Ueber dichte Stahlgüsse. Gautier, über dichte Stahlgüsse. In einem Vortrage bei der Versammlung des Iron and Steel Institute begann Ferd. Gautier mit Bemerkungen über das gewöhnliche Vorkommen von Blasenräumen in Stahlgüssen, betreffs welcher H. Bessemer zuerst die Ansicht ausgesprochen hat, dass in denselben Kohlenoxydgas enthalten sei, was in der Folge vollständig bestätigt wurde. Durch das Bearbeiten des Gussblockes mittels Hämmern oder Walzen verschwinden diese Blasenräume, insofern sie nicht mit der äusseren Luft in Berührung gekommen sind; es ist jedoch noch unentschieden, ob hierbei das Kohlenoxydgas wieder von der Stahlmasse aufgenommen und die Vereinigung zu einer dichten Masse eine vollkommene wird, oder ob die Trennungsflächen nur für das Auge unkennbar gemacht worden sind. Jene Blasenräume dagegen, welche mit der Aussenfläche (der äusseren Luft) in Verbindung stehen, werden oxydirt, deren Flächen mit Eisenoxydul überzogen und dadurch eine vollkommene Schweissung der Stahlmasse verhindert, in Folge dessen an der Oberfläche der ausgereckten Stahlstäbe dunkle, oft 2mm tiefe Streifen erscheinen. Diesen Uebelstand zu beseitigen, müssen die Stahlstäbe zu einer höheren Temperatur erhitzt, mit Quarzsand bedeckt und sofort wieder gehämmert werden, wobei der Sand mit dem Eisenoxydul ein leichtflüssiges Silicat bildet, welches durch die Hammerschläge ausgepresst wird. In der Regel wird der Stahl bei dem Giesen um so besser fliessen und desto weniger Neigung zur Bildung von Blasenräumen besitzen, je mehr Kohlenstoff er enthält. Unter Bezugnahme auf die bekannten Krupp'schen Gussstahlblöcke von 2 bis 52t Gewicht auf den Ausstellungen von 1851 bis 1873 ist zu bemerken, dass die Fabrikation dieser grossen Gussstücke ohne Blasenräume als Geheimniss streng gewahrt wurde, dass jedoch die Besitzer der Stahlwerke von Terre-Noire diese Fabrikation studirten und schon vor 6 Jahren die dabei zu befolgende Lehre herausfanden, welche sich seither durch ihre erzielten Verbesserungen als richtig erwiesen hat. Demnach scheint es erprobt zu sein, dass zu Essen und zu Bochum die dichten Stahlblöcke dadurch erzeugt werden, dass knapp vor dem Gusse eine gewisse Menge eines sehr siliciumreichen Roheisens hinzugegeben wird; bei der Annahme, dass die Blasenräume mit Kohlenoxyd erfüllt sind, tritt bei Zusatz von Silicium die Reaction ein: 2 CO + Si = SiO2 + 2 C. Der abgeschiedene Kohlenstoff wird von dem Stahl aufgenommen, während die gebildete Kieselsäure, wenigstens theilweise, als Silicate bei der Bearbeitung entfernt wird. Zur Bestätigung der Richtigkeit dieser Auffassung führt Gautier diesbezüglich eigens durchgeführte Proben an. Die in solcher Art und Weise erzeugten dichten Stahlgüsse sind jedoch nicht immer von der besten Qualität, weil: 1) der Stahl sehr kohlenreich ausfällt, da von dem zuletzt hinzugegebenen Roheisen eine grössere Menge genommen werden muss, damit sicher hinreichend Silicium in die ganze Masse gebracht wird; 2) ungeachtet die gebildete Kieselsäure gewöhnlich mit Eisenoxydul ein Silicat bildet, dieses letztere doch in der Regel zu wenig flüssig ist, um vollkommen abgeschieden zu werden, und 3) in dem Endproducte nebst dem bedeutenden Gehalt an Kohlenstoff eine ansehnliche Menge von Silicium zurückbleibt, wodurch die Qualität leidet. Der Einfluss des Siliciums im Roheisen, wie im Stahl, ist lange Zeit sehr fraglich geblieben und selbst gegenwärtig immer noch nicht ganz klar gestellt. Karsten hat zuerst behauptet, dass Silicium im Eisen Faulbruch und ein erdartiges Aussehen der Bruchfläche bewirke; allein Prof. Mrazek hat gezeigt, dass dieser Einfluss nicht dem Silicium, sondern dem eingemengten Silicate zuzuschreiben ist, indem reines Silicium bis zu einer gewissen Menge auf reines Eisen