Alles, was du über Stahl wissen solltest!

Ob du es glaubst oder nicht, die Redewendung „stärker als Stahl“ ist nicht nur deshalb so geläufig, weil sie sich gut anhört. Vielmehr ist das, was du mit dieser Metalllegierung vergleichst, wahrscheinlich verdammt hart.

Stahl, der aus einer Kombination von Eisen und Kohlenstoff sowie einer Vielzahl anderer Elemente hergestellt wird, ist einer der meistgenutzten Werkstoffe der Welt. Von unseren einfachsten Werkzeugen bis hin zu unseren komplexesten Konstruktionen ist er überall auf der Welt zu finden – er umgibt und beeinflusst uns täglich.

Doch obwohl er eine so wichtige Rolle in unserer Gesellschaft spielt, ist das Wissen über dieses alltägliche Material ziemlich gering. Was genau ist also Stahl? Und warum ist er so wichtig? 

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Was ist Stahl? 

Metalle, Stähle, das ist doch alles dasselbe, oder? Nun, nicht ganz.

Um genau zu sein, sind Metalle natürliche Elemente, die in der Erdkruste vorkommen. Erinnere dich an den Chemieunterricht in der Schule und an die Metalle im Periodensystem, wie Kupfer, Zink und Eisen. Wenn du dich erinnerst, war Stahl nicht dabei.

Das liegt daran, dass Stahl als eine Variante von Metall eingestuft wird. Genauer gesagt handelt es sich um eine Legierung von Eisen. Das bedeutet, dass sein chemischer Aufbau eine Mischung aus einem Teil Metall (Eisen) und einem Teil Nichtmetall (Kohlenstoff) ist. 

Im Grunde kannst du dir Stahl als eine gereinigte Form von Eisen vorstellen. Er behält die Metalleigenschaften von Eisen, hat aber einen Kohlenstoffgehalt, der zwischen 0,02 % und 1,7 % liegt. Zusätzlich werden während des Produktionsprozesses oft metallische und nichtmetallische Elemente hinzugefügt.

Die Zugabe bestimmter Mengen an Kohlenstoff und anderen Legierungselementen erhöht die physikalisch-chemischen Eigenschaften wie Festigkeit, Beständigkeit und Variabilität. Diese drastischen Verbesserungen machen Stahl zu einem der am häufigsten verwendeten Werkstoffe der Welt. 

Wie wird Stahl hergestellt? 

Okay, Stahl ist im Grunde genommen Eisen mit Kohlenstoff und einigen anderen Elementen – toll. Aber wie um alles in der Welt kommen wir von einem Stein im Boden zum fertigen Produkt? Heutzutage gibt es zwei Hauptverfahren zur Stahlerzeugung: das BOS-Verfahren (Basic Oxygen Furnace) oder das EAF-Verfahren (Electric Arc Furnace). 

Die BOS-Methode geht auf das ursprüngliche Bessemer-Verfahren zurück (das erste kostengünstige industrielle Verfahren zur Massenproduktion von Stahl) und verwendet Rohstoffe, um Stahl herzustellen. 

Bei der BOS-Methode wird das Eisen in einem Hochofen aus seinem Erz geschmolzen und durch das Einblasen von Sauerstoff in das erhitzte Eisen wieder aufbereitet. Der Sauerstoff senkt den Kohlenstoffgehalt und reduziert die Verunreinigungen im Eisen, sodass es in geschmolzenen Stahl umgewandelt wird.

Im Gegensatz zur BOS-Methode verfolgt die EAF-Methode einen moderneren Ansatz und arbeitet mit recyceltem Stahlschrott – Stahl, der bereits produziert wurde und recycelt werden kann. Anstatt Rohstoffe wie Eisenerz zu verwenden, wird recycelter Stahl durch elektrische Hochleistungslichtbögen geleitet und zu hochwertigem Stahl geschmolzen. 

Die BOS- und die EAF-Methode unterscheiden sich zwar zunächst, aber beide erzeugen das gleiche Endergebnis: geschmolzenen Stahl.

Sobald der geschmolzene Stahl hergestellt ist, muss er mit einem sekundären Stahlherstellungsprozess behandelt werden, der die Zusammensetzung des Stahls anpasst. Dazu werden bestimmte Elemente hinzugefügt oder entfernt und/oder die Temperatur und die Produktionsumgebung verändert. 

