Herstellung und Verarbeitung von Edelstahl

Vom Stahlwerk bis zur Fabrik, wie hochwertiger Edelstahl hergestellt wird

Wir stellen seit tausend Jahren Stahl her, aber Edelstahl ist ein relativer Neuling. Es wurde 1913 von Harry Brearley, einem britischen Metallurgen, erfunden. Seitdem experimentieren Chemiker, Ingenieure und Materialwissenschaftler. Als rostbeständige Legierung kann es die gleichen Materialeigenschaften wie Stahl mit der Rostbeständigkeit von Legierungen wie Aluminium bieten, jedoch zu geringeren Kosten. Anfänglich wurde Edelstahl hauptsächlich in kleinen Anwendungen verwendet, als Teile für Wasserzähler oder Pumpen, aber auch als hervorragendes Besteck. Heutzutage wird es in viel größeren Mengen auch als Konstruktionsbaustoff verwendet.

Es gibt zwei Möglichkeiten, ein rostfreies Objekt herzustellen:Ein Produkt kann aus Rohstahlstücken hergestellt werden, die gehämmert, gewalzt und verbunden werden. Oder es könnte aus geschmolzenem Stahl hergestellt werden, der in eine Form gegossen wird, die wie das Endprodukt geformt ist. Welches die effizientere Produktionsmethode für Edelstahl ist, hängt davon ab, um was für ein Produkt es sich handelt und wofür es möglicherweise verwendet wird.

Der Edelstahl-Produktionsprozess

Die Edelstahlproduktion ist ein mehrstufiger Prozess:Stahlschrott wird geschmolzen, in eine feste Form gegossen, wärmebehandelt, gereinigt und poliert.

• Schmelzen und Gießen
• Bildung
• Wärmebehandlung
• Entkalken
• Arbeitshärten
• Schneiden oder Bearbeiten
• Fertigstellung

Schmelzen und Gießen

Stahl und Legierungsmetalle werden in einen Lichtbogenofen geladen. Sobald sich das Metall im Ofen befindet, wird es auf eine bestimmte Temperatur über seinem Schmelzpunkt erhitzt, normalerweise über 2800 °F. Aufgrund der extremen Temperaturen, der Präzision und der erforderlichen großen Volumina dauert die Schmelzphase im Allgemeinen 8–12 Stunden. Während dieser Phase überprüfen Stahltechniker regelmäßig die Badtemperatur und die chemische Zusammensetzung.

Nachdem die Stahllegierung vollständig geschmolzen ist, wird die Mischung raffiniert. Argongas und Sauerstoff werden in den Ofen gepumpt, wo sie Verunreinigungen in Gas umwandeln und andere dazu bringen, Schlacke zur einfachen Entfernung zu bilden. Für die meisten Anwendungen wird der veredelte Stahl in Formen gegossen, darunter Vorblöcke, Knüppel, Brammen, Stäbe und Rundrohre. Diese werden als Rohstoffe für Schmiedeprodukte verwendet. Gießereien können Edelstahl in seine endgültige beabsichtigte Form gießen, indem sie eine Form nach diesem Design erstellen. Diese Form kann eher als Endbearbeitungsschritt als als Fertigungsschritt bearbeitet werden.

Bildung

Der meiste Gussstahl wird durch Warmwalzen geformt – die Bramme, der Block oder der Knüppel wird erhitzt und durch große Walzen geführt, wodurch der Stahl in eine längere, dünnere Form gedehnt wird. Das Warmwalzen findet oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Stahls statt. Jede Bramme wird zu einem Blech, einer Platte oder einem Streifen geformt, während Vorblöcke und Knüppel zu Drähten und Stäben geformt werden.

Kaltwalzen wird verwendet, wenn genauere Abmessungen oder ein überlegener Oberflächenglanz erforderlich sind. Sie tritt unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Stahls auf. Beim Kaltwalzen werden Räder mit kleinem Durchmesser und einer Reihe von Stützrädern verwendet, um glatte, breite Edelstahlbleche mit engen Toleranzen herzustellen.

Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlung stärkt gewalzten Edelstahl durch Rekristallisation der verformten Mikrostruktur. Die meisten rostfreien Stähle werden durch Glühen wärmebehandelt. Der Edelstahl wird auf eine exakte Temperatur oberhalb seiner Kristallisationstemperatur erhitzt und langsam unter kontrollierten Bedingungen abgekühlt. Dieser Prozess baut innere Spannungen ab und macht den Edelstahl weicher. Die Glühtemperatur, -zeit und -abkühlungsgeschwindigkeit wirken sich alle auf die Eigenschaften des gesamten Stahls aus.

Entkalkung

Ein gewalztes Stück Edelstahl erhält eine Schicht aus oxidiertem „Walzhaut“, die abgewaschen werden muss, um eine glänzende Oberfläche wiederherzustellen. Walzzunder wird normalerweise durch chemische Mittel wie Elektroreinigung und Beizen entfernt. Beim Beizen wird der Edelstahl in ein Bad aus Salpeter-Flusssäure getaucht. Die Elektroreinigung verwendet eine Kathode und Phosphorsäure, um einen Strom auf die Edelstahloberfläche zu leiten. Das entzunderte Metall wird mit einer Hochdruckwasserspülung fertiggestellt und hinterlässt ein helles, glänzendes Finish.

