Wie kommen Legierungselemente aus den Erzen in den Stahl ?

U. Gerfin

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Wir haben ausgiebig über die Qualität und die Eigenschaften der Raffinierstähle insbesondere zu den Thesen von V. Hollmann diskutiert.
Ich war fest entschlossen, zu dieser Diskussion nichts mehr zu sagen.

Einen Teilaspekt möchte ich aber wieder aufnehmen und zwar, weil ich voreilig einen so nicht haltbaren Standpunkt eingenommen habe, als ich meinte, es sei doch wahrscheinlich, daß aus manganreichen Erzen auch manganhaltiger Stahl entstehen werde. Da ich mich nicht als Mitbewerber um den Bundesunbelehrbarkeitspreis qualifizieren will, muß ich diesen Irrtum hier klarstellen.

Bei sorgfältig durchgeführten wissenschaftlichen Untersuchungen hat sich erwiesen, daß Mangan und Silizium im Rennfeuer nicht aus den Erzen in das Eisen übergehen.
Zum Nachlesen: Karl Roesch und Hans Martin Kühn " Synthetische Herstellung von Rennfeuereisen und dessen handwerkliche Verarbeitung" in Archiv Eisenhüttenwesen 1976 s. 5 ff und Ernst Hermann Schulz "Über den Werkstoff des Schweißeisen -Zeitalters" Archiv Eisenhüttenwesen 1955, S. 365 ff.
Dort wird berichtet, daß auch bei Erzen mit 5,26 % MnO und 5,4 % Si im fertigen Eisen Mangan und Silizium nicht enthalten waren.

Diese Befunde geben V. Hollmann also recht !

Würden sie für alle Legierungselemente gelten, so müßte die Frage alter Schweißdamaste tatsächlich neu überdacht werden.

Da ich mich mit der Rennfeuerarbeit nicht ernsthaft beschäftigt habe, stelle ich die oben angesprochene Frage an die Fachleute auf diesem Gebiet.

Was mich an der allgemeinen Übertragbarkeit der Regeln für Mangan und Silizium auf andere Elemente zweifeln läßt, ist die vielfache Erwähnung von Legierungselementen in nachgewiesen alten Stählen.

Phosphor und Schwefel legieren sich auf. Soweit besteht Klarheit.
Arsen läßt sich offensichtlich gut mit Eisen legieren, wie ein Bericht von Gerhard Becker "Niedrig schmelzende Eisen-Arsen-Legierungen als Hilfsmittel für den Verbund römischer Schwertklingen", Archiv Eisenhüttenwesen 1961, S. 661 ff zeigt. Die dabei untersuchte Klinge wies weiter 0,3 % Ni und Spuren von Titan und Vanadium-dieses immerhin bis zu 0,15 %- auf. Wie sind die in den Stahl gekommen, wenn nicht aus den Erzen ?.

Im Zusammenhang mit dem Wootz wird ja auch durchaus ernsthaft die Meinung vertreten, daß geringe Anteile von Vanadium oder von Seltene Erde- Metallen das Abscheiden des Zementits entlang der Dendriten begünstigen und so die Erzeugung des Wootzmusters erst ermöglichen.
Wie kommen die in den Stahl, wenn nicht aus den Erzen ?.

Das sind Fragen, zu denen ich von den Leuten, die mit Rennfeuern arbeiten, gerne Antworten hätte.

Freundliche Grüße
U. Gerfin
 
AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

Hmm...in der Literatur wird bei Materialanalysen öfters Mangan, Arsen sowie Silicium als Bestandteil des Raffinierstahles angegeben. Auch spuren von Vanadium ja sogar Molybdän werden hier aufgezeigt.
Das kann man in den älteren Schriften aber auch in den etwas jüngeren Tabellen nachlesen.....

Oder aber sind diese Elemente in den Schlackeanteilen welcher sich unbestreitbar , mal mehr oder mal weniger , in den Raffinierstählen befinden enthalten ?

Weil die Untersuchungsmethode ist hier mal etwas näher zu betrachten.

Nur mal als ein mögliches Beispiel:

Einige Metallanalysatoren arbeiten nach dem Prinzip der sogenannten optischen Emmissionsspektrometrie. Mit der Probensonde wird durch eine Bogen- oder Funkenentladung Probenmaterial verdampft und die freigesetzten Atome und Ionen zur Emission von Strahlung angeregt.
Über einen Lichtleiter wird die emittierte Strahlung an das optische System geleitet, wo sie in einzelne spektrale Komponenten zerlegt wird. Von den zahlreichen Wellenlängen, die jedes in der Probe enthaltene Element typischerweise emittiert, wird die für die jeweilige Applikation am besten geeignete Linie mit Hilfe eines CCD-Detektors gemessen.

