Edelstahlproduktion: Vom Werk zum fertigen Produkt

Vom Stahlwerk zur Fabrik – wie qualitativ hochwertiger Edelstahl hergestellt wird

Wir stellen seit tausend Jahren Stahl her, aber Edelstahl ist ein relativ neuer Ankömmling. Er wurde 1913 von Harry Brearley, einem britischen Metallurgen, erfunden. Chemiker, Ingenieure und Materialwissenschaftler experimentieren seither. Als rostbeständige Legierung kann er dieselben Materialeigenschaften wie Stahl mit der Rostbeständigkeit von Legierungen wie Aluminium bieten, aber zu geringeren Kosten. Zunächst wurde Edelstahl meist in kleinen Anwendungen verwendet, als Teile für Wasserzähler oder Pumpen sowie als ausgezeichnetes Besteck. Heutzutage wird er auch als strukturelles Baumaterial in viel größeren Mengen eingesetzt.

Es gibt zwei Wege, wie ein Edelstahlobjekt hergestellt werden kann: Ein Produkt könnte aus rohen Stahlstücken bestehen, die gehämmert, gewalzt und verbunden werden. Oder es könnte aus geschmolzenem Stahl bestehen, der in eine Form gegossen wird, die wie das Endprodukt geformt ist. Welche Edelstahlproduktionsmethode effizienter ist, hängt davon ab, was das Produkt ist und wofür es verwendet werden könnte.

Der Edelstahlproduktionsprozess

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

• Schmelzen und Gießen
• Umformen
• Wärmebehandlung
• Entzundern
• Arbeitshärtung
• Schneiden oder Zerspanen
• Veredelung

Schmelzen und Gießen

Stahl und Legierungsmetalle werden in einen Lichtbogenofen geladen. Einmal im Ofen wird das Metall auf eine spezifische Temperatur über seinem Schmelzpunkt erhitzt, usually über 1.540 °C (2.800 °F). Aufgrund der extrem hohen Temperaturen, der erforderlichen Präzision und der großen Volumen dauert die Schmelzphase generally 8–12 Stunden. Während dieser Phase überprüfen Stahltechniker regelmäßig die Badetemperatur und chemische Zusammensetzung.

Nachdem die Stahllegierung vollständig geschmolzen ist, wird die Mischung veredelt. Argon-Gas und Sauerstoff werden in den Ofen gepumpt, wo sie Verunreinigungen in Gas umwandeln und andere zu Schlacke für einfache Entfernung bilden. Für die meisten Anwendungen wird der veredelte Stahl in Formen einschließlich Blöcke, Knüppel, Brammen, Stäbe und Rohrrunden gegossen. Diese werden als Rohmaterial für geschmiedete Produkte verwendet. Gießereien können Edelstahl in seine endgültige beabsichtigte Form gießen, indem sie eine Form für dieses Design erstellen. Diese Form kann einige Bearbeitungsschritte als Veredelungsschritt durchlaufen, anstatt als Fertigungsschritt.

Umformen

Die meisten gegossenen Stähle werden durch Warmwalzen geformt – die Bramme, der Block oder der Knüppel wird erhitzt und durch große Walzen geführt, die den Stahl in eine längere, dünnere Form dehnen. Warmwalzen erfolgt über der Rekristallisationstemperatur des Stahls. Jede Bramme wird zu einem Blech, einer Platte oder einem Band geformt, während Blöcke und Knüppel zu Drähten und Stäben geformt werden.

Kaltwalzen wird verwendet, wenn präzisere Abmessungen oder ein überlegener Oberflächen-glanz erforderlich sind. Es erfolgt unter der Rekristallisationstemperatur des Stahls. Kaltwalzen verwendet kleine Durchmesser-Räder mit einer Reihe von Stützrädern, um glatte, breite Edelstahlbleche mit engen Toleranzen zu erzeugen.

Wärmebehandlung

Wärmebehandlung stärkt gewalzten Edelstahl durch Rekristallisation der verformten Mikrostruktur. Die meisten Edelstähle werden durch Glühen wärmebehandelt. Der Edelstahl wird auf eine exakte Temperatur über seiner Kristallisationstemperatur erhitzt und unter kontrollierten Bedingungen langsam abgekühlt. Dieser Prozess löst innere Spannungen und weicht den Edelstahl auf. Die Glühtemperatur, Zeit und Abkühlrate beeinflussen alle die Eigenschaften des fertigen Stahls.