Arbeitshärtung

Kaltverfestigung ist der Prozess der Materialverfestigung durch Verformung. Rostfreie Stähle härten insgesamt schnell aus, wobei die genaue Rate durch die spezifische Sorte bestimmt wird. Austenitische Stähle härten leichter als andere Sorten.

Schneiden oder Bearbeiten

Edelstahl wird auf eine bestimmte Form und Größe geschnitten. Der Edelstahl kann mit Kreismessern geschoren, mit Hochgeschwindigkeitsmessern gesägt oder mit Stanzen gestanzt werden. Alternative Verfahren wie Brenn-, Plasma- und Wasserstrahlschneiden werden manchmal verwendet.

Bei in einer Gießerei gegossenen Objekten, die bereits nahezu die endgültige Form haben, kann diese Schneide-/Bearbeitungsphase nur dazu dienen, Verbindungslinien zu reinigen, Messungen auf genaue Toleranzen zu bringen oder eine Oberflächenbeschaffenheit zu erzeugen.

Fertigstellung

Edelstähle können mit einer Vielzahl von Oberflächenveredelungen hergestellt werden. Die gewählte Oberflächenbeschaffenheit ist nicht rein ästhetisch. Bestimmte Oberflächen machen Edelstahl korrosionsbeständiger, leichter zu reinigen oder leichter in der Fertigung zu verwenden. Die Art der Veredelung richtet sich nach dem Verwendungszweck.

Oberflächenveredelungen sind das kombinierte Ergebnis von Herstellungsprozessen und Veredelungsmethoden. Warmwalzen, Glühen und Entzundern erzeugen eine matte Oberfläche. Warmwalzen, gefolgt von Kaltwalzen auf Polierwalzen, wodurch ein glänzendes Finish erzielt wird. Eine Kombination aus Kaltwalzen, Glühen und Polieren mit einer feinen Oberfläche erzeugt eine reflektierende Oberfläche. Zur Endbearbeitung von Edelstahloberflächen wird eine Reihe von Schleif-, Polier-, Schwabbel- und Sandstrahlgeräten verwendet.

Qualitätskontrolle und Inspektion

Obwohl während der gesamten Herstellung und Fertigung von rostfreien Stählen In-Prozess-Kontrollen bestehen, reichen sie in der Regel nicht aus, um internationale Qualitätsstandards zu erfüllen. Vor dem Versand muss jede Charge Edelstahl chemisch und mechanisch getestet werden, um sicherzustellen, dass sie den gewünschten Spezifikationen entspricht.

Mechanische Prüfung

Mechanische Tests messen die physikalische Fähigkeit eines rostfreien Stahls, Belastungen, Spannungen und Stößen standzuhalten. Zu den mechanischen Tests gehören die oben unter „Mechanische Eigenschaften“ beschriebenen Zug-, Brinell- und Zähigkeitstests.

Chemische Prüfung

Chemische Tests überprüfen die genaue Chemie einer Probe, bevor die Edelstahlsorte zertifiziert wird. Chemische Tests werden üblicherweise durch zerstörungsfreie spektrochemische Analyse durchgeführt. Bei Edelstählen ist die Korrosionsbeständigkeit von besonderer Bedeutung. Stahlwerke testen und messen die Korrosionsbeständigkeit mit Salzsprühnebeltests – je länger der Stahl nach Salzsprühnebel-Einwirkung korrosionsfrei bleibt, desto höher ist die Korrosionsbeständigkeit.

Weltweite Edelstahlproduktion

Nachdem Edelstahl erfunden wurde, fanden Ingenieure und Erfinder schnell Anwendungen dafür. Besteck wurde fünf Jahre hergestellt, nachdem Brearley erkannt hatte, dass sein Chromstahl rostbeständig war. 1926, als Edelstahl dreizehn Jahre alt war, wurde er erstmals für chirurgische Implantate verwendet. 1935 erschien das erste mit Edelstahl verkleidete Flugzeug. Die Kriegsanstrengungen trugen dazu bei, die Produktionskapazität für Edelstahl zu erhöhen.

Zwischen 2005 und 2018 verdoppelte sich die Edelstahlproduktion auf eine weltweite Produktion von 50,7 Millionen Tonnen. China ist der weltweit größte Produzent des Metalls.

Als relativer Newcomer im Baustoffhandel ist Edelstahl ein Werkstoff mit noch mehr Möglichkeiten. Innovationen wie Duplex-Edelstahl kommen immer noch vor. Da neue chemische Zusammensetzungen erforscht werden, ist es möglich, dass weiterhin neue Edelstahlsorten für Anwendungen entdeckt werden, die wir uns noch nicht vorgestellt haben.