Einblick in die Geschichte der Stahlherstellung

Die Geschichte des Stahls lässt sich bis zur Entstehung von Eisen, dem Hauptbestandteil, zurückverfolgen. Es gibt zwar Funde, die darauf hindeuten, dass Eisen bereits 4000 v. Chr. verwendet wurde, doch war die Verwendung wahrscheinlich eher begrenzt. In den Anfängen der Metallverarbeitung war Bronze wesentlich beliebter als Eisen. Archäologische Funde belegen, dass Bronze in großem Umfang für Waffen und Rüstungen verwendet wurde, aber auch kommerzielle Zwecke hatte. Später, um 2700 v. Chr., wurden jedoch immer mehr Eisenfunde gemacht, was dieser Zeit den Namen Eisenzeit einbrachte. Stahl selbst ist eine Legierung aus mindestens zwei Elementen, Eisen und Kohlenstoff, und entstand etwa 2000 Jahre nach der Eisenzeit.

Meteoreisen

Meteoreisen ist die älteste bekannte Stahlsorte. Das Eisen wurde aus Eisen-Nickel-Legierungen gewonnen, die nur in sehr wenigen Meteoriten vorkommen. Daher war die Verwendung von Meteoreisen sehr selten und besonderen Anlässen, Ornamenten und Zeremonien vorbehalten. Bereits 4000 v. Chr. verwendeten die alten Ägypter Meteoreisen für Ornamente und Speerspitzen. Noch früher, um 5000 v. Chr., wurden im Iran Perlen aus Meteoreisen verwendet, was beweist, dass Stahl eine lange und vielfältige Geschichte hat.

Eisenzeit

Eisen löste die Bronze ab, da es eine höhere Härte aufwies, was besonders bei Waffen und Werkzeugen wichtig war. Obwohl Eisen auf der Erde in großer Menge vorkommt, ist es nur selten in geringer Menge vorhanden, da es hauptsächlich in Erzen und Meteoriten vorkommt. Die hohe Schmelztemperatur (Tm(Fe) = 1535°C) und der geringe Eisengehalt der Erze waren zwei der Hauptgründe, warum Eisen nicht so häufig wie Bronze verwendet wurde. Außerdem war das Eisen in der Bronzezeit aufgrund des hohen Gehalts an verschiedenen Stoffen spröder.

Historische Verfahren der Stahlerzeugung

In der Antike wurde Stahl in Blöcken und Tiegeln hergestellt, zwei Arten von antiken Öfen zur Verhüttung von Eisen.

Wootz ist einer der ältesten bekannten Stähle und hat seine Wurzeln in Südindien. Es handelt sich um ein Material mit hohem Kohlenstoffgehalt, der für seine Zähigkeit und Schärfe bekannt ist. Der Damaszenerstahl, der bis heute zu den meistverwendeten Stahlsorten für Klingen gehört, wird aus Wootz hergestellt.

Um 400 v. Chr. verfügten die Chinesen bereits über abschreckgehärteten Stahl, dessen Herstellung eine schnelle Abkühlung des Materials erfordert, wodurch eine harte Oberflächenschicht entsteht. Zweihundert Jahre später (200 v. Chr.) schmolzen die Chinesen Schmiedeeisen zusammen mit Gusseisen, um einen Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt zu erhalten.

Moderne Stahlerzeugung

Seit dem 19. Jahrhundert hat sich die Stahlerzeugung erheblich weiterentwickelt, wodurch das Metall noch wirtschaftlicher und für verschiedene Zwecke verwendbar wurde. Außerdem ermöglichten diese Entwicklungen eine größere Vielfalt an Stahlsorten und legierten Stählen.

Der ständig wachsende Ausbau der Eisenbahnen im 19. Jahrhundert erforderte exponentiell steigende Mengen an Eisen und Stahl. Die Erfindung des Bessemer-Verfahrens durch Henry Bessemer erwies sich als äußerst nützlich für die Massenproduktion von Stahl zu niedrigen Kosten. Das Rohmaterial für das Bessemer-Verfahren ist Roheisen, das einen sehr hohen Kohlenstoffgehalt von bis zu 4,5 % sowie andere Elemente wie Mangan aufweist. Bei diesem Verfahren werden Verunreinigungen durch Oxidation durch das geschmolzene Eisen geblasen. Sie entweichen als Gas aus dem Material oder bilden ein festes Nachprodukt. Während diese „unreinen“ Elemente als Verstärkungslegierungen dienen können, kann ein Übermaß an ihnen zu Sprödigkeit, Rost und anderen negativen Auswirkungen führen. Das Ergebnis des Bessemer-Verfahrens ist Baustahl, eine Stahlsorte mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (ca. 0,05-0,25 %), die formbar und dehnbar ist. Allerdings hat Baustahl eine geringere Zugfestigkeit als Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt.

Seit dem Bessemer-Verfahren hat die Stahlherstellung einen langen Weg zurückgelegt. Aber die Möglichkeiten zur Verbesserung und Variation von Stahlsorten sind vielleicht noch weiter fortgeschritten. Es gibt mehrere Methoden, um Stahl zu härten, und eine Vielzahl von Elementen, um dies zu tun. Die Borocoat®-Diffusionsschichten von BorTec beispielsweise nutzen Bor, um die mechanischen Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.

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