Werkstoffkunde Stahl

Band 1: Grundlagen

herausgegeben von: Verein Deutscher Eisenhüttenleute

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Professional Book Archive

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Die technische und wirtschaftliche Bedeutung des Stahls

Frontmatter

A 1. Geschichtlicher Rückblick auf die Entwicklung der Stahlerzeugung bis 1870

Zusammenfassung

Die Entdeckung des Eisens, der Möglichkeit, es aus seinen Erzen zu gewinnen, und seiner vielfältigen Gebrauchseigenschaften brachten gegenüber den bis dahin verwendeten Werkzeugen aus Holz, Stein, Knochen und Bronze eine solche Verbesserung der Lebensbedingungen und Kultur der Menschheit, daß die Historiker mit ihr die Kulturperiode der Eisenzeit als Nachfolgerin der Steinzeit und der Bronzezeit beginnen lassen. Auch wenn man heute wegen des über Jahrhunderte währenden Nebeneinanders von Bronze und Eisen diese Zeitabschnitte in den Begriff „Metalli- cum“ zusammenfaßt [1], so bleibt doch unbestritten, daß die Auffindung und Entwicklung der Eisenwerkstoffe, als deren wichtigster und vielseitigster Vertreter sich der Stahl erwiesen hat, die Möglichkeiten, die Erde zur Verbesserung der Lebensverhältnisse einer ständig sich mehrenden Zahl der Menschen zu nutzen, eindeutig erweitert haben. Nach den bisherigen Ergebnissen der Geschichtsforschung für den Mittelmeerraum und für Europa hat die Erzeugung und Anwendung des Eisens in Kleinasien und Ägypten etwa im 2. Jahrtausend v. Chr. begonnen und sich langsam im Laufe der Jahrhunderte über Griechenland und das Römische Reich nach Mittel- und Nordeuropa ausgebreitet. Im Anfang war das metallische Eisen sehr selten und wurde deshalb als so wertvoll angesehen, daß es bevorzugt zu Schmuck verarbeitet wurde. Man erkannte aber bald seine Überlegenheit gegenüber den bisherigen Materialien für Werkzeuge zur Bearbeitung des Bodens, von Holz und Gestein, für Jagdgeräte und—leicht verständlich—auch für Angriffs- und Verteidigungswaffen

Verein Deutscher Eisenhüttenleute

A 2. Die heutige Bedeutung des Stahls

Zusammenfassung

Für die Zeit von 1870 an ist innerhalb der Vereinten Nationen nachträglich eine alle Länder erfassende Statistik über die Rohstahlerzeugung vereinbart worden, auf der Bild A1 und A 2 fußen [8]. Sie beginnt mit einer Rohstahlerzeugung in der Welt von 9800000 t, an der beteiligt waren Großbritannien mit 34,4%, die Vereinigten Staaten von Amerika mit 16,2%, Deutschland im damaligen Gebietsumfang mit 10,6%, Frankreich mit 10,0%, Belgien mit 8,0%, Österreich-Ungarn mit 3,6%, Schweden mit 2,9%, Italien und Spanien mit je 0,6%, Rußland mit etwa 0,2%, Japan noch gar nicht. Die Länder, die heute der Europäischen Gemeinschaft für Kohle und Stahl angehören, trugen damals rd. zwei Drittel zur Welterzeugung bei; 1982 war ihr Anteil auf 17% gesunken, wenn auch ihre Erzeugung im selben Zeitraum von 6,7 auf 111,3 Mio. t gestiegen ist. In diesen Zahlen kommt zum Ausdruck, in welchem Maße in den letzten 100 Jahren die Erzeugung und damit der Verbrauch von Stahl zugenommen haben, aber auch, daß weit mehr Länder sich an der Stahlerzeugung beteiligen, um den Bedürfnissen der steigenden Zahl von Menschen mit höheren Ansprüchen an ihre Lebensverhältnisse zu genügen.