Sobald die endgültige Zusammensetzung feststeht, ist es an der Zeit für die Herstellungs-, Verarbeitungs- und Endbearbeitungsphasen. Dazu gehören Techniken wie Kaltwalzen, Beschichten (Verzinken) oder Wärmebehandlung (Härten), die dem Stahl seine endgültige Form und Eigenschaften verleihen. 

Arten von Stahl

Es gibt einen Grund, warum Superman den Spitznamen „Mann aus Stahl“ trägt – Stahl ist stark. Aber neben seiner enormen Stärke ist die zweite große Eigenschaft von Stahl seine Vielseitigkeit. 

Während des Produktionsprozesses entstehen verschiedene Stahlsorten, die nach ihren physikalischen, chemischen und umweltbedingten Eigenschaften kategorisiert werden. Zu diesen Eigenschaften gehören der Kohlenstoffgehalt, der Anteil an Verunreinigungen und die Zugabe von anderen Legierungselementen. 

Jede Stahlsorte ermöglicht unterschiedliche Verwendungen und Anwendungen und wird anhand ihrer chemischen Strukturen und physikalischen Eigenschaften in vier verschiedene Gruppen eingeteilt:

1. Kohlenstoffstahl 

Kohlenstoffstähle enthalten Spuren von Legierungselementen wie Mangan, Silizium und Kupfer. Sie haben oft ein stumpfes und mattes Aussehen und machen 90% der gesamten Stahlproduktion aus. Es gibt drei Untergruppen, die Kohlenstoffstähle anhand ihres Kohlenstoffgehalts kategorisieren:

• Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt: Er enthält weniger als 0,3 % Kohlenstoff und ist der am häufigsten verwendete Kohlenstoffstahl. 
• Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt: enthält zwischen 0,3 % und 0,6 % Kohlenstoff und wird oft mit Mangan versetzt. 
• Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt: enthält 1,5 % Kohlenstoff und ist der stärkste unter den Kohlenstoffstählen.

2. Legierter Stahl

Legierte Stähle enthalten unterschiedliche Mengen an Legierungselementen (z.B. Aluminium, Chrom, Kupfer, Mangan, Nickel, Silizium, Titan). Diese zusätzlichen Elemente verändern die Eigenschaften des Stahls. Einige Beispiele für diese Eigenschaften sind Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit oder Duktilität. Diese Stähle sind in der Regel billiger und werden häufig für Autoteile, mechanische Arbeiten, Stromgeneratoren und Pipelines verwendet. 

3. Rostfreier Stahl

Rostfreie Stähle haben einen niedrigen Kohlenstoffgehalt und enthalten in der Regel zwischen 10 % und 20 % Chrom. Wegen ihrer Festigkeit und ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und hohe Temperaturen werden sie häufig in Haushaltsgeräten, in der Lebensmittelverarbeitung und in Küchenutensilien verwendet. 

4. Werkzeugstahl

Werkzeugstähle enthalten unterschiedliche Mengen an Kobalt, Molybdän, Wolfram und Vanadium, die sie extrem hart, langlebig und hitzebeständig machen. Diese Stähle sind ideal für die Herstellung von Metallwerkzeugen (daher ihr Name) und eignen sich hervorragend zum Bohren, Schneiden und Stanzen. 

Warum Stahl verwenden? 

Inzwischen solltest du eine gute Vorstellung davon haben, was Stahl ist und wie er hergestellt wird, aber jetzt kommt die große Frage: Warum verwenden wir ihn? Stahl ist ein starkes, haltbares und vielseitiges Material, aber er hat noch eine weitere wichtige Eigenschaft: Nachhaltigkeit. 

Stahl ist das am häufigsten recycelte Material der Welt und kann in unbegrenzter Menge wiederverwertet werden. Das liegt daran, dass er während des Recyclingprozesses nichts von seinen Eigenschaften verliert.

Die Kombination aus Nachhaltigkeit, Stärke und Vielseitigkeit macht Stahl nicht nur zu einem der wertvollsten Rohstoffe der Welt, sondern auch zu einem der meistgenutzten in unzähligen Branchen.

Vom Bau von Gebäuden, Stadien und Brücken bis hin zu unseren Autos, Pipelines, landwirtschaftlichen Geräten und Werkzeugen – Stahl ist überall und trägt zur Entwicklung unserer Gesellschaft und zur Verbesserung unseres Lebens bei.