Stahl - eine Säule in der modernen Bauindustrie - gibt es in verschiedenen Formen, um die Anforderungen zu erfüllen. Kohlenstoffstahl und Baustahl sind die gebräuchlichsten Stahlsorten mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungen in der Industrie.
Der Hauptbestandteil von Kohlenstoffstahl ist Kohlenstoff, der sich aus mehreren verschiedenen Komponenten zusammensetzt. Baustahl hingegen ist eine der Arten von Kohlenstoffstahl, hat aber einen geringeren Kohlenstoffgehalt. Machen Sie sich bereit, in die Welt des Stahls einzutauchen und sich eingehend mit Baustahl und Kohlenstoffstahl zu befassen.
Was ist Baustahl?
Da es sich um einen Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt handelt, ist er verformbar und wird häufig für strukturelle und bauliche Anwendungen verwendet.
- Zusammensetzung des Kohlenstoffs: 04 Prozent bis 0,3 Prozent.
- Baustahl ist dehnbar.
Was ist Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt?
Da es sich um einen Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt handelt, wird er häufig für Achsen, Zahnräder und Schienen verwendet.
- Enthält eine moderate Menge an Kohlenstoff, etwa 0,3 bis 0,6 Prozent.
- Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt steht für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Duktilität.
Was ist Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt?
Er enthält mit 0,6% bis 1,5% mehr Kohlenstoff als die beiden vorherigen Typen. Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt ist hart und eignet sich für Schneidwerkzeuge und Federn.
Weicher vs. mittlerer vs. hochgekohlter Stahl
Stärke
Baustahl ist nicht so fest wie Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt, bietet aber eine gute Festigkeit für verschiedene Anwendungen. Er wird verwendet, wenn keine hohe Festigkeit erforderlich ist, sondern ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Eigenschaften wie Verformbarkeit. Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt kann im Vergleich zu Baustahl eine hohe Festigkeit aufweisen und eignet sich daher für verbesserte mechanische Eigenschaften.
Dauerhaftigkeit
Weichstahl ist haltbar und widerstandsfähig gegen Beschädigungen, aber korrosionsbeständiger als Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt. Die Beschichtung oder Verzinkung einer Oberfläche kann ihre Haltbarkeit erhöhen. Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt und zusätzlichen Legierungselementen kann eine bessere Haltbarkeit, Verschleißfestigkeit und Härte aufweisen. Je nach der spezifischen Zusammensetzung kann er jedoch korrosionsanfälliger sein.
Vielseitigkeit
Wenn die Erschwinglichkeit im Vordergrund steht, kann Baustahl für verschiedene Anwendungen in Betracht gezogen werden. Seine Vielseitigkeit zeigt sich in der einfachen Verarbeitung und den Anwendungen in verschiedenen Sektoren wie dem Baugewerbe und der Automobilbranche.
Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt ist aufgrund seiner Härte und Sprödigkeit weniger vielseitig einsetzbar. Dennoch ist er für spezielle Anwendungen wie Schneidwerkzeuge und hochfeste Bauteile vielseitig einsetzbar.
Ist Kohlenstoffstahl härter als Baustahl?
Bei der Analyse der Härte von Baustahl im Vergleich zu Kohlenstoffstahl müssen der Kohlenstoffgehalt des Stahls und mögliche Legierungselemente berücksichtigt werden.
Kohlenstoffstahl weist aufgrund seines höheren Kohlenstoffgehalts eine größere Härte auf als Baustahl.
Im Gegensatz dazu hat Baustahl einen geringeren Anteil an Kohlenstoff, was zu einer weicheren Beschaffenheit führt. In Anbetracht ihrer Verwendungszwecke wird Baustahl dort verwendet, wo die Härte nicht das Ziel ist. Im Gegensatz dazu ist Kohlenstoffstahl aufgrund seines höheren Kohlenstoffgehalts dort unverzichtbar, wo Härte erforderlich ist.
Vergleich zwischen Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl: Beide sind stabil, aber legierter Stahl bietet mit zusätzlichen Elementen eine höhere Korrosionsbeständigkeit.
Wie widerstandsfähig ist Kohlenstoffstahl gegen Korrosion?
Die Korrosionsbeständigkeit eines jeden Kohlenstoffstahls ist ein entscheidender Aspekt, der seine Leistung beeinflussen kann.
Baustahl ist anfällig für Korrosion, insbesondere bei Feuchtigkeit. Er kann leicht rosten, wenn er rauen Umgebungen ausgesetzt ist.
Der geringe Kohlenstoffgehalt macht es anfällig für Oxidation, wobei sich Rost (Eisenoxid) auf der Oberfläche bildet. Vorbeugende Maßnahmen wie Beschichtung, Anstrich und Verzinkung können seine Korrosionsbeständigkeit erhöhen.