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A 3. Derzeitige Einteilung des Stahls nach Eigenschaften, Verwendungsbereichen und Erzeugnisformen

Zusammenfassung

Bei der Vielfalt der Stahlsorten und ihrer Erzeugnisformen ist es fast eine Notwendigkeit, zumindest aber angebracht, eine Einteilung nach Gruppen gleichartiger Merkmale anzustreben, sei es im Hinblick auf volkswirtschaftliche Statistiken über Erzeugung, Einfuhr und Ausfuhr, auf technische Erörterungen zwischen Erzeugern, auf Verhandlungen mit Verbrauchern über die für sie in Betracht kommenden Sorten und über Lieferbedingungen, mit Behörden über Zölle und Zulassungen, auf die Aufstellung von Normen, schließlich auch im Hinblick auf planmäßige Sorten- und Kurzbezeichnungen oder Benummerungen.

Verein Deutscher Eisenhüttenleute

A 4. Stahl als unentbehrlicher Bau- und Werkstoff

Zusammenfassung

Die Geschichte—auch der Eisenwerkstoffe—zeigt, daß es im Wettbewerb nicht nur darauf ankommt, die eigenen Erzeugnisse ständig zu verbessern und zu verbilligen, sondern auch dieEntwicklung auf benachbarten Gebieten zu verfolgen. Das gilt erst recht für den Stahl mit seinen weit gestreuten Anwendungsmöglichkeiten. Tabelle A6 möge deshalb über die Menge an den hauptsächlichen Metallen und Stoffen unterrichten, die in der Bundesrepublik Deutschland und in den drei größten Eisenindustrieländern sowie in der Welt erzeugt wurden. In ihr erscheint nur Zement mit einer Erzeugung—und entsprechend einem Verbrauch—ähnlich der des Rohstahls, nämlich von 827 Mio.t im Jahre 1981. Es leuchtet sofort ein, daß in vielen Ländern das Bauen mit Beton und Mauerwerk, zu dem der Zement notwendig ist, noch einfacher und billiger als in der Bundesrepublik ist. Ebenso klar ist aber, daß für diese Bauweisen auch Stahl benötigt wird, er also nicht verdrängt wird. Man denke weiter daran, daß Zement wirtschaftlich nicht ohne Öfen und Mühlen aus Stahl hergestellt werden kann. Die übrigen in Tabelle A6 erwähnten Stoffe bleiben in ihrer Menge weit hinter Stahl zurück. Ein Wettbewerb hat sich nur in kleinen Verwendungsbereichen, z.B. mit Aluminium und Titan im Flugzeugbau, mit Nickel bei Anforderungen an Warmfestigkeit und Hitzebeständigkeit, ergeben. Viel wichtiger ist die Verwendung dieser Stoffe zur Legierung und Oberflächenveredelung des Stahls, wie schon vorher erwähnt wurde.

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Gefügeaufbau der Stähle

Frontmatter

B1. Einleitung

Zusammenfassung

Die verschiedenartigen Mikrogefüge im Werkstoff Stahl bewirken die Vielfalt seiner Eigenschaften. Je besser die Einstellung dieser Mikrogefüge durch die Wahl der chemischen Zusammensetzung und dann durch geeignete thermische und mechanische Behandlungen beherrscht wird, um so eher können Stähle mit gewünschten Eigenschaften gezielt erzeugt werden. Deshalb sollen im folgenden metallkundliche und metallphysikalische Modellvorstellungen zusammengestellt werden, die ein vertieftes Verständnis für die Reaktionen ermöglichen, durch die die Werkstoffgefüge entstehen.

Wolfgang von Pitsch, Gerhard Sauthoff

B2. Thermodynamik des Eisens und seiner Legierungen

Zusammenfassung

Es werden die eine Phasenumwandlung antreibenden Kräfte - kurz: die Umwandlungskräfte - in Anlehnung an die Vorstellungen der Mechanik aus dem Begriff des Potentials - hier: des thermodynamischen Potentials - entwickelt. Dazu wird in diesem Kapitel beschrieben, wie das thermodynamische Potential einer Phase und die aus ihm abgeleiteten integralen und partiellen thermodynamischen Größen bei konstant gehaltenem Druck in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung und der Temperatur ausgedrückt und zahlenmäßig abgeschätzt werden können. Außerdem werden mit Hilfe atomistischer Vorstellungen die physikalischen Ursachen beschrieben, um dadurch ein besseres Verständnis zu gewinnen. Einige Grundvorstellungen aus dem Gebiet der Thermodynamik metallischer Legierungen werden vorausgesetzt. Für ein umfassenderes Studium sei deshalb auf die Lehrbuchliteratur z.B. [1–6] verwiesen.