Alles Wissenswerte zu Herstellung und Besonderheiten von Stabstahl
Stabstahl zählt zu den Metall-Halbzeugen und ist eine der typischen Formen, in denen Stahl für die Weiterverarbeitung zu fertigen Werkstücken gehandelt wird. Die Herstellung und Form von Stabstahl können dabei variieren, so dass er sich für verschiedene Einsatzzwecke optimal anpassen lässt. Wir zeigen die Vielseitigkeit des Stabstahls in seinen verschiedenen Ausführungen auf.
Definition: Was ist Stabstahl?
Metall-Halbzeuge, die in unterschiedlichen Branchen zu verschiedenen Zwecken verwendet werden, sind in vielen Formen erhältlich. Bei Stabstahl handelt es sich um den Oberbegriff für eine Gruppe von stabförmig gewalzten, geschmiedeten oder gezogenen Metall-Halbzeugen aus Vollmaterial. Charakteristisch ist der gleichbleibende, geometrische Querschnitt über die gesamte Länge.
Metall-Halbzeuge, die in unterschiedlichen Branchen zu verschiedenen Zwecken verwendet werden, sind in vielen Formen erhältlich. Bei Stabstahl handelt es sich um den Oberbegriff für eine Gruppe von stabförmig gewalzten, geschmiedeten oder gezogenen Metall-Halbzeugen aus Vollmaterial. Charakteristisch ist der gleichbleibende, geometrische Querschnitt über die gesamte Länge.
Stabstahl muss nicht zwingend über ein rundes Profil verfügen. Gängige Varianten sind auch Stäbe mit Vierkantprofil, Sechskantstahl oder Flachstahl. Selbst Spezialprofile sind möglich. Die jeweiligen Profile sind in ihrer Geometrie durch EURO-, DIN- und Werksnormen der Hüttenwerke festgelegt. Maßgeblich für die begriffliche Unterscheidung von verschiedenen Stahlerzeugnissen ist die DIN EN 10079.
Nach der Begriffsbestimmung der Norm handelt es sich bei Stabstahl um rundes Halbzeug, aus dem Langerzeugnisse hergestellt werden. Neben Draht und Walzdraht fallen in diese Kategorie
- warmgewalzte Stäbe, wozu Rundstäbe, Vierkantstäbe, Sechskantstäbe, Achtkantstäbe, Flachstäbe und Spezialstäbe (dabei handelt es sich um Sonderprofile wie Trapez-, Dreieck-, Halbrund- oder andere Profile) gehören,
- geschmiedete Stäbe (sogenannte Stabeisen),
- Hohlbohrstäbe (zur Herstellung von Bohrern) sowie
- gezogener, geschälter oder geschliffener Blankstahl.
Darüber hinaus gibt es gerippten und profilierten Beton- oder Spannstahl, wie er in der Baubranche häufig verwendet wird, ebenfalls in Form von Stäben. Allgemein gelten Stäbe als einfachste Form für Halbzeug, Stabstahl lässt sich zudem aus verschiedenen Metallsorten herstellen.
Für Herstellungsanforderungen und Abmessungen der einzelnen Stabstahlprofile sind wiederum eigene DIN EN-Normen zu beachten. Wir haben einige Beispiele zusammengetragen:
| Stabstahlprofile, Normen & Abmessungen (Beispiele) | ||
|---|---|---|
| Bezeichnung | DIN EN | Abmessungen |
| Rundstahl | DIN EN 10060 | 8 bis 200 mm |
| Vierkantstahl | DIN EN 10059 | 8 bis 120 mm |
| Sechskantstahl | DIN EN 10061 | 13 bis 103 mm |
| Flachstahl | DIN EN 10058 | 10 x 5 bis 150 x 60 mm |
| Winkelstahl (gleichschenklig) | DIN EN 10056-1 | 20 x 3 bis 250 x 35 mm |
| Winkelstahl (ungleichschenklig) | DIN EN 10056-2 | 30 x 20 x 3 mm bis 200 x 150 x 15 mm |
| T-Stahl (hochstegig) | DIN EN 10055 | 30 bis 140 mm Steghöhe |
Herstellung von Stabstahl: Die verschiedenen Verfahren
Stabstahl kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Welches Verfahren verwendet wird, hängt nicht zuletzt vom Einsatzbereich ab, für den das jeweilige Erzeugnis vorgesehen ist. Denn je nach Herstellungsprozess erhält der Stabstahl verschiedene Eigenschaften. Dadurch lässt er sich sehr gut an unterschiedliche Anforderungen anpassen.
Am häufigsten werden Stäbe kalt gezogen oder warm gewalzt. Wir stellen die Verfahren vor.
Exkurs: Dehnbarkeit von Metall
Die Herstellung von Stabstahl basiert auf der Dehnbarkeit von Metall. Das bedeutet, dass es über die Elastizitätsgrenze hinaus verformt werden kann. Bei der Krafteinwirkung, die für das Verformen benötigt wird, beeinflusst das sogenannte Fließverfahren die Struktur des Materials.