Die Strahlungsintensität, die sich proportional zur Konzentration des Elements in der Probe verhält, wird intern weiterverarbeitet und mit im Gerät gespeicherten Kalibrationsdaten verglichen. Die Ergebnisse können anschließend direkt als Konzentrationswerte in Prozent auf dem Bildschirm und weiteren Ausgabegeräten zur Verfügung gestellt werden.


Es wird somit selbstverständlich auch der darin befindliche Schlackenanteil verdampft und kommt in das Messergebniss.

Ich befinde mich da ebenfalls auf dünnem Eis...aber der Gedanke hat was für sich.

Ich werde mal da jemanden Fragen dessen Beruf es ist . Ein Archometallurge müßte das eigendlich auch beantworten können.
Vielicht bekomme ich da auch was schriftliches.

Nachtrag bzw. Frage an Ulrich: " Synthetische Herstellung von Rennfeuereisen ..?
Was genau ist hier mit syntetisch gemeint ?
Hat man nicht einen Ofen mit Holzkohle gefahren oder wie darf man das verstehen?
 
AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

Einen Anhaltspunkt hat Achim im Beitrag #144 gegeben.
http://www.messerforum.net/showthread.php?t=74787&page=5


Zitat:
Ziele des Versuches waren:
- herauszufinden, ob der in alten indo-persischen Tiegelstählen vorgefundene Vanadiumgehalt, der anhand der funkenspektrometrischen Analyse mehrerer alter Klingen überall festgestellt wurde, aus dem Erz kommen kann.
- herauszufinden welche Unterschiede zwischen Raffinierstahl und Wootz aus derselben Rennofen-Luppe bestehen.

Dazu wurde eine Charge von 25 kg indisches Erz (Goa) im Rennofen verhüttet. Es wurde eine Roh-Luppe von brutto ca. 11 kg erzeugt. Diese wurde geteilt und zum Teil im Originalzustand erhalten, zum Teil zu Wootz im Tiegel erschmolzen und zum Teil zu Raffinierstahl verarbeitet. Alle drei Arbeitsergebnisse wurden spektrometrisch untersucht. Alle drei Materialien wiesen einen Vanadium-Gehalt von rund 0,1 bis 0,2 % auf.

Nun ist es an Ihnen, mir zu erklären, wie das Vanadium in den Stahl der Luppe kam, wenn es nicht aus dem Erz stammte, denn etwas Anderes als beste Meilerkohle und das Erz hat der Ofen nicht gesehen. Und was die Schmelztemperaturen angeht möchte ich Ihnen einen Tipp geben: Mehrstoffsysteme. Man braucht ja auch keine 3390° C (Schmelzpunkt W) um Wolfram in den Stahl zu bekommen.

Gruß,
Peter
 
AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

Hallöchen
Das ist eine Analyse,wie sie Dieter beschrieben hat,der Analytiker wusste aber nicht worum es ging(Absicht).
Ich habe auch noch Bilderchen,6x 100:1 und 1x 100:1,die ich dem Auftraggeber hier aus dem Forum,noch nicht geschickt habe,vielleicht liest er ja mit und kann dazu mehr sagen,ansonsten werde ich ihn darauf hinweisen.

http://messerforum.net/fotoalbum/data/500/DSCI000138.JPG

http://messerforum.net/fotoalbum/data/500/DSCI000234.JPG


PS.es geht hier um eine geschmiedete Luppe

Gruß Maik
 
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AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

Irgendwie weigert sich mein Kopf aber auch das die Beeinflussung von Verdampften Schlackebestandteilen welche aus was auch immer bestehen ......bei den Untersuchungen übersehen oder gar ignoriert werden.....

Denoch lohnt es sich schon mal da nachzuharken ...keine Frage.

Zur Abrundung und Verdeutlichung noch ein paar Bildchen worum es geht bzw was das eventuelle Problem sein könnte...wenn die Schlackeanteile tatsächlich einen Einfluß haben kann bzw. die Ursache sind das hier Elementarteile in Analysen auftauchen welche da eigendlich nicht reinkommen könnten.......oder doch ?

