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Erste Methode:
Erst bei dem Abstich am Hochofen beginnt die richtige Verarbeitung vom Roheisen zum Stahl.
Das Roheisen aus dem Hochofen beträgt rund 90% Eisen ,3% bis 4% Kohlenstoff ,sowie wenige Prozent Mangan, Silicium, Phosphor und Schwefel. Die Eisenbegleiter C,P und S verleihen dem Eisen eine harte und spröde Eigenschaft. D.h. Es lässt sich nicht schmieden.
Um Stahl aus Eisen zu gewinnen, versucht man den Kohlenstoff und die anderen Eisenbegleiter zu vermindern. Es erfolgt durch verbrennen der einzelnen Stoffe. Wenn das Verbrennen erfolgreich abgeschlossen wurde, entsteht der Werkstoff Stahl. Er ist hart, zäh, hat eine hohe Festigkeit und ist schmiedebar.
Die erste Art Roheisen zum Stahl zu veredeln, ist die Methode des Sauerstoffaufblas-Verfahren.
Bei dem Sauerstoffaufblas-Verfahren wird flüssiges Roheisen in einen Konverter gefüllt und mit einigen Zuschlägen und Stahlschrott versetzt. Die Zuschläge sind z.B. Ca0, was zur Schlackebildung benötigt wird. Als nächster Schritt kommt ein wassergekühltes Rohr von oben in den Konverter gefahren und fängt an aus einem bestimmten Abstand Sauerstoff auf die Oberfläche des flüssigen Roheisens zu blasen. Der Sauerstoff reagiert heftig mit den Eisenbegleitern in der Schmelze.
Die gasförmigen Oxide ,die bei der Verbrennung entstehen ( CO2 und SO2 ) , sowie die freiwerdende Verbrennungswärme lassen die Schmelze kochen. Die festen Oxide (P4O10 ,MnO2 , SiO2 ) werden in der Schlacke aufgenommen.
Dieses Verfahren mit dem Sauerstoff dauert ca. 20 Minuten. Anschließend werden noch einige Legierungselemente dazugegeben und der fertige Stahl wird in Gießpfannen gefüllt.
Im Anschluß werden noch einige Arbeiten am Stahl vorgenommen, um ihn in das Endprodukt zu bringen ( vergießen, vorwalzen und Fertigwalzen ).
Zweite Methode:
3. Die Öfen des Lichtbogenverfahrens haben bis zu 360 Tonnen Fassungsvermögen. Sie verarbeiten vor allem Schrott, der durch die Hitze eines elektrischen Lichtbogens geschmolzen wird. Das Entfernen unerwünschter Begleitstoffe erfolgt durch Zusatz von oxidischem Erz. Das Erz oxidiert die im Eisen des Schrotts enthaltenen Verunreinigungen zu den entsprechenden Oxiden. Zum Beispiel:
2 Fe2O3 + 3 Si 3 SiO2+4Fe
3 C + Fe2O3 2 Fe +3 CO
Die Oxide können dann in der Schlacke abgezogen werden.
Das Elektrolichtbogenverfahren wird insbesondere zur Herstellung legierter Edelstähle eingesetzt, also dann, wenn dem Stahl andere Metalle in bestimmten Massenverhältnissen zugeschmolzen werden sollen. Dieses Zuschmelzen erfolgt zum Teil im Lichtbogenofen selbst, zum Teil auch anschließend in besonderen Gießpfannen.
4. Nur ein kleiner Teil des Roheisens dient als Gusseisen, rund 95% werden zu Stahl verarbeitet.
Die größte Menge des Rohstahls ist unlegierter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 1,5%. Er wird wegen der hohen Produktionsmengehalts "Massenstahl" bezeichnet. Bei den Edelstählen handelt es sich um legierte Stähle, die neben dem Eisen noch andere Metalle enthalten. Stähle mit relativ hohem Chromgehalt sind besonders rost -, saure- und hitzebeständig. So ist Chromnickelstahl, der etwa 18% Chrom, 8% Nickel und nur 0,2% Kohlenstoff enthält, sehr hart und rostet praktisch nicht. Er wird für Panzerplatten, aber auch als rostfreier Stahl für viele Gebrauchsgegenstände verwendet. Ein auch noch bei Rotglut sehr harter Stahl enthält 15-18% Wolfram, 2-5% Chrom und 1-3% Vanadium. Als Schnellarbeitsstahl dient er zur Herstellung schnelllaufender Werkzeuge. Nickelstähle, die außer Eisen und wenig Chrom bis zu 20% Nickel enthalten, sind außerordentlich zäh und dehnbar.
Stahl hat im Vergleich zum Gusseisen für sehr viele Anwendungen wesentlich bessere Eigenschaften. Stahl erhält man, wie wir gesehen haben, durch Entfernen der meisten Verunreinigungen, die sich im Roheisen befinden; dies erfolgt durch Oxidation. Beim veralteten Thomas und Bessemer-Verfahren erfolgte die Oxidation durch eingeblasene Luft, beim LD-Verfahren geschieht sie durch reinen Sauerstoff. Auf diese Weise werden die Elemente Silicium, Phosphor, Schwefel und Mangan fast vollständig durch Oxidation entfernt, der Kohlenstoffgehalt dagegen wird nur auf 0,6-1,5% (maximal bis 1,7%) gesenkt. So erhält man Stahl, ein Produkt mit wesentlich veränderten Eigenschaften: Stahl erweicht weit unterhalb seiner Schmelztemperatur und kann daher durch Hämmern und Pressen sehr gut bearbeitet werden.
Die für viele technische Anwendungen wichtige Härte des Stahls hängt weitgehend von seiner Behandlung ab: Durch Ausglühen und langsames Abkühlen verliert der Stahl seine Elastizität, Kohlenstoff scheidet sich aus. Rasches Abkühlen härtet den Stahl.
Für die Eigenschaften des Stahls ist also der Kohlenstoffgehalt von entscheidender Bedeutung. Das Gefüge der Eisenlegierungen kann den Kohlenstoff nämlich in verschiedener Form enthalten:
Der Kohlenstoff kann im Eisen gelöst sein (Mischkristall Austenit), er kann in Form von kleinen Graphitkristallen (z.B. Grauguss) oder aber als Zementit (Eisencarbid), Fe3C, vorliegen. Beim Härten wird Stahl auf etwa 800°C erwärmt und anschließend rasch abgekühlt. Höherer Kohlenstoffgehalt bewirkt große Härte, verbunden mit hoher Elastizität. Der Grund liegt darin, dass durch das rasche Abkühlen der Zementit nicht zerfallen oder sich ausscheiden kann; er bleibt im Gitter des Eisens "stecken", das dadurch so verzerrt wird, dass die angegebenen Eigenschaften entstehen.
Stahl hat eine Schmelztemperatur zwischen 1350°C und 1450°C. Wird Stahl auf etwa 770°C (Rotglut) erhitzt und kühlt dann langsam ab, verliert er weitgehend seine günstigen Eigenschaften, weil unter diesen Bedingungen der gebildete Zementit sich ausscheiden bzw. zerfallen kann. Unter dem sogenannten Anlassen versteht man das Erwärmen von gehärtetem Stahl auf mittlere Temperaturen. So wird die Härte verringert, aber die Elastizität und Zähigkeit gesteigert. Liegt der Kohlenstoffgehalt unter 0,5%, ist das Produkt nicht mehr härtbar, es wird als Schmiedeeisen bezeichnet.
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