Was ist Edelstahl?

Edelstahl-Details verleihen dem Innen- und Außenbereich modernes, hochklassiges Ambiente. Es setzt Akzente an modernen Leuchten, sorgt bei Besteck und Kochtöpfen für dauerhaft neuwertige Optik oder Chrom Rohre bilden als Geländer gestaltet ein beliebtes Stilelement der Einrichtung.
Doch wie entsteht das blanke Material, welche Eigenschaften hat es und warum ist Edelstahl rostfrei? Diese Fragen beantwortet der folgende Beitrag.

Am Anfang steht das Eisen

Die Menschheit verwendet seit mehr als 5000 Jahren Eisen, belegen archäologische Funde aus Ägypten. Bereits um 4000 vor Christus verehrten Menschen der alt-ägyptischen Epoche Eisen als ein Geschenk des Himmels, da es aus Meteoritengestein gewonnen wurde. Die große Hitze beim Eintritt in die Atmosphäre wandelte kosmische Eisenerzbrocken zu Eisen um. Bis der Rohstoff zum ersten Mal von Menschenhand in Brennöfen mit Holzkohlenfeuerung erzeugt werden konnte, sollte es noch bis 2000 v. Chr. dauern. Das Basismaterial zur Eisenherstellung bildete Hämatit (Roteisen) und Magnetit (Magneteisenstein). In der Pfalz und Bayern existieren die frühesten Nachweise zur Eisenherstellung in Deutschland. Forscher datieren die Funde auf etwa 1000 vor Christus. Bis heute sind diese Regionen von metallhaltigem Gestein geprägt. Zur damaligen Zeit entwickelten die dort ansässigen Kelten eine Technik, um in sogenannten Rennöfen Eisenerz zu schmelzen. Das gewonnene Eisen wurde zu Waffen, Werkzeugen, Gebrauchsgegenständen und Schmuck verarbeitet. Eiserne Pflüge gestalteten den Ackerbau effizienter. Im Laufe der Jahrhunderte hat sich das Wissen um die Metallurgie kontinuierlich erweitert, sodass neben der Nutzung von Roheisen durch Konfigurieren neuer Legierungen verschiedene Stähle und Edelstähle geschaffen wurden.

Ein Werkstoff entsteht

Zur Gewinnung von Eisen wird zuerst ein Hochofen mit Kokskohle und Eisenerz beschickt. Durch Einblasen heißer Luft verbrennt der Koks, wodurch sich der entstehende Kohlenstoff mit Sauerstoff zu Kohlenmonoxid (CO) verbindet. Das Kohlenmonoxid entzieht dem Eisenerz Sauerstoff, wodurch am Ende der chemischen Reaktion Kohlendioxid (CO2) und Eisen übrig bleiben. Während der Schmelze im Hochofen setzt sich an der Oberfläche sauerstoffhaltige Schlacke ab, die von dem Roheisen entfernt wird. Der flüssige Werkstoff lässt sich sofort in Formen gießen oder flach gewalzt in Rohre, Draht oder Platten weiterverarbeiten. Roheisen ist nach der Aushärtung zwar fest, jedoch der Gehalt an 4 - 5 % Kohlenstoff und etwa 5 % weiterer Bestandteile wie Silicium, Mangan, Schwefel und Phosphor machen den Werkstoff relativ brüchig. Metallurgen konfigurieren das Roheisen, um die unerwünschten Elemente zu entfernen.

Aus Roheisen Stahl herstellen

Um schmiedefähige oder flach walzbare Stähle mit guter Korrosionsbeständigkeit zu erzeugen, durchlief das Roheisen vier Prozesse. Dieses Verfahren kam bis in die 1970-er Jahre zur Anwendung.

• Frisch-Reaktion: Durch Einblasen von Sauerstoff in das flüssige Roheisen, bildet sich Eisenoxid. Darin oxidieren die Inhaltsstoffe Phosphor, Mangan und Silicium, die nun ausgesondert werden können.
• Desoxidationsreaktion: In der Schmelze enthaltener Sauerstoff mindert die spätere Stabilität. Dieser wird mithilfe von Aluminium aus dem Werkstoff entfernt.
• Entschwefelungsreaktion: Die Zugabe von Calciumcarbid oder Magnesium lässt sich der enthaltene Schwefel zu Sulfid konfigurieren.
• Entgasungsreaktion: Im letzten Schritt erfolgt die Entgasung des Rohstahls, um Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff herauszulösen.

Schon früher kannte die Metallindustrie andere Verfahren zur Stahlherstellung.