Die einzelnen Atomschichten des Kristallgitters des Metalls werden dabei zwar bewegt, sie behalten aber ihren Zusammenhalt. Dennoch lassen sich auf diesem Weg die Eigenschaften des Stabstahls je nach angewandtem Verfahren unterschiedlich verändern.
Warmgewalzter Stabstahl
Für das Stabwalzen benötigt es Walzwerke, durch die das zu formende Stück Metall hindurchgeführt wird. Dabei handelt es sich um die sogenannte Bramme, ein langes Stück des gewünschten Metalls. Vor der Verarbeitung hat es in der Regel die Form eines Prismas.
Um die Form verändern zu können, wird das Metall auf eine Kristallisationstemperatur oder darüber hinaus erhitzt. Schon dieser Vorgang sorgt dafür, dass sich die Form ändert. Die Ausgangsform wird dabei so weit erwärmt, dass die einzelnen Bestandteile des Stahls rekristallisieren, das heißt sie werden beweglich werden.
Die endgültige Stabform besorgen jedoch die Walzen: Sogenannte Furchwalzen, die über Furchen und Flanschen bestehen, bringen das Material in die gewünschte Form. Dazu wird es beim Walzen schrittweise gedehnt. Das Erhitzen trägt dazu bei, dass die dadurch entstehende Spannung abgebaut wird.
Neben der Form wird im Zuge des Herstellungsprozesses auch die Nanostruktur des Materials verändert. Daraus resultieren wiederum unterschiedliche Eigenschaften im Vergleich zur Ausgangsform.
Betroffen sind von dieser Veränderung beispielsweise die Festigkeit und Elastizität. Durch die Umformung mittels Wärmeeinsatz (vor allem mit Temperaturen über dem Rekristallisierungspunkt) lassen sich Stähle mit einer vergleichsweise hohen Verformbarkeit herstellen. Stabstahl ist dabei ein Vorprodukt für Rundstahl. Dieser wird in einem weiteren Arbeitsschritt veredelt. Auf diese Weise erhält er seine hohe Stabilität und Bruchfestigkeit.
Für die Herstellung von Stabstahl muss nicht zwangsläufig Wärme eingesetzt werden, um die Umformung zu bewirken. Zwei „kalte“ Verfahren sind das Schälen und das Ziehen. Sie kommen für jeweils unterschiedliche Querschnittgrößen zum Einsatz.
Exkurs: Was ist Blankstahl?
Blankstahl kann aus allen Stahlsorten hergestellt werden. Charakteristisch ist seine ebene und glatte Oberfläche, die durch Entzunderung und spanlose Kaltumformung (durch Ziehen und Schälen) erreicht wird. Er zeichnet sich zudem durch eine bessere Bearbeitungsfähigkeit im Vergleich zu anderen Metall-Halbzeugen aus.
Darüber hinaus verfügt er über die größere Maßgenauigkeit als warmgeformter Stahl, die Oberfläche ist weniger von Poren und Rissen betroffen und damit sehr gut für eine Oberflächenveredelung geeignet. Übliche Blankstahl-Produkte sind zum Beispiel Rund-, Flach-, Vierkant-, Sechskant- und Winkelprofile.
Nach seiner Fertigstellung lässt sich Blankstahl in verschiedenen Bereichen einsetzen, zum Beispiel als Automatenstahl, Einsatzstahl, Vergütungsstahl, Werkzeugstahl und einige mehr.
Das Ziehen von Stäben
Das Kaltziehen ist eine spanlose Kaltumformung. Mit Hilfe von Maschinen wird das Material so lange gezogen, bis er das gewünschte Profil vorweist. Im Gegensatz zum Walzen liegen die Temperaturen unterhalb des Rekristallisationspunkts.
Das Ziehen von Stäben (und Drähten) wird dann eingesetzt, wenn Halbzeuge mit sehr hoher Querschnittsgenauigkeit und einer glatten Oberfläche erzeugt werden sollen. Weitere Ergebnisse der Umformung durch das Stabziehen sind:
- verkleinerte Querschnittsabmessungen (etwa der Durchmesser),
- erhöhte Länge bei gleichbleibendem Volumen.
Das Verfahren ist sowohl für Rundprofile wie auch Vierkant- und Sechskant-Profile sowie spezielle weitere Profile geeignet. Die plastische Verformung mit Hilfe des Ziehens verstärkt das Material und verleiht ihm so eine höhere Zugfestigkeit und eine geringere Plastizität.
Exkurs: So funktioniert das Stabziehen
Das Durchziehen zum Herstellen von Stäben ist eine von mehreren Varianten des Zugdruckumformens DIN 8584. Das Ausgangsmaterial wird dabei durch ein sich verjüngendes Hohlwerkzeug (den Ziehring oder Ziehstein) gezogen.