Die Korrosionsbeständigkeit von Kohlenstoffstahl kann von Faktoren wie Legierungselementen und Wärmebehandlung abhängen. Im Allgemeinen verhindert der erhöhte Kohlenstoffgehalt Korrosion.
Legierungselemente wie Chrom können die Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessern. Nichtrostender Stahl enthält Chrom, das für eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit sorgt.
Herstellungsprozess von Kohlenstoffstahl und Baustahl
Das Herstellungsverfahren variiert leicht je nach der gewünschten Stahlsorte und dem Endprodukt. Drei Hauptschritte:
Primärer Prozess
Stahl kann aus recycelten Materialien oder in Kombination mit neuem Stahl im Sauerstoff-Basis-Ofen hergestellt werden.
Sauerstoff spielt bei der Stahlerzeugung eine entscheidende Rolle. Eisenerz und Koks, die als Rohstoffe dienen, werden einer Umwandlung unterzogen. Der geschmolzene Stahl wird dann in Formen gegossen. Auf diese Weise werden Brammen und Blöcke geformt. Das Endprodukt hat daher einen hohen Kohlenstoffgehalt (0,5 Prozent).
Sekundäres Verfahren
Es geht um die Herstellung von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt, der den Anforderungen des Marktes entspricht. Je nach gewünschtem Stahl (mit hohem, niedrigem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt) finden hier alle erforderlichen Änderungen statt.
Elektrolichtbogenofen (EAF)
Dabei wird die Stahlzusammensetzung durch gezielte Hinzufügung oder Entfernung von Komponenten oder alternativ durch Anpassung der Temperatur verändert.
- Rühren
Bei dieser Technik werden elektromagnetische Felder eingesetzt, um in der Pfanne turbulente Strömungen zu erzeugen, die nichtmetallische Stoffe wirksam abscheiden. Ziel ist es, eine einheitliche und gut gemischte Zusammensetzung des Stahls zu erreichen.
- Pfannenofen
Die Verwendung eines Sekundärelektrodenofens gewährleistet eine präzise Temperaturregelung und die genaue Einführung der Legierungsbestandteile.
- Pfanneneinspritzung
Um das Rührphänomen auszulösen, wird vom Boden des geschmolzenen Stahls aus Inertgas eingeleitet, das erhitzt wird und durch das flüssige Metall aufsteigt.
- Entgasung
Die Reduzierung des Schwefelgehalts im Produkt bei gleichzeitiger Entfernung von Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Eine Kombination aus Vakuumtechnik, Injektion von Inertgasen und präziser Temperaturregelung wird eingesetzt, um Gase aus flüssigem Stahl in einem Entgasungsprozess zu entfernen.
- Anpassung der Zusammensetzung
Rühren durch Einblasen von Argongas in ein versiegeltes Stahlbad mit Sauerstoffeinblasung.
Desoxidation von Stahl
Der kontrollierte Entzug von Sauerstoff kann entscheidend sein, um die Eigenschaften des Endprodukts zu verändern.
- Rahmungsstähle
Nicht oder teilweise desoxidierter Stahl
- Gedeckelte Stähle
Schimmelpilzkappen verhindern die Bildung von Kohlenmonoxid
- Halbberuhigte Stähle
0,15- 0,3% Kohlenstoff, teilweise desoxidiert
- Getötete Stähle
Vollständig desoxidiert mit Kohlenstoff bis zu 0,15-0,3%
Gießen
Beim Gießen wird der flüssige Stahl in separate Formen gegossen, die auf Eisenbahnwaggons stehen. Um die Entnahme der Ingots nach dem Gießen zu erleichtern, sind die Kokillen verjüngt. Mit Hilfe von Gießmaschinen wird der flüssige Stahl in Formen gegossen, die für die nachfolgende Verarbeitung geeignet sind. Die Blöcke werden zum Warmwalzen transportiert, und in der Gießmaschine wird der Stahl zu Brammen, Knüppeln und Vorblöcken verarbeitet.
Finishing-Prozesse
Der Veredelungsprozess kann sich auf das Aussehen und die Leistung des Endprodukts auswirken.
Rollender
- Produkt Rolling
Um die massiven Gussblöcke in eine brauchbare Form zu bringen, werden sie gewalzt. Dabei bewegt sich eine rotierende Walze schneller als der Stahl, schiebt ihn vorwärts und verdichtet ihn.
- Warmumformung
Der Stahl wird über seine Rekristallisationstemperatur hinaus erhitzt, um eine gleichmäßige Korngröße und eine gleichmäßige Kohlenstoffverteilung zu erreichen.
- Kaltumformung
Bei einer Temperatur, die unter der Rekristallisationstemperatur liegt, erhöht das Kaltverfestigen die Festigkeit um 20%.
Wärmebehandlung
Durch die Wärmebehandlung wird die Kohlenstoffverteilung verändert, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
- Normalisierung
Um seine Festigkeit und Härte zu erhöhen, wird der Stahl einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der er über 55 °C und über den oberen kritischen Punkt hinaus erhitzt wird. Der Stahl wird dann gleichmäßig erhitzt und anschließend an der Luft abgekühlt.