nicht schädlich einwirkt. Obgleich nun ein gewisser Gehalt an Silicium im weichen Eisen unschädlich ist, so gestaltet sich dessen Einfluss in ähnlicher Weise, wie bei dem Phosphor, ganz anders bei gleichzeitiger Anwesenheit von Kohlenstoff, in welchem Falle das Silicium, im heissen wie im kalten Zustande, Brüchigkeit verursacht (vgl. Gautier 1876 222 48). Soll demnach zur sicheren Erlangung blasenfreier Stahlgüsse ein nicht ganz unbedeutender Siliciumgehalt zulässig sein, so ist es für ein gutes Product nothwendig, dass der Kohlenstoffgehalt desselben nicht zu bedeutend wird. Auf den Stahlwerken zu Terre-Noire wird die Darstellung blasenfreien Stahles durch Benutzung eigens und zwar im Hohofen dargestellter Silicide von Mangan und von EisenPourcel, Hohofenbetriebsführer zu Terre-Noire, hat jüngst in der Société de l'industrie minérale zu St. Etienne, unter Vorlegung einer Probe von 81proc. Ferromangan, Mittheilungen über die Darstellung dieses Metalles gemacht, denen wir Folgendes entnehmen.Der Hohofen, welcher diese Legirung erzeugt, lieferte vorher Bessemereisen, bei einer Tagesproduction von 42t und einem Kokesverbrauch von 0t,95 auf 1t Roheisen; die Koke hatte einen Aschengehalt von 15 Proc., die Gebläseluft war bis auf 750° erhitzt.Am 20. August lieferte dieser Ofen bei 715° mittlerer Windtemperatur 72 bis 74proc. Ferromangan, aus theils kieseligen, theils kalkigen Erzen, mit einem Mangangehalt von 36 bis 40 Proc. Die Tagesproduction betrug dabei 11 bis 12t. Von dem Mangangehalt der Erze wurden mindestens 65 Proc. ins Eisen getrieben, bei einem Kokesverbrauch von 2t,75 für 1t des erzeugten Metalles. Vom 20. August Abends 6 Uhr ab bis zum darauffolgenden Tag Nachmittags 2 Uhr wurden 30 Gichten gemacht, welche 81proc. Ferromangan liefern sollten. Die chemische Formel desselben ist Mn8FeC3. Es gingen nur 60 Proc. vom Mangan ins Eisen, und der Brennmaterialverbrauch stieg auf 3t für 1t Metall.In der Betriebsführung des Ofens war übrigens nichts geändert worden. Temperatur und Windpressung blieben dieselben. Der Abstich vom 21. August Abends 10 Uhr lieferte 77proc., derjenige vom darauffolgenden Morgen 6 Uhr 79proc. und der vom 22. August Nachmittags 2 Uhr 3t,8 81proc. Ferromangan. Die darauffolgenden Abstiche nahmen rasch an Mangangehalt ab, bis zu 74 Proc. Die 81proc. Legirung scheint viel feuerbeständiger zu sein als die 74proc. Es ist ein grosser Wärmenberschuss nothwendig, um zu verhindern, dass dieselbe auf dem Boden des Gestelles erstarrt. Zur Production von 10 bis 11t dieser Mischung in 24 Stunden und bei einer Nutzbarmachung von 65 bis 70 Proc. des Mangans waren auf 1t Metall mindestens 3t,3 Kokes erforderlich.Die Schlacke sowohl des 74- als des 81proc. Ferromangans besitzt ganz gleiche Zusammensetzung. Sie fliesst leicht aus dem Ofen, hat eine hellgrüne Farbe und steinigen Bruch. Es ist vollständig unmöglich, sie an der freien Luft zum Schmelzen zu bringen.Das 81proc. Ferromangan zeigte folgende Zusammensetzung:Mangan81,242Eisen12,000Kohlenstoff6,600Silicium0,093Phosphor0,300––––––––100,235.Für die Pariser Ausstellung 1878 haben die Usines de hauts fourneaux de Marseille ein Metall angekündigt, welches das manganreichste aller bisher erzeugten Hohofenproducte sein wird und folgendermassen zusammengesetzt ist:Eisen8,55Mangan84,96Kohlenstoff5,70Silicium0,66Schwefel0,035Phosphor0,005–––––––99,910. bewirkt, welche dem Endproducte merkwürdige Eigenschaften ertheilen. Das Silicium verhindert die Blasenbildung durch die Zerlegung des aufgelösten Kohlenoxydes und ist vor der Erstarrung bestrebt, zu entweichen. Das Mangan reducirt das Eisenoxydul und verhindert eine weitere Gaserzeugung durch neuerliches Einwirken des Eisenoxyduls auf den Kohlenstoff. Die gebildete Kieselsäure verbindet