LXXIV. Ueber Stahlfabrication; von Dr. Karl Schafhaͤutl. Aus dessen Bericht uͤber die allg. deutsche Industrieausstellung in Mainz 1842, im bayer. Kunst- und Gewerbeblatt 1842, Heft 12. Schafhaͤutl, uͤber Stahlfabrication. Roheisen, in dessen Zusammensezung ein Theil des Kiesels durch Mangan ersezt ist, verliert während des Schmelzens vor dem Windstrom eines Gebläses eher seinen Mangangehalt als seinen Kieselgehalt. Wenn daher das Eisen vor dem Gebläse aus dem flüssigen Zustand in den festen des Stabeisens übergehen will, hat es noch hinreichend Kiesel, um Stahl zu geben. Man sucht deßhalb während der ganzen Operation des Frischens nicht zu viel Kohlenstoff und Kiesel zu verbrennen, indem man den Windstrom mehr auf die Oberfläche des flüssigen Metalles als in die Tieft wirken läßt. Das Roheisen wird dadurch hämmerbar, ohne daß es so viel Kiesel und Kohlenstoff verloren hat, um Schmiedeeisen zu bilden, und das Resultat der Arbeit ist Rohstahl, Mokstahl oder Rosenstahl. Gewöhnliches, nicht manganhaltiges Gußeisen verbrennt seinen Kiesel proportional mit dem Kohlenstoff und gibt zulezt nichts als Schmiedeeisen. Aller Stahl erhält seinen eigenthümlichen Charakter, der ihn selbständig vom Gußeisen unterscheidet, bloß durch mechanische Bearbeitung mittelst des Hammers. Der Rohstahl, der eigentlich nur eine besondere Art Gußeisens darstellt, so wie der indische Stahl, wird deßhalb in Stüken zerschlagen, die Stüke wieder ausgeschmiedet, gehärtet, zerbrochen und wieder über einander zusammengeschmiedet. Das Product heißt man Gerbestahl, und je öfter diese Operation wiederholt wird, desto bildbarer und zäher wird der Stahl. Rohstahl nach einmaligem Gerben heißt Scharsach- oder Scharzach-Stahl. Cement- und Gußstahl.- Wird Stabeisen mit Kohle oder kohlenstoffhaltigen Materialien in verschlossenen Gefäßen geglüht oder auch zusammengeschmolzen, so nimmt das Stabeisen wieder Kohlenstoff auf und verwandelt sich in verschiedene Arten von Gußeisen. Enthält das Schmiedeeisen eine verhältnißmäßige Quantität Kiesel mit so viel Phosphor oder Arsenik, als gerade nöthig ist, die feinsten Eisenkörner während ihrer Verbindung mit Kohlenstoff erweichen zu machen, so erhält man, wenn man dieses Eisen eine gewisse Zeit zwischen Kohlenpulver glüht, eine Art von Gußeisen oder Roheisen, die unter dem Hammer oder Rollwerke bearbeitet, dasjenige Product liefert, das man Cementstahl nennt. Es reducirt sich hier noch jeder Theil der Oxydulhaut, mit welcher einzelne Partien des Stabeisens im Innern überzogen sind, während die dadurch erzeugten Zwischenräume durch das im halbweichen Zustande sich befindende, theilweise krystallisirende Eisen sogleich wieder ausgefüllt werden. Das entweichende Kohlenoxydgas erhebt die Oberfläche in großen Blasen, während die unter ihr weiche Masse krystallisirt, und diese Blasen aufgebrochen zeigen in ihrem Innern keine dunkle Oxydulhaut, sondern ein eigenes glänzendes, irisirendes, vorzüglich in gelblich und lichtblau sich ziehendes Farbenspiel, welches anlaufender Stahl auch auf seiner Oberfläche zeigt. Wird eine solche Stange hellroth glühend gemacht und gehämmert, so schweißen diese blasigen Stellen wieder sehr leicht mit der übrigen Masse zusammen. Der Kohlenstoff verbindet sich hier mit den verschiedenen, die Stabeisenstange construirenden Eisenpartien in sehr verschiedenen Verhältnissen, die von der chemischen Constitution dieser Partien selbst abhängen, und es ist ein großer Irrthum, wenn man annimmt, die cementirten Eisenstangen enthielten an ihrer Oberfläche mehr Kohlenstoff, als in ihrem Innern, wie man dieß in allen technischen Lehrbüchern angegeben findet. Es ist vielmehr bei dem besten Dannemoraeisen der Fall, daß der Kern nach vollendeter Cementation sehr oft eine viel größere Quantität Kohle enthält, als die Außenseite. Eben so kann die beste Stange aus Dannemoraeisen in ihren verschiedenen Partien aus Stahl von ganz verschiedenen Härtegraden zusammengesezt seyn, deßhalb werden in den englischen Stahlfabriken alle cementirten Stahlstangen in Stüke zerbrochen