Entzundern

Ein gewalztes Stück Edelstahl erhält eine Schicht oxidierten „Zunders“, die abgewaschen werden muss, um einen glänzenden Oberflächenfinish wiederherzustellen. Zunder wird usually durch chemische Mittel wie elektrochemische Reinigung und Beizen entfernt. Beim Beizen wird der Edelstahl in ein Bad aus Salpetersäure-Hydrofluorsäure getaucht. Die elektrochemische Reinigung nutzt eine Kathode und Phosphorsäure, um einen Strom auf die Edelstahloberfläche zu leiten. Das entzunderte Metall wird mit einem Hochdruck-Wasserspülgang abgeschlossen, wodurch ein heller, glänzender Finish entsteht.

Arbeitshärtung

Arbeitshärtung ist der Prozess der Materialverstärkung durch Verformung. Edelstähle härten insgesamt schnell aus, wobei die genaue Rate durch die spezifische Güte bestimmt wird. Austenitische Stähle härten leichter aus als andere Güten.

Schneiden oder Zerspanen

Edelstahl wird auf eine spezifizierte Form und Größe geschnitten. Der Edelstahl kann mit Kreismessern geschert, mit Hochgeschwindigkeitsklingen gesägt oder mit Stanzwerkzeugen ausgestanzt werden. Alternative Methoden wie Flamme, Plasma und Wasserstrahlschneiden werden manchmal verwendet.

Für Objekte, die in einer Gießerei bereits nahe der Endform gegossen wurden, kann dieser Schneide-/Bearbeitungsschritt nur dazu dienen, Verbindungslinien zu reinigen, Maße auf präzise Toleranzen zu bringen oder einen Oberflächenfinish zu erzeugen.

Veredelung

Edelstähle können mit einer Vielzahl von Oberflächenfinishes hergestellt werden. Die gewählte Oberflächenveredelung ist nicht rein ästhetisch. Bestimmte Finishes machen Edelstahl korrosionsbeständiger, leichter zu reinigen oder in der Fertigung leichter einsetzbar. Die Art des Finish wird durch die beabsichtigte Anwendung bestimmt.

Oberflächenfinishes sind das kombinierte Ergebnis von Fertigungsprozessen und Veredelungsmethoden. Warmwalzen, Glühen und Entzundern erzeugen ein matteres Finish. Warmwalzen gefolgt von Kaltwalzen auf Polierwalzen erzeugt ein helles Finish. Eine Kombination aus Kaltwalzen, Glühen und Polieren mit einer feinen Oberfläche erzeugt eine reflektierende Oberfläche. Eine Reihe von Schleif-, Polier-, Bürst- und Sandstrahlgeräten wird bei der Veredelung von Edelstahloberflächen eingesetzt.

Qualitätskontrolle und Inspektion

Obwohl In-Prozess-Kontrollen während der gesamten Herstellung und Fertigung von Edelstählen existieren, sind sie typically nicht ausreichend, um internationale Qualitätsstandards zu erfüllen. Bevor sie versendet werden, muss jeder Edelstahlbatch chemischen und mechanischen Tests unterzogen werden, um sicherzustellen, dass er die gewünschten Spezifikationen erfüllt.

Mechanische Prüfung

Mechanische Prüfung misst die physische Fähigkeit eines Edelstahls, Lasten, Spannungen und Stöße zu widerstehen. Mechanische Tests umfassen die oben beschriebenen Zug-, Brinell- und Zähigkeitsprüfungen.

Chemische Prüfung

Chemische Tests überprüfen die exakte Chemie einer Probe vor der Zertifizierung der Edelstahlgüte. Chemische Tests werden usually durch nicht-destruktive spektrale Analyse durchgeführt. Korrosionsbeständigkeit ist von besonderer Bedeutung für Edelstähle. Stahlwerke testen und messen Korrosionsbeständigkeit mit Salzsprühtests – je länger der Stahl nach Exposition gegenüber Salznebel unverändert bleibt, desto höher die Korrosionsbeständigkeit.

Weltweite Edelstahlproduktion

Nach der Erfindung von Edelstahl fanden Ingenieure und Erfinder schnell Anwendungen dafür. Besteck war fünf Jahre nach Brearleys Erkenntnis, dass sein Chrom-Stahl rostbeständig war, in Produktion. 1926, als Edelstahl dreizehn war, begann die Verwendung in chirurgischen Implantaten. 1935 sah das erste edelstahlverkleidete Flugzeug. Kriegsanstrengungen halfen, die Fertigungskapazität für Edelstahl zu erhöhen.

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

Als relativ neuer Ankömmling in Baumaterialien ist Edelstahl ein Material mit noch mehr Möglichkeiten. Innovationen wie Duplex-Edelstahl finden noch statt. Da neue Chemien erforscht werden, ist es möglich, dass neue Edelstahlgüten weiterhin für Anwendungen entdeckt werden, die wir uns noch nicht vorstellen können.