Stahl

Wirklich hohe Häuser werden Wolkenkratzer genannt. Wolkenkratzer haben, ein bisschen wie wir Menschen, eine Art Skelett, das alle Etagen trägt. Allerdings ist das Skelett des Wolkenkratzers nicht aus Knochen, sondern aus einem anderen Material: Stahl. Was ist Stahl? Und warum ist es ein so nützliches Material?

Stahl ist ein Gemisch aus verschiedenen Stoffen: eine Legierung. Eine Legierung besteht immer aus mindestens einem Metall. Stahl enthält immer das Metall Eisen, und hat immer ein wenig Kohlenstoff, ein Nichtmetall. Die Kohlenstoffmenge im Stahl, der Kohlenstoffgehalt, variiert zwischen 0,15 und 2,0 %. Der Kohlenstoffgehalt bestimmt die Eigenschaften des Stahls.

Ein hoher Kohlenstoffgehalt ergibt einen härteren Stahl. Dieser kann verwendet werden, um viele Arten von Schneidwerkzeugen herzustellen. Ein niedriger Kohlenstoffgehalt ergibt einen weicheren Stahl, leichter zu biegen und zu formen, ohne sich zu spalten. Kohlenstoffarmer Stahl lässt sich leicht ausdehnen, pressen und schweißen: er ist formbarer. Dieser Stahl kann zur Herstellung von Stahldraht, Blechen und Trägern zur Verwendung in einem Skelett für Brücken und Häuser, verwendet werden.

Der Hauptbestandteil von Stahl, das Metall Eisen, wird braun und zerfällt bei Kontakt mit Sauerstoff und Wasser: es rostet. Damit Stahl nicht rostet, und unbrauchbar wird, wird dem Metall Chrom hinzugefügt. Chrom bildet eine schützende Oberfläche auf dem Stahl. Das Ergebnis ist: Edelstahl. Damit kann man zum Beispiel Herde, Töpfe und Besteck herstellen.

Die Pharma- und Lebensmittelindustrie verwendet Edelstahl, weil sie Materialien benötigen, die Medikamente oder Lebensmittel nicht kontaminieren. Um einen Stahl herzustellen, der hohen Temperaturen standhalten kann, wird dem Metall Wolfram hinzugefügt. Diese Art von Stahl wird für Schneid- und Bohrwerkzeuge verwendet, die oft sehr heiß werden. Eisen, der Hauptbestandteil von Stahl, ist magnetisch. Wird aber Stahl mit noch besseren magnetischen Eigenschaften benötigt, wird dem Metall Kobalt beigemischt.

Daher eignet sich kobalthaltiger Stahl zur Herstellung von Magneten. Manchmal muss Stahl nicht nur weich und formbar sein, sondern auch robust und strapazierfähig. Dazu wird der Stahl auf eine Temperatur zwischen 750 und 950 Grad Celsius erhitzt. Der Kohlenstoff vermischt sich dann gleichmäßiger mit dem Eisen im Stahl. Dann wird der Stahl schnell in Wasser oder Öl abgekühlt.

Dadurch entsteht ein härterer Stahl. Den Vorgang nennt man Härten des Stahls. Aber schnelles Abkühlen führt dazu, dass sich einige Bereiche schneller zusammenziehen als andere, was Spannungen im Stahl erzeugt: thermische Belastung. Der Stahl wird spröde. Also wird er wieder erhitzt, aber auf eine etwas niedrigere Temperatur: zwischen 150 und 650 Grad Celsius.

Der Stahl ist gehärtet. Auf diese Weise können sich das Eisen und der Kohlenstoff im Stahl ein wenig bewegen, wodurch die Spannung im Stahl abgebaut werden kann. Der Stahl ist jetzt hart und haltbar, aber gleichzeitig formbar. Strapazierfähiger Stahl, der auch elastisch ist, kann einer Biegung durch Kräfte wie starken Winden standhalten. Er ist also ein perfektes Material für den Bau wirklich hoher Häuser, wie Wolkenkratzer.