Was ist Stahl?
Stahl ist die häufigste Metalllegierung der Welt. In seiner einfachsten Form besteht es aus Eisen und unterschiedlichen Mengen Kohlenstoff. Da Eisen und Kohlenstoff seit der Antike bekannt sind, wurde die Legierung in der einen oder anderen Form schon lange vor der Geburt Christi hergestellt. Einige der frühesten Stähle wurden in den östlichen Regionen Afrikas um 1400 v. Chr. Hergestellt
Eisen ist der Hauptbestandteil von Stahl, wobei Kohlenstoff mit 0,2% bis 2,14% je nach Güteklasse an zweiter Stelle steht. Kohlenstoff ist der kostengünstigste Weg, Eisen zu legieren. Es können jedoch auch andere Metalle verwendet werden, um das Element zu verstärken und dem Metall bestimmte Eigenschaften zu verleihen. Das als Gusseisen bekannte Metall ist Stahl mit einem sehr hohen Kohlenstoffgehalt, der einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine bessere Gießbarkeit ergibt. Stahl ist bekannt für seine Festigkeit, die ihm gerade durch die Legierungselemente verliehen wird.
Wenn sich Eisen in seinem festen Metallzustand befindet, bilden die Atome eine Kristallgitterstruktur. Obwohl diese Struktur ziemlich starr ist, kann sie Unvollkommenheiten aufweisen, die zu winzigen Schwachstellen im Metall führen. Atome der Legierungselemente können diese mikroskopischen Schwachstellen im Gitter ausfüllen, wodurch die Legierung die Flexibilität und Zugfestigkeit erhält, für die sie bekannt ist.
Die moderne Stahlindustrie produziert das Metall unter Verwendung des sogenannten Sauerstoffgrundofens. In diesen Öfen wird durch die Eisenschmelze reiner Sauerstoff geblasen, wodurch der Gehalt an Verunreinigungen verringert wird. Zu diesem Zweck werden auch Reinigungsmittel hinzugefügt, die als Flussmittel bezeichnet werden. Der Hauptvorteil dieses Prozesses, abgesehen von einem qualitativ hochwertigen Produkt, ist seine Geschwindigkeit.
Frühere Verfahren umfassten das Bessemer-Verfahren, bei dem Luft durch geschmolzenes Eisen gedrückt wurde, um Verunreinigungen zu oxidieren. Kohlenmonoxid ist ein Nebenprodukt dieses Prozesses, wobei die anderen Verunreinigungen Schlacke bilden. Die Erfindung des Bessemer-Verfahrens war besonders bemerkenswert, da Stahl ein Massenprodukt mit niedrigem Preis war. Die Legierung wurde im Mittelalter und früher mit verschiedenen Methoden hergestellt, aber keine davon war besonders effizient und konnte auch nicht in großem Maßstab eingesetzt werden.
Mit der Verbesserung der Stahlherstellungstechniken ist eine größere Vielfalt von Legierungen verfügbar geworden. Durch die Verwendung mehrerer verschiedener Metalle wie Wolfram und Chrom kann Metall hergestellt werden, das auf sehr spezielle Anwendungen zugeschnitten ist. Die Reihe von Eigenschaften, die Stahl durch Hinzufügen verschiedener Elemente erhalten kann, zeigt sich beispielsweise in der Tatsache, dass zwei Dinge, die so unterschiedlich sind wie Samuraischwerter und Automobile, beide aus Eisen bestehen, das mit anderen Metallen legiert ist.