In den 1950-er Jahren nutzte man das LD-Sauerstoffaufblas-Verfahren. Auf die Schmelze wird durch ein wassergekühltes Rohr Sauerstoff geblasen, wodurch sich unerwünschte Stoffe in der Schlacke binden, die abgestochen wird. Weniger Sauerstoffzufuhr von außen ist nötig, wenn sauerstoffhaltiger Stahlschrott in die Schmelze gegeben wird. In den 1960-er Jahren blies man beim Verfahren der Oxygen-Bodenblas-Maximilianshütte ein Gemisch aus Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen in die Schmelze. In den 1970-er Jahren verbesserten kombinierte Aufblas- und Bodenblasverfahren die Stahlqualität. Aktuell nutzt die Industrie das Elektrostahl-Verfahren: Rohstahl wird bei 8.000 C° in Lichtbogenöfen oder Induktionsöfen geschmolzen. In der Massenproduktion wird der Schmelze Kohle sowie unlegierter Eisenschrott hinzugefügt und anschließend “gefrischt”.

Damit lässt sich der Kohlenstoffanteil hinsichtlich der späteren Verwendung gezielt konfigurieren. Stahl mit einem CO-Gehalt bis 1,5 % wird unter anderem für Messerklingen oder Stahlfedern eingesetzt. Karosseriebleche, Konservendosen oder Nägel enthalten zwecks Korrosionsbeständigkeit unter 0,25 % Kohlenstoff.

Mit Legierungen Edelstahl erzeugen

Die gewünschten Eigenschaften der Edelstähle schaffen Metallurgen durch Hinzufügen bestimmter Elemente. Die Endprodukte kommen geschliffen oder ungeschliffen zur Verwendung.

• Chrom erhöht die Härte, Hitze-, Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit. Geschliffen und poliert zur Verwendung für Kugeln, ungeschliffene Oberflächen genügen für Maschinenteile und Rohre.
• Nickel erhöht den elektrischen Widerstand. Da Edelstähle zäh und zugleich dehnbare Eigenschaften erhalten, sind Fahrzeugachsen und Zahnräder bevorzugte Anwendungen. Nickel löst allerdings bei manchen Menschen Allergien aus.
• Molybdän macht den Stahl sehr wärmebeständig, fest, rostfrei und elastisch. Da sich diese Legierungen kaum dehnen, kommen sie ungeschliffen bei Zahnrädern, Fahrzeugachsen und geschliffen in Uhrwerken oder Edelstahlfedern zum Einsatz.
• Chrom/Nickel Edelstähle lassen sich sehr flach walzen und gut schweißen. Da diese sehr harten Edelstähle rostfrei und säurebeständig sind, werden sie zu Schornsteinrohren, Waschmaschinentrommeln oder Kochtöpfe verarbeitet.

Bauteile oder Rohre aus kalt gewalztem Edelstahl verbleiben bei rein funktioneller Verwendung ungeschliffen. Kommt es im Lebensmittelbereich oder im Gesundheitswesen auf beste Hygiene an, ist muss die Oberfläche geschliffen und nötigenfalls poliert sein.

Vielfalt der Edelstahlsorten

Alle Edelstahlsorten werden durch spezielle Schmelzverfahren gewonnen, wodurch sie einen hohen Reinheitsgrad besitzen. Innerhalb der Güteklassen nach DIN EN 10020 werden Edelstahl-Varianten als Untergruppen legierter sowie unlegierter Stahlsorten kategorisiert. Unlegierten und legierten Stahlsorten zugeordnete Edelstahl-Erzeugnisse besitzen bestimmte physikalische Eigenschaften. Sie werden als Behälter-, Bau- und Maschinenbau-Stähle sowie Werkzeugstähle eingesetzt. Weitere Untergruppen bilden Schnellarbeitsstähle und nichtrostende Stahlsorten. Weitere Klassifizierungen erfolgen nach Anforderung und Kohlenstoffgehalt. Es ist übrigens falsch, nichtrostende Stähle als rostfrei zu bezeichnen.

Was versteht man unter Edelstahl rostfrei?

Die Informationsstelle Edelstahl Rostfrei (ISER) wählte diese Sammelbezeichnung, um den Werkstoff mit markenunabhängiger Information und für mögliche Anwendungsbereiche zu kennzeichnen. Hersteller werteten ihre Produkte auf, indem sie ihrem Firmennamen mit dem Zusatz rostfrei ein Prädikat hinzufügten. Achtung: Nach dem normalen Schweißen bildet sich auf den Nähten Rost. Um dies zu vermeiden, erfolgt das Schweißen von Edelstahl unter Schutzgas (Argon, Sauerstoff, Kohlendioxid) im sogenannten Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG).

Können Edelstahl-Produkte rosten?

Ja - man kennt es vom Flugrost, der sich in der Spülmaschine auf dem Besteck bildet. Allein Edelstahl-Legierungen mit 14 % Chromanteil bilden eine ausreichende Chromoxidschicht, die für Rostfreiheit sorgt.