und die Stüke von nahe übereinkommender Qualität ausgelesen, zusammengestellt und nur ihrem Härtegrade nach verwendet. Werden Stangen aus gewöhnlichem Eisen der Cementation unterworfen, Eisen, das gewöhnlich nur eine unbedeutende Quantität Kiesel im Verhältniß zur Kohle enthält, und dem noch überdieß diejenigen Quantitäten Phosphor oder Arsenik mangeln, die ein leichtes Schweißen seiner kleinsten Theilchen begünstigen, so entsteht bloß Kohlenstoffeisen mit wenig Kieseleisen anstatt Kohlenstoffkiesel, und dem daraus hervorgehenden stahlartigen Roheisen mangelt Hämmerbarkeit und Tenacität, weil die kleinen Eisentheilchen nicht eher zusammensintern oder krystallisiren, als bis sie mehr Kohlenstoff aufgenommen haben, als zur Bildung des Stahls nöthig ist. Bloßes Kohlenstoffeisen aber wird, wenn es wenig Kohlenstoff enthält, gar nicht hart nach dem Glühen und Ablöschen, oder es zerbrökelt und wird brüchig in der Rothglühhize, wenn es auch nicht mehr Kohlenstoff enthält als guter Stahl. Der Querbruch einer solchen cementirten Stange ist grau und matt, während der einer guten Stahlstange, unter denselben Umständen erzeugt, silberartig würfelig-krystallinisch erscheint. Der beste und eigentlich im Handel brauchbare Stahl wird übrigens nur durch Cementation einer geschmiedeten Stange erzeugt. Das Eisen während seiner Verbindung mit Kohlenstoff darf durchaus nicht in einen vollkommen flüssigen Zustand gerathen, sonst bilden sich Gruppen von eben so verschiedenen Graden der Carbonisation, und auch bei dem besten Dannemoraeisen wird nie ein gleichförmiges Product erhalten, das für den Markt und den Handel brauchbar wäre, wenn es mit kohlenstoffhaltigen Materien im Schmelztiegel zusammengeschmolzen wird. Ich weiß sehr wohl, man wird mir wieder mit einem Lehrbuche der technischen Chemie in der Hand die Versuche von Clouet, Hachette, Breant und anderen entgegenstellen. Allein alle diese Experimente sind glüklich gerathene Versuche im Laboratorium, wobei die mißrathenen ganz weislich nicht angeführt worden. Hat der Experimentator endlich einmal einen Regulus im Tiegel erhalten, und es gelingt ihm mit vieler Mühe, ein Stükchen brauchbaren Stahl daraus zu erhalten, so wird das Experiment schon als vollkommen gelungen in Journalen bekannt gemacht, und von anderen wieder ganz andächtig und gläubig angerühmt. Aber die Klagen über Mangel an gutem haltbarem Stahle werden immer häufiger, je mehr sich die Chemie mit der Stahlfabrication zu befassen anfängt, und die Münzwardeine z.B. in München eben so gut als die in London sprechen in gleicher Weise von den Schwierigkeiten, Stahl zu erhalten, der gute haltbare Münzstempel liefere. Guter Stahl wird auch in England immer seltener, und die Cement- und Gußstahlfabriken des Continents liefern Producte, deren Qualität so schwankend und verschieden ausfällt, daß der Arbeiter, dem am gleichen Materiale so viel gelegen ist, gar oft in Verzweiflung gerathen möchte über Stüke, die nach mühsamster und sorgfältigster Bearbeitung als untauglich verworfen werden müssen, weil es dem Materiale an Homogeneität und Zähigkeit fehlte. Alle die künstlichen Legirungen des Stahls mit Silber und anderen Metallen, von denen so viel gesprochen wurde, sind zu nichts zu gebrauchen, und werden nirgends in den Handel gebracht. Das Wort Silberstahl, das auf manchem Stahlartikel prangt, hat mit der Etiquette Paris und London, mit der jeder Arbeiter in Deutschland seine Producte versieht, gleichen Werth. Die aus dem Cementirofen gebrachten zerbrochenen und ausgesuchten Stahlstangen werden entweder über einander gelegt, zusammengeschweißt, d. i. gegerbt, oder nach dem Sortiren in gepreßten, thönernen, beinahe cylindrischen Tiegeln (aus Stourbridge Thon und gepulverten alten Tiegelscherben in den Fabriken selbst verfertigt), im Windofenfeuer geschmolzen. Zwei Tiegel stehen immer hintereinander auf runden Thonklözen, Käse genannt, in einem Feuer, und sind bloß mit einem ebenen Thonkloze bedekt. Die cementirten Stahlstangen werden, wie schon oben gesagt, in 2 bis 3 Zoll lange Stüke