Bild eins:
Der eingebettete Querschnitt durch das Fragment einer zerbrochenen römische Schwertklinge. Durch kompletterhaltene Klingen vom selben Fundplatz mit der selben geomentrischen Gestalt eindeutig als römisch 2.JHd identifiziert.
Probe geschliffen und angeätzt. Keine wesendlichen Verunreinigungen durch Schlacke sichtbar.

Bild Zwei
Ein vergößterter Ausschnitt der selben Probe.
Ein paar Zeilen werden schwach sichtbar. Leider kein sehr gutes Bild.

Bild drei
Ein Ausschnitt der selben Klinge bei ca 400 facher Vergrößerung.
Jetzt werden Schlackeeinschlüße recht deutlich sichtbar.
Hier eben als Beispiel mit den grau erscheinenden "Splittern".

Die Urheberrechte dieser Bilder liegen bei mir und dürfen ohne meine Einwilligung nicht woanders veröffendlich oder sonst wie verwendet werden.

Es wurde die Klinge in der Fläche ebenfalls fein poliert im japanischen Stil.
Dabei wurde keinerlei Muster sichtbar .
Die zusehende Textur könnte auch ohne weiteres ein moderner Industriestahl sein.

Es dürfte jetzt schon einleuchtend sei das solche Schlackeeinschlüsse bei einer oben beschriebenen Methode schon vorstellbar das Untersuchsergebniss beinflussen könnten.
 

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AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

Habe gerade noch mal nachgelesen,leider wurde Zunder einer Gesenkschmiede zum Raseneisenerz in den Ofen dazu geworfen und Quarzsand,also brauche ich immernoch verwertbare Proben.

Gruß Maik
 
AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

nicht böse sein, aber funkenspektrometer haben auch fehler (müsste morgen im büro mal nachschauen, was da handelsüblich ist)!

zum thema ist in der schlacke:
wenn die 0,15% aus der schlacke kommen, muss entweder die schlacke aus nahezu purem vanadium bestehen, oder der K3 wert gegen 60 gehen. was aber wieder bedeuten würde, dass der stahl fast nurnoch aus schlacke besteht! bildreihen hierfür habe ich bei interesse vorliegen.


p.s.: die römerklinge geht übrigens von den einschlüssen gegen 0!
 
AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

Hallo,

die Frage warum Renneisen im Allgemeinen so rein ist muss man differenziert betrachten. Alle Elemente die unter den Bedingungen des Rennofens (CO, O2 Konzentration, Temperatur, Schlackenzusammensetzung etc.) reduziert werden, werden sich auch im Eisen wiederfinden. Das wird z.B. für Ni, Co, Cr, Cu zutreffen, aber nagelt mich da nicht fest, müsste man für jeden Einzelfall prüfen. Der Grund warum die nicht vermehrt auftreten, ist, dass ihre Konzentration im Erz normal gering ist.
Auf der anderen Seite ist nicht jedes Metall unter diesen Bedingungen, die Temperatur spielt hier hauptsächlich die Musik, reduzierbar. Man kann sich ja z.B. die Frage stellen, warum Ca nicht im Renneisen vorkommt (also jetzt legiert und nicht in Schlackeeinschlüssen), obwohl es massenhaft in der Schlacke vorkommt. Aha, Ca ist sehr unedel, also hat es eine hohe Affinität zum Sauerstoff und wird daher nicht reduziert, ist soweit jedem klar. Bei Mn und Si ist das nicht ganz so klar, das sind nämlich "Grenzgänger" die bei den Temperaturen nicht so gern reduziert werden wollen schaut mal hier S.4.
Früher verwendete man Mn, in Form von Spiegeleisen sogar zum desoxidieren von Stahl wofür das Si heute noch verwendet wird.


Gruß

MythBuster
 
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AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

Wie macht es denn die Industrie fragt man sich die Legierungselemente in den Stahl zu bekommen?

Die stehen ja auch vor dem Problem, dass man erheblich unterschiedliche Schmelzpunkte hat.
Nun man macht Vorlegierungen aus Eisen und Legierungselementen wie Chrom oder Vanadin usw.

Da gibt es dann so nette Legierungen wie Ferro-Titan oder Ferro-Wolfram.
Also kann das einlegeiren z.B. Vanadium nur aus der Umgebung stammen in der eine ähnliche Verbindung die den Schmelzpunkt herabsenkt vorhanden ist. Sei es in der Schlacke oder dem Ofen ....
 
AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

Ich sende Euch folgenden Link zur Information:

http://www.ferroinsight2000.com/%20Verh%FCttung/Texte/ver-text.htm

Hier findet man einen kurzen Bericht über die: "Verhüttung von Raseneisenerz als experimentalarchäologisches Projekt".

Im Niedersächsischen Freilichtmuseum in Cloppenburg wurde vom 12.bis 18. Juli 1999 ein archologisches Experiment unter Leitung von Schmiedemeister und Diplom-Metallgestalter Alfred Bullermann durchgeführt.
DieVerhüttung von Raseneisenerz im Rennofen.

Proben der Verhüttungsergebnisse wurden im Institut für Eisenhüttenkunde an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, von Herrn Univ.-Prof.Dr.Ing.Wolfgang Beck, analysiert und dokumentiert.

Die Verhüttungsproben ergaben Werte für Si und Mn unter 0.01%.

Grüsse
 
AW: Wie kommen Legierungselemente aus den erzen in den Stahl ?

p.s.: die römerklinge geht übrigens von den einschlüssen gegen 0!

Ja ......kommt eben drauf an wie genau bzw wie weit man das vergrößert.
Richtige große Einschlüsse sind nicht da ebensowenig wie erkennbare Lagen oder gar definierte Zeilen.
Nicht falsch verstehen !
Ich war schon ziemlich beeindruckt als ich da bei dem Bearbeiten der Probe war. Da gibt es noch ganz andere Arbeiten.

Diese Klinge ist von jemandem gemacht worden der den Prozess der Verarbeitung sehr gut beherrschte.
Und das ganze hier in Europa vor ca 1900/1800 Jahren ...und eben nicht in Japan:steirer:
 
habe mir mal die DIN 50602 zu Gemüte geführt..

das in der Klinge scheinen SiO zu sein, aus den Bildtafeln hätte ich gesagt, K7 mit einer Wertigkeit von vielleicht 2
lässt sich so schlecht sagen..

p.s.: Einschlüsse werden norm ungeätzt bei 100fach beurteilt.
 
Hi, ich verfolge die Diskussion mit Herrn Hollman und diesen Thread jetzt schon ne Weile mit. Viel kann ich nicht dazu beitragen, da es mit meinen metallurgischen Kenntnissen nicht so weit her ist. Aber ich betrachte die Sache eher aus einer praktischen, als aus einer wissenschaftlichen Sicht.

Original von U. Gerfin:
Würden sie für alle Legierungselemente gelten, so müßte die Frage alter Schweißdamaste tatsächlich neu überdacht werden.

Mich würde einfach mal interessieren, ob es den Leuten, die viel Erfahrungen mit Rennfeuern haben, schon einmal gelungen ist, einen gut zeichnenden Damast herzustellen. Also, gibt es jemanden, der zwei Rennstähle verschiedener Herkunft zu einem Damast verschweißt hat? Wenn ja, dann hat man es mit Sicherheit auch früher hinbekommen...

Edit: Nur um das klar zu stellen. Dass sie es hinbekommen haben, steht für mich außer Frage. Hab auch schon alte wurmbunte Schwerter im Museum gesehen. Leider noch nicht in der Hand gehabt;-)

Gruß Jannis
 
Last edited:
Zur Frage, ob bestimmte Elemente durch den Rennofenprozess in den "fertigen" Stahl gelangen können, wurde bisher fast ausschließlich das "Wie" und nicht das "ob" disskutiert.
Das Messverfahren wurde zwar angezweifelt, aber nicht durch ein anderes oder zusätzliches bestätigt.
Warum nicht ein Verfahren wählen bei dem die Schlacke weitestgehend erhalten bleibt und praktisch nur der Stahl untersucht wird?
Natürlich ist die Spektroskopie ne tolle Sache, Probe rein, Knöpfchen drücken und schwups ist der Messwert da und je nach Software ist der auch schon so gut wie fertig zum Ergebnis interpretiert.
Zugegeben eine Massenspektrometer hat nicht jeder zu Hause rumstehen, aber vielleicht würde für eine halbquantitativer Nachweiß von Mn und ähnlichem im Stahl auch die guten alten nasschemischen Nachweismethoden verwertbare Ergebnisse bringen.
Und damit ließe sich die Frage klären, ob bestimmte Elemente nur in der Schlacke im Stahl vorhanden sind oder im Stahl selbst.
 
