. Wolfgang König (Hrsg.): Propyläen Technikgeschichte. Band 5, Propyläen, Berlin, 1997, S. 46.
  35. stahl-online.de
  36. stahl-online.de
  37. Stahlinstitut VDEh (Hrsg.): Stahlfibel , Verlag Stahleisen, 2007, S. 162.
  38. a b c stahl-online.de abgerufen am 13. Juni 2017.
  39. world-aluminium.org
  40. Stahl und Nachhaltigkeit. (PDF) Abgerufen am 21. Dezember 2015 .
  41. Werkstoffkunde Stahl – Band 1, S. 4 f.
  42. Stahlfibel, S. 2.
  43. Eckhard Ignatowitz: Chemie für Schule und Beruf. Ein Lehr- und Lernbuch. 4. Auflage. Verlag Europa-Lehrmittel Nourney, Haan-Gruiten 1999, ISBN 3-8085-7054-7 , S. 142.
  44. Stahlproduktion: Sauerstoff-Konverter vor Elektroofen. Bei: stahl-online.de.
  45. Kun He, Li Wang: A review of energy use and energy-efficient technologies for the iron and steel industry . In: Renewable and Sustainable Energy Reviews . 2016, doi : 10.1016/j.rser.2016.12.007 .
  46. Manfred Fischedick ua: Techno-economic evaluation of innovative steel production technologies. In: Journal of Cleaner Production . 84, 2014, S. 563–580, S. 564, doi:10.1016/j.jclepro.2014.05.063 .
  47. Stahlschrottbilanz 2014: Stahlrecyclingwirtschaft musste Rückgang des Gesamtversands um 1,7 Prozent verkraften. ( Memento vom 2. April 2015 im Internet Archive ; PDF) bdsv.org, Pressemitteilung, 23. März 2015.
  48. https://www.sueddeutsche.de/wirtschaft/kreislaufwirtschaft-fuer-die-tonne-1.5004792
  49. Multireycling of steel. (PDF) Bei: stahl-online.de. (PDF; 1,03 MB).
  50. Ökobilanz nach ISO 14040/44 für das Multirecycling von Stahl. (PDF) Bei: stahl-online.de. (PDF; 1,3 MB).
  51. Lohnt sich Alu-/Weißblech-Recycling? (PDF) Bei: kopytziok.de. (PDF; 92 kB).
  52. Steels: Facts, Figures, Environment and Green Steels. Bei: dierk-raabe.com.
  53. Recycling Rates of Metal. (PDF) Bei: unep.org. (PDF; 2,4 MB).
  54. Sachstandsbericht zum Stahlrecycling im Bauwesen. (PDF) Bergische Universität Wuppertal (PDF).
  55. Weißblech-Recyclingquote: 93,7 %. Auf: stahl-online.de.
  56. Eintrag Stahl , BiBuch – Zweisprachiges Informationsportal für Industrie und Technik; abgerufen im März 2019.
  57. B. Ilschner, RF Singer: Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik. 5. Auflage. Springer, 2010, S. 438 f., 441–445.
  58. Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulz (Hrsg.): Werkstoffkunde. 11. Auflage. Springer, 2012, S. 239–284.
  59. a b C-Stahl Produktdatenblatt ( Memento vom 17. Dezember 2010 im Internet Archive ), ThyssenKrupp Steel Europe, abgerufen im Juli 2013.
  60. Dr.-Ing. Hans-Joachim Wieland: Information Erzeugnisformen (PDF) S. 1, Stahl-Zentrum; In: stahl-online.de. Abgerufen im Oktober 2019
  61. Metallische Werkstoffe – Physikalische Eigenschaften
  62. nssmc.com (PDF)
  63. H. Czichos, B. Skrotzki, F.-G. Simon: Das Ingenieurwissen – Werkstoffe. Springer, 2014, S. 66.
  64. google.com.pg
  65. B. Ilschner, RF Singer: Werkstofftechnik und Fertigungstechnik. Springer, 2010, S. 433 f.
  66. H. Czichos, B. Skrotzki, F.-G. Simon: Das Ingenieurwissen – Werkstoffe. Springer, 2014, S. 59.
  67. Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulz (Hrsg.): Werkstoffkunde. 11. Auflage. Springer, 2012, ISBN 978-3-642-17716-3 , S. 241, 248.
  68. H. Czichos, B. Skrotzki, F.-G. Simon: Das Ingenieurwissen – Werkstoffe. Springer, 2014, S. 62.
  69. H. Czichos, B. Skrotzki, F.-G. Simon: Das Ingenieurwissen – Werkstoffe. Springer, 2014, S. 71.
  70. Günter Spur (Hrsg.): Handbuch Urformen. Hanser, 2014, S. 16.
  71. Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (Hrsg.): Fertigungstechnik. 11. Auflage. Springer, 2015, S. 24, 34.
  72. Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens: Handbuch Umformtechnik. 2. Auflage. Springer, 2010, S. 438–440.
  73. Hartmut Hoffmann, Reimund Neugebauer, Günter Spur (Hrsg.): Handbuch Umformen. Hanser, 2012, S. 253.
  74. Werkstoffkunde Stahl – Band 1: Grundlagen. 1984, S. 564–615, insb. 564 f., 567, 576.
  75. B. Ilschner, RF Singer: Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik. 5. Auflage. Springer, 2010, S. 387.
  76. Hans Berns, Werner Theisen: Eisenwerkstoffe. 4. Auflage. Springer, 2013, S. 3–15.
  77. Alfred Böge (Hrsg.): Handbuch Maschinenbau. 21. Auflage. Springer, 2013, S. E35–E40.
  78. Alfred Böge (Hrsg.): Handbuch Maschinenbau. 21. Auflage. Springer, 2013, S. E40f.
  79. Alfred Böge (Hrsg.): Handbuch Maschinenbau. 21. Auflage. Springer, 2013, S. E41f.