Stahl und Eisen

Reduktion des Erzes:

• Erz hat hohen Sauerstoffgehalt
• Koks hinzufügen
• dieser braucht Sauerstoff zum Brennen
• => flüssiges Roheisen

Frischen von flüssigem Roheisen (Veredlung)

• Kohlenstoffgehalt und Begleitmittel verringern

• Sauerstoff zufügen

• dieser reagiert mit Kohlenstoff (Oxidation)

• => Stahl

Eisenerze

(mit Gestein vermischte Eisenoxid)

• Um Gesteine (Gangart) abzutrennen
• Feine Erze: werden stückig gemacht
• Grobe Erze: gebrochen, gemahlen, gesiebt

- um die Schmelztemperatur herabzusetzen

- hauptsächlich Kalk

- so genannte Flussmittel

• von oben gefüllt mit Erzen, Zuschlägen, schichtweise mit Koks
• Trocknung
• Vorwärmung
• Austreiben Hydrawassers
• Indirekte Reduktion
• Schmelzung

=> flüssige Schlacke – flüssiges Roheisen

- Endprodukt bei Hochofen-Konverter-Prozess

- Gemisch aus Zuschlägen und Gangart

- Entschwefelung des Roheisens

- Verwendung: Zement, Leichtbeton, Dämmstoff,  Pflasterstein, Straßenbau

zu Stahl => im Stahlwerk => Frischen

zu Gusseisen =>  in Masselmaschine oder im Sandbett zu Masseln erstarrt

Wozu:

• entfernen unerwünschter Begleitelemente
• Zufügen von Legierungselementen
• Entkohlung

Verfahren:

• Vakuumbehandlung

• Desoxidation („Beruhigter Stahl“ und „unberuhigter Stahl“ = kochen)

• Entschwefelung (um Kernaufreißen zu verhindern = Injektion)

1. Folgen:

• -     höhere Druckfestigkeit, während der Verarbeitung
• -     Zähigkeit und Dehnbarkeit bleibt erhalten

b) Arten:

• -     Warmwalzverfahren (Profile, Bleche, Rohre)
• -     Schmieden und Pressen

1. Folgen:

• Sprödigkeit, durch Strukturveränderung = durch anschließendes Glühen wieder beseitigt

1. Arten:

• Kaltwalzen (Flacherzeugnisse)
• Kaltziehen (Drähte, Profile, Rohre) = Oberflächen- und Maßgenauigkeit, höhere Festigkeit, kleinere Abmaße

• - als Korrosionsschutz
• - nicht metallische Überzüge (Emaille, Bitumen, Kunststoffe)
• - metallische Überzüge (Feuerverzinken, Nickel, Chrom)

• gamma Eisen: Flächen zentriert (entsteht aus alpha Eisen beim Erwärmen -> Kristallisierung, Umwandlung), Austenit
• alpha Eisen: Raum zentriert, plastisch reines Eisen, Ferrit, 0,02 % Kohlenstoffgehalt

- Höhe der Temperatur

- Kohlenstoffgehalt

=> Liquidlinie: Oberhalb Eisen flüssig (hohe Temperatur)

=> Soliduslinie: unterhalb Eisen fest (niedrige Temperatur, abhängig vom Kohlenstoffgehalt)

- Mischung aus Eisen und anderen Elementen

- Hauptlegierungselement = Kohlenstoff

Erwärmen, Halten, Abkühlen

• Glühen: zur Verbesserung eines gewünschten Zustands, Normalglühen (wieder gleichmäßig feines Gefüge, nach   Kaltverformen), Weichglühen, Spannungsglühen (Spannungsausgleich)
• Härten: große Festigkeit, Härte, Sprödigkeit, Erwärmen, schnelles Abkühlen
• Vergüten: kontrollierte Rücknahme der Härte

Warmverformter Stahl: naturharter Stahl, nach dem elastischem Bereich ein Fließanteil in der Kurve

Kaltverformter Stahl: nach dem elastischen Bereich stetige Steigung bis zum Bruch

• abhängig von der Temperatur (300°C -> hochwertiger Spannstahl 100°C)
• Temperatur beeinträchtigt die Festigkeit des Stahls

1. chemische Zusammensetzung
   • unlegierte und legiete Stähle: je nach Zusatzstoff (z.B. Alu, Zink)
   • es gibt Grenzgehalte in M-%: niedrig = legiert, höher = unlegiert
2. Hauptgüteklassen
   • Grundstähle (B)
   • Qualöitätsstähle (C) legiert - unlegiert
   • Edelstähle (A) legiert - unlegiert

