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Stahl für Dummies

Was ist Stahl?

Stahl ist eine Legierung, also eine Mischung, von Eisen und Kohlenstoff. Dies ist so grundsätzlich, dass es gar nicht mehr explizit erwähnt wird.

Stahl entsteht aus Roheisen, das einen hohen Kohlenstoffanteil von ca 4% aufweist und damit nur schwer bearbeitbar ist, durch abkohlen. Der hohe Kohlenstoffanteil im Roheisen bedingt nämlich eine hohe Sprödigkeit und ein plötzliches Erweichen bei Erhitzung. Wegen dieser plötzlichen Erweichung ist Roheisen nicht schmiedbar, man kann Roheisen jedoch zum Giessen verwenden. Die Abkohlung, auch "Frischen" genannt macht aus dem nicht schmiedbaren Roheisen schmiedbaren Stahl.

Stahl bezeichnet also Eisen, dessen Kohlenstoffgehalt durch Frischen so reduziert wurde, dass es schmiedbar ist.

Das Frischen

Die Reduktion des Kohlenstoffanteils im Eisen, geschieht durch Zugabe von Sauerstoff zum geschmolzenen Eisen, wobei der Kohlenstoff mit dem Sauerstoff verbrennt bzw. oxidiert und Kohlendioxid, CO2, entsteht.

Es gibt grob zwei Wege zu Frischen:

Bei ersterem wird der Sauerstoff durch kleine Löcher (ca. 2cm) im Schmelztigel (hier Konverter genannt) geblasen. Alle Fremdstoffe im Eisen werden so ausgeschieden. D.h. aber auch, dass man erwünschte Fremdstoffe, wie etwa den Kohlenstoff, später wieder hinzugeben muss.

Beim zweiten Verfahren wird Sauerstoff bzw. Flammengase von oben auf die Schmelze geblasen. Man kann bei diesem Verfahren das Ausmass der Oxidation steuern, so dass man z.B. noch 0,5% Kohlenstoff im Eisen behalten kann.

Kohlenstoff

Womit wir beim Kohlenstoffgehalt von Stahl angekommen sind:

Wie oben bereits erwähnt, hat (Roh)Eisen einen C-Anteil von ca. 4%. Durch Abkohlen/Frischen verringert man diesen Wert auf 0,2-1,7% Kohlenstoff. Stahl mit einem C-Anteil in diesem Bereich ist härtbar und wird daher härtbarer Stahl genannt.

Ist der C-Anteil geringer als 0,2%, ist Stahl nicht mehr härtbar.

Neben dem Kohlenstoff gibt es noch viele andere Legierungszusätze (Kohlenstoff-/Carbonstähle selbst zählen jedoch als unlegierter Stahl!).

Jedes dieser Zusätze bedingt eine andere Eigenschaft des resultierenden Stahls. Es bestehen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Zusätzen, die ich hier jedoch nicht näher beschreiben will.[cf. Tardy, Legierungselemente]

Chrom ist z.B. ein solcher Legierungszusatz. Chrom macht den Stahl rostfrei, bzw. er braucht zumindet sehr viel länger, bis er rostet. 100%ig rostfrei bekommt man nämlich keinen Stahl. Er kann nur rostträge sein.

Im Zusammenhang mit der Schärfe von Messern muss man wissen, dass rostender Stahl schärfer gemacht werden kann, als rostfreier Stahl. Das liegt daran, dass die Zusätze, die beigesetzt werden um den Stahl rostfrei zu machen, eine grössere Korngrösse im Stahl hervorrufen, weshalb ein solcher Stahl keine so feine Schneide halten kann, wie rostender Stahl.

Nochmal kurz zusammengefasst

Je höher der Kohlenstoffanteil im Stahl, desto härter, jedoch auch spröder ist er. Je härter ein Stahl, desto länger bleibt eine Klinge scharf, jedoch ist sie ausbruchanfälliger.

Stahltabellen

die Zusammensetzung verschiedener Stähle
G.v.Tardy - Damaszenerstahl sehr gute Seite!
Hier kann man einiges über Stahlgefüge (Martensit, Perlit, etc.) lernen. Hauptsächlich geht es aber um Damaszenerstahl, wie der Name der Seite schon andeutet.
History of Steel ebenfalls sehr interessant!