- Glühen
Bei der Wärmebehandlung wird der Stahl dreißig Minuten lang der Mischkristalltemperatur ausgesetzt und anschließend schrittweise abgekühlt. Diese Behandlung führt zur Entwicklung einer Stahlvariante, die sowohl biegsam als auch duktil ist.
- Abschrecken
Dabei wird der Stahl schnell in Wasser, Sole oder Öl abgekühlt, wodurch ein zähes, aber sprödes und bruchgefährdetes Material entsteht.
Oberflächenbehandlung
Bei etwa 33% der weltweiten Stahlproduktion werden Oberflächenbeschichtungen zum Schutz vor Korrosion eingesetzt.
- Feuerverzinkung
Bei diesem Verfahren wird Stahl einer Behandlung unterzogen, bei der er in ein erhitztes Zinkbad getaucht wird, wodurch eine Zinkschicht aufgebracht wird. In die Zinklösung wird Aluminium eingebracht, um die Integrität der Beschichtung zu verbessern und ein Brechen zu verhindern.
- Elektrolytische Verzinkung
Die Abscheidung der Zinkschicht auf Stahl durch Elektrolyse ermöglicht eine präzisere und kontrollierte Dicke.
Nachgeschaltete Sekundärverarbeitung
Nachgeschaltete Unternehmen veredeln die Stahlrohstoffe im Produktionsprozess und formen sie zu Endprodukten. Dazu gehören im Allgemeinen die maschinelle Bearbeitung und das Fügen sowie die Entfernung von Oberflächenmetall mit Werkzeugmaschinen und das Schweißen.
Kosten für Kohlenstoffstahl
Baustahl ist eine Variante mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, die im Allgemeinen günstiger ist als bestimmte Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt. Die Kosten der Rohstoffe wirken sich auf die Gesamtproduktionskosten aus.
Das Herstellungsverfahren wird ausgewählt, und die Legierungselemente werden verwendet, um verschiedene Kohlenstoffqualitäten, Verarbeitungen und Verarbeitungen zu erzeugen. Jeder Schritt wirkt sich auf die Gesamtkosten von Kohlenstoffstahl aus und kann diese erhöhen.
Weichstahl ist oft formbarer und leichter zu bearbeiten, was die Verarbeitungskosten im Vergleich zu Kohlenstoffstahl senken kann.
Die Wahl zwischen Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl hängt von den Anforderungen der Anwendung ab, wobei legierter Stahl maßgeschneiderte Lösungen bietet.
Anwendungen von unlegiertem Stahl im Vergleich zu Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffstahl im Vergleich zu Stahl findet in verschiedenen Branchen Anwendung. Baustahl, wie Träger, Säulen und Bewehrungsstäbe, wird in der Bauindustrie häufig verwendet. Er ist erschwinglich und lässt sich leicht herstellen, weshalb er bevorzugt wird.
Aufgrund seiner Verformbarkeit wird Baustahl in der Automobilindustrie für Karosserieteile, Fahrgestelle und Strukturelemente verwendet. Rohre aus kohlenstoffarmem Stahl sind langlebig und werden für Strukturbauteile verwendet.
Kohlenstoffstahl wird aufgrund seiner Härte für Schneidwerkzeuge, Bohrer und Klingen verwendet. Im Schienenverkehr wird Kohlenstoffstahl für den Bau von Gleisen und Komponenten verwendet. Rohre aus Kohlenstoffstahl transportieren Flüssigkeiten in der Öl- und Gasindustrie.
FAQs über Kohlenstoffstahl und Baustahl
Q1: Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen Baustahl und Kohlenstoffstahl?
Kohlenstoffstahl hat eine breite Palette von Kohlenstoffgehalten, die unterschiedliche Härte- und Festigkeitsgrade ergeben, während Baustahl einen geringeren Kohlenstoffgehalt hat und dadurch weicher und formbarer ist.
F2: Wie wirkt sich die Menge an Kohlenstoff auf die Eigenschaften von Stahl aus?
Ein hoher Kohlenstoffgehalt führt zu einer höheren Härte und Festigkeit des Stahls, so dass er hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften besser geeignet ist.
F3: Warum ist Baustahl vielseitiger als Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt?
Die Vielseitigkeit von Baustahl ergibt sich aus seiner Erschwinglichkeit und seiner Eignung für verschiedene Anwendungen.
F4: Wie kann die Haltbarkeit von Baustahl erhöht werden?
Beschichtung und Verzinkung können die Lebensdauer von Baustahl verlängern.
F5: In welchen Branchen wird Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt verwendet?
Weichstahl wird in Achsen, Zahnrädern und Schienen verwendet, um Festigkeit und Dehnbarkeit zu gewährleisten.