Durch das Anangeln wird das Material für das Ziehen vorbereitet, das heißt der Durchmesser der Stabenden wird verkleinert, damit die Ziehdüse dort ansetzen kann. Für das Stabziehen kommen sogenannte Ziehbänke zum Einsatz. Multifunktionale Zieh-Kombi-Linien können beispielsweise auch Drähte ziehen.
Nach dem Durchziehen wird der Stabstahl noch weiteren Arbeitsschritten unterzogen:
- Die Stäbe werden je nach Durchmesser mit Scheren oder Sägen auf bestimmte Längen geschnitten.
- Für manche Anwendungen reicht die Geradheit der Stäbe nach dem Ziehen nicht aus. Deshalb folgt nach dem Ziehen das Abrichten. Für diese Aufgabe gibt es verschiedene Rollrichtmaschinen (etwa Walz-, Mehrrollen- und Schrägrollenrichtmaschinen). Vertikale und horizontale Rollrichtmaschinen ermöglichen das Abrichten in gegenseitig parallelen Flächen. Ansonsten helfen Walzmaschinen dabei, eine möglichst hohe Geradheit der Stäbe zu erreichen.
Das Schälen von Stäben
Das Schälen ist ein spanendes Verfahren. Dazu wird der Stabstahl durch einen Schälkopf geführt, der das überschüssige Material von der Oberfläche abhobelt oder abspant. Der Grund hierfür sind nicht zu vermeidende Oberflächenschäden (etwa Überwalzungen, Risse oder Randentkohlung), die bei in Folge der Herstellungsprozesse von gezogenen und gewalzten Stäben entstehen können.
Abhängig vom Einsatzzweck des Stabstahls ist eine makellose Oberfläche gemäß DIN EN 10221 jedoch erforderlich. Das lässt sich durch das Schälen erreichen, das sowohl für Walzstäbe als auch für gezogene Stäbe angewendet werden kann. Dazu wird ein Drehkopf mit Hartmetallinlays verwendet, mit der die Fehler in der Oberflächenschicht der Stäbe beseitigt werden.
Durch das Schälen werden die mechanischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials nicht verändert. Gleichzeitig ist durch den Vorgang eine sehr große Durchmessergenauigkeit möglich sowie eine hohe Oberflächenqualität.
Einsatzbereiche für unterschiedliche Formen von Stabstahl
Verschiedene Metalle oder Nicht-Metalle, verschiedene Herstellungsverfahren, verschiedene Profile und Eigenschaften, glatt oder gerippt: Stabstahl ist ein sehr vielfältiges und vielseitiges Metall-Halbzeug und hat deshalb ein breites Anwendungsspektrum. Dazu tragen ebenso die Vorteile bei, die alle Stabstähle vorweisen können. Hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit und Feuerresistenz machen dieses Halbzeug für viele Branchen interessant.
Stabstahl für Schlosserarbeiten
Beliebt ist Stabstahl unter anderem für Schlosserarbeiten. Aus dem Langprodukt lassen sich beispielsweise Treppengeländer, Vordächer, einfache Türen und Fenster (mit Hilfe von Winkel- und Kleinprofilen) fertigen. Zusätzlich von Vorteil ist für diese Art der Verwendung, dass Stabstahl mit der richtigen Metallsorte und Oberflächenbehandlung sowohl für den Innen- als auch den Außenbereich geeignet ist.
Stabstahl für die Baubranche
Im Baugewerbe wird gerippter oder profilierter Stabstahl als Bewehrungs- oder Betonstahl eingesetzt. Durch die Rippen oder Profiliierung lässt sich eine bessere Verzahnung zwischen Beton und Stahl erreichen, die wiederum die Kraftübertragung ermöglicht. Rundstahl dient daher der Verstärkung und dem Festigen von Fundamenten, Verschalungen oder Trägern.
Anders als bei Schlosserarbeiten oder anderen Anwendungen ist die Optik des Stabstahls in der Baubranche nachrangig, weil die Stäbe in Wänden und Decken von Gebäuden verbaut werden und ohnehin nicht mehr sichtbar sind. Ein Oberflächenschutz gegen Korrosion ist für den hier eingesetzten Stahl deshalb nicht notwendig.
Stabstahl in anderen Anwendungsbereichen
Stabstahl ist außerdem in wichtiges Halbzeug im Automobilbau oder im Maschinenbau. Es lassen sich Werkzeuge aus dem Langerzeugnis herstellen. Maschinen- und Fahrzeugteile, die besonders korrosionsbeständig sein müssen, bestehen ebenfalls oft aus Stabstahl. Insgesamt bietet er in seinen verschiedenen Ausführungen und dank seiner hervorragenden Eigenschaften eine Vielzahl an Möglichkeiten für die Verwendung in diversen Bereichen.