sich nicht allein mit etwas Eisenoxydul, sondern zugleich sehr rasch mit dem gebildeten Manganoxydul welches zweifache Silicat leicht- und dünnflüssiger ist als das Eisensilicat, daher sich vollkommen aus der Metallmasse ausscheidet. Von mehr als 500 Chargen wurden in Terre-Noire die Stahlblöcke ohne Blasenräume, vor und nach vollbrachtem Ausglühen, auf ihre Festigkeit untersucht und u.a. folgende Resultate gefunden: Proben Der rohe Block, wie er ausder Gussform kommt Der Block nach dem Wieder-erwarmen und langsamenErkalten Elasticitäts-grenze Bruchbe-lastung Verlänge-rung Elasticitäts-grenze Bruchbe-lastung Verlänge-rung k auf 1qmm Proc. k auf 1qmm Proc. Nr. HarterStahlfür Ge-schosse 9489661355150217371872 333135383335 646153525561   1,7  2,0  2,0  1,0  1,7  1,5 393537433840 828081909388     7,25  8,5  8,0  7,4  7,0  3,4 StarkermilderStahl 154515581563 363432 646966   2,0  3,3  2,5 384038 828082 12,214,017,5 SehrweicherStahl 207820812149 162021 515452 12,512,412,5 253028 545656 28,525,624,3 Die Verlängerung wurde an 102mm langen Probestäben gemessen. Wie alle Metalle, so ist auch der Stahl, wenn er im krystallinischen Zustande sich befindet, sehr spröde; nach Gautier kann diese üble Eigenschaft desselben jedoch auf folgenden Wegen beseitigt werden. 1) Ganz einfach durch Wiedererhitzung zur Kirschrothwärme, wodurch ein Stahlblock mit grobem Bruch und geringer Festigkeit nach dem darauf folgenden, gewöhnlichen Erkalten alsogleich in ein feinkörniges festes Product umgewandelt erscheint. 2) Durch Aushämmern bei genügend hoher Temperatur verliert der Gussstahl seine krystallinische Textur, vorausgesetzt, dass diese Bearbeitung bis zum Eintreten eines gewissen, je nach der Stahlsorte verschiedenen Grades der Abkühlung fortgesetzt wird. Wenn dagegen mit dem Schmieden bei einer höheren Temperatur aufgehört und das Metall sich selbst überlassen wird, so kommt die krystallinische Textur und die damit verbundene geringe Festigkeit wieder zum Vorschein. 3) Auch eine möglichst schnelle Erkaltung des gegossenen Metalles beseitigt die krystallinische Textur, wie bei Panzerplatten aus Schweisseisen beobachtet worden ist. Nach Gautier und ebenso nach Chernoff (von den Stahlwerken Aboukoff bei St. Petersburg) ist der unbearbeitete Gussstahl (vollkommen dichten Guss vorausgesetzt) weder weicher, noch schwächer, als der Stahl von derselben Textur, welche ihm durch Bearbeitung in einer angemessenen Temperatur ertheilt worden ist. Dies zu zeigen, hat Chernoff einen grobkristallinischen Gussstahlblock der Länge nach in vier Theile getheilt. Einer dieser Theile wurde direct auf der Drehbank zum Probestab umgestaltet; der zweite wurde zur hellen Rothhitze erwärmt und unter einem Dampfhammer geschmiedet, so lange der Stab noch ziemlich heiss war; der dritte hingegen wurde bis zu dem Grade erhitzt, bei welchem mit dem Aushämmern des zweiten Stabes aufgehört wurde, und sodann der freien Abkühlung überlassen. Die Bruchfläche des dritten Stabes zeigte ein feines Korn, ganz gleich mit dem geschmiedeten Stücke. Der zweite und dritte Stab wurden gleich dem ersten in die passende Gestalt für die Festigkeitsprobe gebracht und hierauf die Prüfung vorgenommen, welche ergab: Bruchbelastung Verlängerung k auf 1qmm Proc. Nr. 1 Unveränderter Stahlstab 61  2,3 Nr. 2 Ueberschmiedeter Stahlstab 72  5,3 Nr. 3 Erwärmter und an der Luft gekühlter Stahlstab 68 16,6. Untersuchungen zu Terre-Noire erwiesen, dass die rohen Gussblöcke ein specifischesspesifisches Gewicht von 7,8 bis 7,9 haben, während der gewalzte Stahl nie über 7,81 besitzt. Hieraus folgert Gautier, dass durch die Walzarbeit nicht allein die Textur, sondern auch das specifische Gewicht geändert, dass aber das Volum nicht vermindert, im Gegentheil, um etwas vermehrt werde; und