zerbrochen, und aus diesen Stüken, die nach dem Grade ihrer Carbonisation in verschiedenen Fächern an den Wänden des Zimmers aufbewahrt werden, welches das Arbeitslocal des Schmelzers bildet, wird dann gewöhnlich dem Gewichte nach diejenige Mischung zusammengesezt, die dem Zwek am besten entspricht, zu welchem der Gußstahl verwendet werden soll. Es ist wieder nicht wahr, was ein Lehrbuch der technischen Chemie so fleißig dem anderen nachschreibt, daß der Stahl unter Glas- oder Schlakenpulver geschmolzen, und daß der Dekel an den Tiegel lutirt werde, oder daß er wenigstens an den Tiegel während der Arbeit anschmelzen muß. In den größten und besten Fabriken Sheffields kommt nichts als Stahlstüke in den Tiegel und der Dekel darf nicht lutirt werden oder gar anschmelzen, weil ihn der Schmelzmeister während der Operation mittelst einer eisernen Stange etwas auf die Seite rüken muß, um sich durch den Augenschein oder durch Sondiren mit einer Stange von dem Zustande des Metalls in den Tiegeln überzeugen zu können. Die Function eines Stahlschmelzmeisters ist eine sehr bedeutende und erfordert eben so viel Urtheilskraft als Uebung. Um Gußstahl von der besten Sorte zu erzielen, ist es nicht hinlänglich, daß man die geschmolzene Masse in Formen gieße. Es kömmt hier das meiste auf die rechte Zeit des Ausgießens an, die sich nach der Eigenschaft des Stahls richtet, und die der Stahlschmelzmeister nach langer Uebung zum Theil durchs Gesicht, zum Theil durch Sondiren mit seiner Eisenstange auszufinden sucht, wobei er jedoch nur die Oberfläche des geschmolzenen Metalls berührt, und sich wohl hütet, den Stab in die Masse zu tauchen. Da die Güte und Gleichförmigkeit des erhaltenen Gußstahls großentheils von der Uebung und dem Urtheile des Stahlschmelzmeisters abhängt, so ist ein guter Stahlschmelzmeister selbst in England sehr gesucht und wohl bezahlt, und man sieht deßhalb ein, wie leicht erklärbar es sey, daß so viele Versuche in unserem Vaterlande, Gußstahlfabriken zu errichten, gescheitert sind und noch scheitern werden, da man von technischen Lehrbüchern und flüchtigen, oft absichtlich Hintergangenen reisenden Beobachtern verführt, sich einbildete, um guten englischen Gußstahl zu erzeugen, sey nichts weiter nöthig, als Cementstahl im Tiegel zu schmelzen, und wenn er flüssig, in Formen zu gießen. Als Brennmaterial selbst werden in England sogenannte harte Kohke angewendet, die nur aus Kohlenklein von Bakkohlen in halbkugelförmigen Oefen erzeugt werden können. Das Kohlenklein nach dem Verkohlen hat sein Aussehen ganz geändert; die erhaltenen Kohke bilden eine Art von geschmolzener silbergrauer Masse von stänglicher Absonderung, sind hart, klingend, und verrathen keineswegs ihren Ursprung. Ein Schmelztiegel wird, sobald er geleert ist, sogleich wieder in den Ofen gesezt, und dauert so den ganzen Tag während vier und fünf Schmelzungen, worauf er weggeworfen wird. Der flüssige Stahl wird für gewöhnliche Gegenstände in prismatische, gußeiserne, angeräucherte und erwärmte Formen, oder für Sägenblätter, Stahltafeln etc. in breite parallelopipedische Formen gegossen. Sehr harter, stark carbonisirter Stahl zieht sich in den Formen sehr zusammen, weßhalb er nur mit vieler Geschiklichkeit dicht gegossen werden kann, und am oberen Ende des Eingusses einen 1 bis 2 Zoll tiefen Trichter in das Prisma hinbildet, der dann abgeschlagen und wieder mit anderen Stahlstüken eingeschmolzen wird. Der Querbruch eines solchen Stahlprisma's von hartem Gußstahl ist strahlig-silberartig, die Strahlen laufen von den Eken gegen die Mitte zu, bei weniger harten gleichförmig kernig-krystallinisch. Er ist ein wahres Gußeisen und spröde und brüchig wie dieses. Durchs Schmelzen nimmt der Cementstahl ganz eigenthümliche Eigenschaften an, und er ist nun nach dem Umschmelzen viel weniger schweißbar, als vor dem Schmelzen. Stahl aus schlechtem Eisen, in welchem sich Carburete Verschiedener Art gebildet haben, wird durchs Umschmelzen anstatt verbessert nur noch mehr verschlimmert; die falsch zusammengesezten verschiedenen