Ich würde den entgegengesetzten Weg vorschlagen: Es wäre wunderbar, wenn ein Fragment einer (alten) wurmbunten Klinge mit einem Secondary Ion Mass Spectrometer (SIMS) untersucht würde. Damit könnte die räumliche Verteilung praktisch aller Elemente (incl. Isotope!) mit einer Auflösung bis unter 1µm bestimmt werden. Damit wäre klar, worin sich die verschiedenen Lagen tatsächlich unterscheiden und woraus die Einschlüsse genau bestehen. Über die Isotopenverhältnisse der seltenen Erden sollte theoretisch sogar eine Herkunftsbestimmung der Erze möglich sein und die Kohlenstoffisotopie könnte für eine C14 Datierung verwendet werden.
Schön wäre das...Leider gibt's nicht viele SIMS Gerät (und Klingenfragmente). Es müßten sich also schon die richtigen Leute zusammentun und ein Forschungsprojekt daraus machen...

viele Grüße, Jan
 
Guten Morgen,

Ums gleich zu sagen, ich werde zzt.auch noch keine Antwort geben können, bleibe aber weiterhin auf der Suche danach.

Wie Ulrich schon schrieb, gibt es eine Menge Erze, mit Mn gehalte zwischen 7,1 bis 0,21% .
Ich zitiere aus dem Buch, Kurzgefasste Eisenhüttenkunde von Dr.-Ing.Bernard Osann jr. aus dem Jahre 1943
Tafel 6 Seite 39 zb, nennt Kiiruna Magneteisenstein aus Nordschweden
Fe 67,7% und ein Mn gehalt von 0,21%
Desweiteren Siegerländer Spateisenstein Rostspat 44,1% Fe mit 7,1% Mn neben natürlich den anderen Begleitern.

Seite 61 ,einige Bemerkungen zum Mngehalt in den Erzen;

Beim Rennverfahren und in den Anfängen des Hochofenverfahrens spielte der Mangangehalt der Eisenerze eine wichtige Rolle.
Das Mangan wird nur in geringem Umfang reduziert,geht also zum grössten Teil als Manganoxydul in die Schlacke ,setzt hier etwa die gleiche Menge Eisenoxydul aus der Bindung an Kieselsäure frei und begünstigt dadurch die Eisenreduktion,denn freies Eisenoxydul ist leichter reduzierbar als an Kieselsäure gebundenes.
Mittelbar wird somit durch Mangan auch die Kohlung des Eisens begünstigt.
Manganhaltige Erze eigneten sich daher besonders für die Erzeugung von Hartstahl und auf dem Vorkommen solcher "Stahlerze" beruhte die Stahlherstellung im Siegerland,in Steiermark und Schmalkalden.

Das Wort welches Ulrich an "uns:rolleyes: ....die Rennofenleute weitergereicht hat" bedeutet dass ich mich für meinen Teil angesprochen fühle, ohne allerdings der Hüttenexperte zu sein!!

Hieraus ergibt sich allerdings die Möglichkeit, durch Studieren allmöglicher Fachlektüre,der Sache wenigstens Theoretisch auf den Grund zu gehen,um Behauptungen zu stützen.

Das Analysieren der gewonnenen Luppen aus all möglichen Erzen, ist die andere Möglichkeit, die ich mir aber kaum leisten kann.

Lasst uns drannbleiben

Gruss Bohr Rom.
 
Ok, hab vor einiger Zeit nen Stück Tamahagane von DICK geschenkbekommen und es dann in Buchenmeilerkohle raffiniert. Hab es dabei bewusst nicht abgekohlt, um einen möglichst hohen C-Gehalt zu haben. Jetzt liegt es als Block bei mir zu Hause und ich überlege schon ewig, was ich damit machen soll. Wenn es weiterhilft, stelle ich es gerne für eine Analyse zur Verfügung stellen. Sofern es dabei nicht ganz verbrutzelt wird:glgl: Obwohl es scheinbar ja schon ne Menge wissenschaftliches Material zu den japanischen Sachen gibt.

Gruß Jannis
 
Also ich finde es wirklich nett von Maik Schnitzer, dass er sich dieser Sache annimmt.
Ich werde auf alle Fälle, ebenfalls Proben schicken, um zu sehen, ob und wann wir zu Kreuze kriechen :jammer:

Jedenfalls gilt es genau zu wissen welches Erz, verhüttet worden ist, inclusive deren Analyse.

Gruss unsel
 
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