weiters, dass mit dem grösseren specifischen Gewichte des rohen, dichten Gusses auch dessen Festigkeit sogar eine grössere sein dürfte, daher von einer mechanischen Pressung nach Whitworth (vgl. 1871 200 417) * 1877 225 423) Nichts zu hoffen sei, und jedenfalls das angestrebte Ziel, die grössere Festigkeit, nach dem Verfahren zu Terre-Noire auf einem viel einfacheren Wege erlangt werden kann. (In Manchester will man jedoch sehr gute Resultate erzielt haben.) Nach Gautier haben sich die gegossenen Stahlgeschosse von Terre-Noire ganz vorzüglich bewährt; nachdem die Probe, welche ein auf Panzerplatten abgefeuertes Projectil zu bestehen hat, wenigstens ebenso streng ist als die der Kanone, so ist kaum zu zweifeln, dass in Zukunft die Gussstahlkanonen, so wie früher die gusseisernen, zweckmässiger in einem Stücke gegossen werden. Jedenfalls aber ist gewiss, dass hei den zusammengesetzten (beringten) Kanonen das nur 16k auf 1qmm Festigkeit entsprechende Gusseisen zweckmässig durch dichten Gussstahl von 52k auf 1qmm Festigkeit ersetzt werden kann. In der an diesen Vortrag sich anschliessenden Besprechung ergriff A. L. Holley von New-York, welcher über 3 Wochen die in Siemens – Oefen durchgeführten Stahlprocesse zu Terre-Noire studirt hat und dem hierbei alle mögliche Erleichterung und Unterstützung zu Theil geworden ist, das Wort. Nachdem aufmerksam gemacht wurde, wie wichtig es ist, bei der Erzeugung des Stahles sowohl das richtige Verhältniss in der Anwesenheit jener Bestandtheile, welche sehr geneigt zur Aenderung sind, als auch die entsprechende Temperatur für die angestrebten Reactionen zu erhalten, stellt Holley folgende Bedingungen für Sicherung des Erfolges fest: 1) Dass der Sauerstoff während aller Stadien des Processes so viel als thunlich vom Metallbade abgehalten werden muss; 2) dass die Gegenwart von Mangan und Silicium im Ueberfluss erhalten werde, d.h. in grossen, jedoch bestimmten Verhältnissen, insbesondere gegen Ende des Processes, und 3) dass der Kohlenstoff so viel als möglich abgehalten werden muss, weil sonst das Product brüchig wird. Um diese Bedingungen zu erfüllen, wird das Metallbad, in welchem das geschmeidige Eisen aufgelöst werden soll, durch Einschmelzen von Spiegeleisen hergestellt, wodurch ein Theil des darin enthaltenen Mangans den Sauerstoff, der geneigt ist, in das Metallbad einzugehen, aufnimmt und ein anderer Theil sich mit jedem in dem Bade auf irgend eine Art gebildeten Eisenoxydate verbindet. Es spielt das Mangan hierbei also dieselbe Rolle wie bei dem gewöhnlichen Bessemerprocess. Die Menge des anwesenden Mangans ist durch Beobachtung der Schlacke, nach Farbe und sonstigem Ansehen genau zu beurtheilen. Zu dem Ende wird ein Eisenstab in die Schlacke getaucht und die so erhaltene Schlackenschale löst sich im kalten Zustande vom Stabe. Bei Beobachtung der Bruchflächen, insbesondere in den Kanten dieser Schlackenschalen, zeigt sich eine mehr oder weniger dunkel olivengrüne Farbe, welche in dem Grade als die Farbe dunkler oder lichter ist, eine mehr oder weniger vorgeschrittene Oxydation des Bades anzeigt. So wie beim Bessemern nach dem englischen Verfahren wird auch bei diesem Stahlprocesse in Terre-Noire vorerst der ganze Kohlenstoff des Roheisens entfernt und dann erst wieder die nöthige Rückkohlung bewirkt, um den gewünschten Stahl zu erhalten. Mit dem Kohlenstoff wird zugleich aber auch das Mangan abgeschieden, bevor die schliessliche Charge von Ferromangan und Ferrosilicium eingetragen wird, für deren zu wählende Menge die Schlackenprobe einen verlässlichen Anhaltspunkt gibt, um zuletzt das richtige Verhältniss zu erlangen. Ausser der Schlackenprobe werden auch Metallproben genommen, welche als Controle dienen, und in gewisser Beziehung einen noch mehr sicheren, directen Anhalt zur Beurtheilung der Beschaffenheit des Metallbades geben. Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass das Bad zur Aufnahme des kieselreichen Roheisens und des Ferromangans bereit ist, wenn die Metallprobe denselben Grad der Weichheit zeigt, welcher bei dem gewöhnlichen Siemens-Martin-Processe den Zeitpunkt für das Nachtragen des Ferromangans angibt. Behufs der Metallprobe wird die ausgeschöpfte Probe in eisernen Formen zu runden Kuchen gegossen und diese sogleich unter einem kleinen Dampfhammer zu Scheiben ausgedehnt, wobei die dabei entstehende Menge und Grösse der Kantenrisse die beste heisse Probe gewähren, sowie nach darauf erfolgter Abkühlung die Biegungsprobe und dessen etwaiger Bruch einen sicheren Anhalt zur Beurtheilung der Qualität abgeben. Es sind bei der Probe also drei Punkte zu berücksichtigen: die Farbe der Schlacke, die Weichheit der Metallprobe und die Flüssigkeit des Bades. Sollte das Bad flüssig und das Metall weich werden, bevor die beabsichtigte Menge an geschmeidigem Eisen eingetragen ist, so muss mehr Spiegel eisen nachgetragen werden. Sollte sich zufällig ergeben, dass das Bad überoxydirt sich zeigt, bevor es zum Eintragen des siliciumreichen Roheisens bereit ist, so muss dieser leicht zu ermittelnde Uebelstand durch Beigabe von etwas Ferromangan beseitigt werden; und sollte die Temperatur der Charge zu niedrig sein, so kann diese durch Veränderung in der Menge des Ferromangans, welches mit dem siliciumreichen Roheisen eingetragen wird, erhöht werden. In dieser Art und Weise ist es möglich, sich von der Beschaffenheit des Metallbades in jedem Stadium des Processes zu überzeugen, jede Abweichung von dem erforderlichen Zustande zu beheben und schliesslich das gewünschte Ergebniss mit Sicherheit zu erreichen. Holley anerkennt das grosse Verdienst, welches sich die Werksleiter in Terre-Noire um die Stahlfabrikation dadurch erworben haben, dass sie die Wirkung des Mangans und des Siliciums hierbei von blosen Vermuthungen auf wissenschaftlicher Basis begründeten. Auch Snelus drückte den Werken in Terre-Noire seine volle Anerkennung aus und gesteht insbesondere, dass er sehr überrascht war, in einem sogestaltet producirten, sehr weichen Stahl von grosser Festigkeit einen bedeutenden Siliciumgehalt zu finden, bis er darauf gekommen ist, was Gautier erklärte, dass die Gegenwart von Silicium ohne Kohlenstoff ein Flusseisen von grosser Zähigkeit und grosser absoluter Festigkeit gibt, wogegen ein Stahl, der Kohlenstoff und Silicium enthält, brüchig und schlecht ist. Schliesslich erklärt Snelus, dass der besprochene Vorgang ebenso gut bei dem Bessemer-, wie bei dem Siemens-Martin-Process in Anwendung gebracht werden kann. Auffallend ist jedoch, dass der sehr wichtige Umstand, welchen Gautier hervorgehoben hat, dass nämlich dem dichten Stahlgusse durch bloses Wiedererhitzen zur hellen Rothwärme und darauf folgendes langsames Erkalten an der Luft die Textur und grosse Festigkeit des geschmiedeten, gewalzten oder gepressten Stahles ertheilt werden könne, in der Versammlung von keiner Seite bestätigt wurde.Zur Prüfung dieser Angabe wurden nach P. v. Tunner (Zeischrift des berg- und hüttenmännischen Vereines für Steiermark und Karnten, 1877 S. 353) Versuche mit Inneberger Manganstahl Nr. 4 angestellt, welche ergaben, dass das Wiedererhitzen des rohen Stahlgusses und die darauf folgende langsame Erkaltung die Festigkeit und Dehnbarkeit wesentlich erhöht, aber nicht jenen Grad erreicht, welcher durch ein entsprechendes Hämmern, Walzen oder Pressen des wiedererhitzten Stahlgusses mit Sicherheit erlangt wird. (Nach dem Journal of the Iron and Steel Institute, 1877 S. 41 und der Oesterreichischen Zeitschrift für Berg- und Hüttenwesen, 1877 S. 260.)