Eisen- etc. Carburete sondern sich während des Erkaltens nur noch bestimmter ab, und es ist unter den englischen Stahlschmelzern ein bekanntes Sprüchwort: wenn du den Teufel in den Tiegel bringst, kommt er ganz gewiß als Teufel wieder heraus. Die verschiedenen, zum Theil heterogenen Metallcarburete, die sich in ungeeignetem Stahleisen während der Cementation bilden und sich auch während des Schmelzens wieder absondern, sind die Ursachen der vielen Klagen der Stahlarbeiter über den Stahl. Denn jedes dieser Carburete, das auch in der ausgeschmiedeten Stahlstange nur gleichsam an seinem nächsten Nachbar klebt, zieht sich während des Härtens der Stahlwaare mehr oder minder zusammen, dehnt sich mehr oder minder aus, als sein nächster Nachbar, wodurch entweder schon während des Härtens eine Absonderung der Lagen verschiedener Carbonisationen, d. i. ein Sprung entsteht, dessen Entstehen sich schon durch den Klang während des Ablöschens verräth, oder wenigstens eine Neigung zur Trennung, die nur einer äußeren Veranlassung, z.B. eines Stoßes, Schlages, bedarf, um wirklich einzutreten, wie man dieß z.B. bei Rasirmessern, Prägstöken etc. sehr oft zu seinem Schaden eintreffen sieht. Eine gute Stahlstange aus Gußstahl muß, wenn sie mit einem Meißel auf einer Seite etwas eingehauen und dann mittelst eines kurzen Schlages abgesprengt worden, auf ihrem Querbruche ganz homogen erscheinen. Jede in der Bruchstriche etwa entstehende Wellenerhabenheit muß sich sanft zu beiden Seiten in die übrige Bruchfläche verlaufen. Fällt sie von einer Seite schroff ab, so ist hier ganz gewiß ein Vereinigungsplaz von zwei verschiedenen carbonisirten Lagen, die in dem daraus gefertigten Instrumente schon während des Härtens oder noch später durch ihre Trennung einen Riß verursachen. An Cement- und Gußstahl hat nur eine einzige Firma, nämlich: Gebrüder Marx in München, Proben eingesandt. Die Fabrik ist erst neu entstanden, und beruht auf einem patentirten Cementverfahren. (Die größten und besten Stahlfabriken Englands nehmen als Cementpulver nichts als Holzkohle, die zwischen zwei horizontal liegenden gerippten Walzen gröblich gemahlen wird. Es sind gewöhnlich Kohlen von allen Holzgattungen gemischt, obwohl man harten Kohlen den Vorzug gibt. Daß Ruß, Thierkohle, Salz, Asche und andere Dinge unter diese Kohlen gemengt werden, wie die meisten Lehrbücher angeben, ist nicht wahr.) Es waren Stangen von den verschiedensten Dimensionen, vom Rasiermesser Parallelopiped bis zu zölligen Stäben; auch einige Muster von englischem und französischem Stahl, des Vergleiches halber. Die Außenseite der Stangen war schön, ganz eben, ohne die geringsten Riffe oder Schüppchen, die erscheinen, wenn der Stahl sich im Geringsten widerstrebend unter dem Hammer zeigt. Der Querbruch der feinsten Sorten schön graulich, sammtartig; doch schien uns die Masse, namentlich bei den feineren Sorten, nicht ganz homogen. Es wäre wohl der Mühe werth, diesen Fabricationszweig auch in Deutschland einheimisch zu machen, da guter, verlässiger, wohlfeiler Stahl ein Product von der größten Wichtigkeit für alle Zweige des Maschinenbauwesens ist, zumal da auch die englischen Stahlfabriken immer mehr und mehr auf Wohlfeilheit als Vollkommenheit ihres Rohproductes hinarbeiten. Aber ohne eine zwekmäßige Wahl des Orts, ohne großes Capital und ohne englische erfahrene Vorarbeiter wird die Sache kaum nuzbringend und zwar für die Dauer zu begründen seyn. Auch in Frankreich gibt es nur eine einzige blühende Cement- und Gußstahlfabrik, troz der vielen anderen mit größtem Pompe auftretenden Firmen, und diese ist von zwei ausgewanderten engl. Stahlschmelzmeistern, den Gebrüdern Jakson, gegründet und geleitet. Troz all der vielen Stahlfabriken ist der deutsche Gerbstahl dort so geschäzt, daß die meisten Fabriken und namentlich auch einige in den östlichen Pyrenäen, die ihren Stahl in catalonischem Feuer aus verwitterten Spatheisensteinen unmittelbar erzeugen, genöthigt sind, die Zeichen deutscher Gerbestahlfabriken ihrer Waare auszudrüken, wenn sie Absaz finden soll.