Wer an Stahl denkt, denkt vielleicht an einen Wolkenkratzer, der aus massiven genieteten Balken zusammengebaut wird, während andere sich bei einer Autoshow die Karosserie und den Motor eines Oldtimers vorstellen. Tatsächlich ist Stahl in vielen Dingen enthalten, die Menschen täglich verwenden. Das Verständnis der chemischen Zusammensetzung von Stahl ist nützlich, um zu bestimmen, welche Art von Stahl verwendet werden sollte und in welcher Anwendung er verwendet werden soll. Da Stahl eher eine Mischung als eine chemische Verbindung ist, hat er keine festgelegte chemische Verbindungsformel. Wenn Sie auf der Suche nach dem richtigen Stahl sind, bestimmen die Additive, welcher Stahl für Ihren Zweck am besten geeignet ist.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Stahl ist eine Mischung aus Eisen und Kohlenstoff, die mit einem oder mehreren anderen Metallen oder Nichtmetallen verschmolzen ist. Da Stahl eher eine Mischung als eine chemische Verbindung ist, hat Stahl keine festgelegte chemische Verbindungsformel. Die Namenskonvention für Stahl hängt von der Zusammensetzung des Stahls ab – was mit dem Eisen vermischt wird – wie Kohlenstoffstahl oder Wolframstahl.
Eisen und Kohlenstoff spielen eine große Rolle
Eisen ist ein mäßig reaktives Metall, das dazu neigt, sich chemisch mit Nichtmetallen wie Sauerstoff und Kohlenstoff zu verbinden. Wenn Eisen abgebaut oder anderweitig in der Natur gefunden wird, wird es typischerweise als natürlich vorkommendes Mineral gefunden. Wenn Eisenerz in Gegenwart eines Reduktionsmittels wie Kohlenmonoxid erhitzt wird, entsteht metallisches Eisen. Von dort wird Eisen weiter veredelt, um eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung herzustellen, aus der das Material hergestellt werden kann, das wir als Stahl kennen.
Die Eisen-Kohlenstoff-Legierung ist das Grundmaterial von Stahl. Der Kohlenstoffanteil in der Legierung liegt in der Regel bei etwa 0,15 bis 0,30 Prozent und bestimmt die Anfangsfestigkeit und Duktilität – also die Einzieh- oder Verarbeitbarkeit – der Legierung. Wenn die Legierung einen größeren Kohlenstoffanteil hat, ist der Stahl fester. Es ist jedoch weniger duktil als eine kohlenstoffärmere Legierung.
Nachdem die Eisen-Kohlenstoff-Legierung auf das gewünschte Verhältnis von Kohlenstoff zu Eisen verfeinert wurde, können zusätzliche Materialien hinzugefügt werden, um die Eigenschaften der endgültigen Stahllegierung zu verbessern. Wenn die endgültige Legierung beispielsweise Edelstahl ist, werden der Mischung Chrom und Mangan zugesetzt.
Verbesserung von Stahl
Während einige Stahlsorten, wie z. B. Baustahl, nur aus Eisen und Kohlenstoff bestehen können, werden mehrere wichtige chemische Elemente zur Herstellung von Baustahl verwendet. Zum Beispiel werden Mangan und Niob verwendet, um Stahl zusätzliche Festigkeit zu verleihen, während Chrom, Nickel oder Kupfer hinzugefügt werden, um die Anfälligkeit des Stahls für Rost und Korrosion zu verringern. In ähnlicher Weise können Molybdän, Vanadium, Wolfram oder Titan hinzugefügt werden, um andere Aspekte des Stahls zu verbessern, um die Leistung zu verbessern. Stähle können durch Rostschutz durch Galvanisieren (Beschichten mit Zink, oft durch Tauchen) weiterverarbeitet werden in geschmolzenes Zink) oder Galvanisieren (Aufbringen einer Materialbeschichtung auf der Oberfläche mit einem elektrischen Strom).