Kurznamen aus Haupt- und Zusatzsymbolen

• Hauptsymbole:
  • aus Kennbuchstaben und -zahlen: S= Stahl für allgemeninen Stahlbau, B= Betonstähle, Y= Spannstähle
  • geht auch nach chem. Zusammensetzung C45= C-Gehalt: 0,45%
• Zusatzsymbole: Auskunft über Verwendbarkeit

Nummernsysteme mit Werkstoffnummernbesser geeignet

• allgemeine Baustähle
• schweißgeeignete Feinkornbaustähle
• GS-52-Stahlguss
• Vergütungsstahl

• E-Modul        210 000 N/mm² Dehnmodul

• G-Modul           81 000 N/mm² Spannmodul

• niedrig legierte Stähle / doch mit effektiven Legierungszusätzen
• kein Korrosionsschutz nötig
• an der Oberfläche bildet sich eine Schutzschicht („oxidische Deckschicht“)
• diese erneuert sich stetig und bildet Widerstand gegen atmosphärische Korrosion
• mindest Dicke 3mm von Stahl

• Betonbewehrungsstahl
• fast kreisrunde Querschnitte
• sichelförmige Schrägrippen an der Oberfläche (zur besseren  Haftung und Kraftübertragung von Beton zu Stahl)
• Verbundstoff für Stahlbeton

• Betonstabstahl (stabfömig – Einzelstab – Bewehrung)
• Betonstahlmatten (werkvorgefertigt => Kreuzstellen, Widerstandspunktschweißung scherfest verbunden)
• Bewehrungsdraht (auf Rollen)

BST    = Betonstahl

500     = Streckgrenze

Lagermatten:

• sind am Lager gelagert
• 500 x 215 / 600 x 215; durchschn. 0,1 – 8,5 mm
• Q-Matten       (quadratische Maschenform)
• R-Matten       (rechteckige Maschenform – einachsige Bewehrung, Längsrichtung)
• K-Matten       (konstruktive Matten – wie nur dickere Stäbe)
• N-Matten       (Estrich Matten – Nichtstatisch, nur Spannungsvermeidung)

Listenmatten

• bestellt
• nach Baumaß gefertigt
• Breite 2,64 oder 2,45; L= 12m

Zeichnungsmatten

• Längsquerstäbe = Durchmesser
• Abstände frei wählbar

• keine Fließgrenze = kaltverformt, nur noch elastisch, engt sich nicht mehr
• daher hohe Zugfestigkeit + Streckgrenze
• fängt Spannkraftverluste (Schwinden/Kriechen) auf
• hohe Fertigungsgenauigkeit

• für Spannbetonbauten
• leitet Druckkräfte ins Bauteil, so dass Betonquerschnitt kaum auf Zug beansprucht wird

• bei ca. 700°C verliert es Druckfestigkeit
• verliert Zugfestigkeit noch früher
• zerspringt bei plötzlicher Abkühlung

• verändert kristalline Zusammensetzung
• verformt sich (auch bei Vorkehrungen) bei 400°C
• Festigkeitsverlust

• Ummantel = ca. 180 min. Standdauer
• ohne Ummantelung= ca. 10 – 20 Min. Standdauer
• Ummanteln => Beton, Putz, Beschichtung
• oder Ummauern, Einbetonieren, Verputzen, Beschichten…

Chemische oder elektrochemische Reaktion mit Bestandteilen der äußeren Einwirkungen z.B. Luft und Wasser

- Querschnittsminderung (Lockkorrosion)

- treibend => Rost hat ein größeres Volumen als Eisen

• sachgemäße Konstruktion – Vermeiden von Ansammlungen von Wasser und Schmutz, ausreichende Belüftung (Kondenswasser)
• widerstandsfähiger Werkstoff = wetterfeste Baustähle, hochlegierte Stähle
• kathodischer Korrosionsschutz (nur bei starken Angriffen)

• Fernhalten aggressiver Stoffe => Beschichtung, Überzug
• Korrosionsverhinderung am Wichtigsten

Vorteile:

• hohe Festigkeit
• Verfertigung
• Genauigkeit

Nachteile:

• Korrosionsschutz bedenken
• Schlechtes Brandverhalten
• Sehr schwer

• bei Zunahme von Kohlenstoff: spröde und härter
• bei Zunahme von Temperatur: Festigkeit nimmt ab

beim flüssigen Roheisen wird im Konverter Sauerstoff zugeführt

-zur Verringerung des Kohlenstoffgehaltes und der übrigen Begleitmittel

• Oxidation des Kohlenstoffes
• Verschlackung der Begleitelemente
• Sauerstoffaufblasverfahren
• Sauerstoffbodenblasverfahren
• Kombinierte Blasverfahren
• Elektrostahlverfahren
• Direktreduktions-Verfahren