Eisen und Stahl gehören zu den weltweit am häufigsten verwendeten Metallen. Beide Werkstoffe weisen besondere Eigenschaften auf, die sie von anderen unterscheiden. Moderne Technologien und Verfahren haben neue Varianten hervorgebracht: Gusseisen und verzinkter Stahl. Diese finden in verschiedenen Industriezweigen, Haushalten und Abwassersystemen vielfältige Anwendung. Dieser Artikel beschreibt die Unterschiede zwischen Gusseisen und verzinktem Eisen und erläutert, wie sich diese Unterschiede auf ihre Eignung für Rohrleitungen und Abwasseranwendungen auswirken.
Komponenten
Der Hauptbestandteil von Gusseisen stammt aus Eisenerzen. Daraus wird eine Legierung aus Eisen, Kohlenstoff und Silizium hergestellt. Üblicherweise enthält sie 2 bis 4 % Kohlenstoff und geringere Mengen an Silizium. Verunreinigungen wie Mangan, Schwefel und Phosphat können in Gusseisen vorkommen. Diese zusätzlichen Bestandteile sind jedoch in der Regel zu gering, um die Eigenschaften des Gusseisens zu beeinflussen.
Verzinkter Stahl besteht aus Kohlenstoffstahl oder unlegiertem Kohlenstoffstahl, beides Metalllegierungen. Kohlenstoffstahl setzt sich aus den Elementen Eisen und Kohlenstoff zusammen. Weitere Metalle, die in dieser Legierung vorkommen können, sind Mangan, Silizium und Kupfer. Ihr Anteil an der Legierung liegt üblicherweise unter 0,60 %, sodass ihr Einfluss auf die Legierungseigenschaften vernachlässigbar ist.
Vorbereitung
Gusseisen wird im Hochofen aus Eisen-Kohlenstoff-Legierungen oder Roheisen hergestellt. Dabei entsteht es direkt aus der Schmelze. Die erwähnten Verunreinigungen können in diesem Stadium ausbrennen. Allerdings kann auch Kohlenstoff auf diese Weise verbrennen und muss daher vor der Fertigstellung des Gusseisens ersetzt werden. Fehlen Kohlenstoff und Silizium, ist Gusseisen von minderer Qualität. Nach dem Brennen im Hochofen ist keine weitere Bearbeitung mit Hämmern oder anderen Werkzeugen erforderlich. Dies führt zu einem weniger aufwendigen Raffinationsprozess und einem günstigeren Endprodukt.
Verzinkter Stahl besteht aus Kohlenstoffstahl, der mit einer schützenden Zinkschicht überzogen wird. Dies geschieht in einem Verfahren namens Verzinken, von dem es verschiedene Arten gibt, wie z. B. thermisches Spritzen, Feuerverzinken und Galvanisieren. Beim Feuerverzinken wird der Kohlenstoffstahl in heißes, flüssiges Zink mit Temperaturen von bis zu 460 °C getaucht. Nach vollständiger Beschichtung wird er wieder herausgenommen und der Atmosphäre ausgesetzt. Dabei reagiert das Zink mit Sauerstoff und bildet Zinkoxid. Dieses reagiert anschließend mit dem in der Luft enthaltenen Kohlenstoff zu Zinkcarbonat, das eine graue Schicht auf der Stahloberfläche bildet. Obwohl der Stahl mit einem weiteren Element beschichtet ist, bleibt er formbar und lässt sich mit anderen Metallbearbeitungsmaschinen problemlos weiterverarbeiten.
Widerstand
Gusseisen ist im Allgemeinen beständig gegen atmosphärische Korrosion. Es weist eine höhere Beständigkeit auf als einige Stahllegierungen. Gusseisen ist zudem verschleißfest und kann Vibrationen dämpfen. Allerdings ist Gusseisen sehr anfällig für Meerwasser und korrodiert und reißt leicht, wenn es längere Zeit stark salzhaltigen Umgebungen ausgesetzt ist. Gusseisen kann außerdem spröder sein als andere verarbeitete Metalle.
Verzinkter Stahl ist im Vergleich zu den meisten anderen Metallen äußerst korrosionsbeständig. Dies ist auf zwei Mechanismen des Korrosionsschutzes zurückzuführen, die durch den Verzinkungsprozess selbst bedingt sind. Das geschmolzene Zink überzieht die Oberfläche des Kohlenstoffstahls wie Farbe und bildet eine sehr haftende Oxidschicht. Gleichzeitig dient es als Zinkanode, die die Korrosion anstelle des Stahls aufnimmt.
Sollte die Zinkbeschichtung beschädigt oder abgekratzt sein, kann die Zinkanode den umgebenden Stahl weiterhin schützen. Das verbleibende Zink kann zudem seine schützende Zinkoxidschicht neu bilden. Ähnlich wie Aluminium reagiert Zink stark mit Sauerstoff und absorbiert daher den größten Teil des Sauerstoffs, mit dem es in Kontakt kommt. Dies verhindert die weitere Oxidation des darunterliegenden Stahls.
Verwendung
Gusseisen ist ein langlebiges und mäßig widerstandsfähiges Metall, das sich für vielfältige Zwecke eignet. Es wird beispielsweise für Zahnräder, Bauteile und Rohre in Automobilen verwendet. Auch für Werkzeugformen und Maschinenteile findet es Anwendung. Gusseisen ist zudem ein gängiges Küchenutensil, da es gut heizt. Am häufigsten werden Bratpfannen verwendet. Darüber hinaus gibt es aber auch Kochutensilien, Backformen und Pfannen aus Gusseisen. Zwar findet es auch Verwendung in der Sanitärinstallation, ist dort aber weniger verbreitet und wird für neuere Häuser eher nicht empfohlen.
Verzinkter Stahl ist aufgrund seiner Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit sehr beliebt. Ein prominentes Anwendungsbeispiel sind Wasserleitungsrohre. Seine schützende Zinkschicht bewahrt ihn zuverlässig vor Rost – einer Form der Korrosion. Verzinkter Stahl wird auch für Stahlkonstruktionen im Hausbau verwendet. Er dient außerdem zur Herstellung der meisten Karosserieteile und Überrollkäfige von Automobilen. Darüber hinaus findet man dieses Metall in Schutzkleidung und Verkehrszeichen.
Veröffentlichungsdatum: 07. März 2022