Stahl Härten - Energieeffizienz und Umweltprobleme

Das Härten von Stahl ist ein energieintensiver Prozess, der nicht nur ein Kostenfaktor für Härterein darstellt, sondern auch mit der Umwelt und der Klimakrise kollidiert. Stähle müssen in thermischen Verfahren bei sehr hohen Temperaturen gehärtet werden, um den Einsatzanforderungen gerecht zu werden. Nachgeschaltete Prozesse (bspw. Verzugsausgleich durch das Härten, aufwendige Schleif- und Richtarbeiten)  erhöhen dabei den Energiebedarf und erzeugen zum Teil umweltkritischen Müll in Form von chemischen Abwassern und Spänen. Ein weiteres Problem ist, dass Stähle mit einem gewissen Anteil an Blei legiert sind, um dem Stahl eine bessere Formbarkeit zu verleihen. Blei ist ein Schwermetall und gilt sowohl als umwelt-, als auch gesundheitsschädlich. Inklusive aller Bearbeitungsschritte (Härten, Anlassen, Nachbearbeiten, etc.) erzeugen die klassischen Wärmebehandlungsmethoden rund 53.000 Tonnen Treibhausgase in Form von Kohlenstoffdioxid pro Jahr in Deutschland.

Neue Stahlsorten und Härteverfahren versprechen 99% weniger Treibhausgas und eine drastische Reduzierung von Abfällen (als Folge weniger aufwendige Nachbearbeitungsprozesse). Über einen Zeitraum von mehr als 2 Jahren forschte die econsteel GmbH mit fachlicher und finanzieller Unterstützung der DBU (Deutschen Bundesstiftung Umwelt) an einer neuen Werkstoffklasse für Stahl. Ziel war es eine Stahlsorte herzustellen, die sowohl wesentlich weniger Energiebedarf in der Produktion benötigt, frei von Blei ist und einen umweltschonenden Härteprozess ermöglicht, der ebenfalls mit einer drastischen Energieeinsparung einhergeht.

Rollieren - mechanisch härten, statt thermisch

Nach der Entwicklung der neuen Stahlsorte stand die Erforschung energieeffizienter Härteverfahren im Fokus der Forschung. Die DBU förderte die Erforschung alternativer Härteverfahren, die ohne die energiehungrigen Wärmebehandlungen auskommt, mit 125.000 €. Es stellte sich heraus, dass sich die neu entwickelte bleifreie Stahlsorte besonders gut für ein rein mechanisches Härte-Verfahren eignet - dem sogenannten Rollieren. Das Rollieren ist eine Oberflächenvergütung, die Werkstücke mittels Spanen verfestigt und zu einer erheblichen Oberflächengüte beiträgt. Die Kombination aus der neuen Stahlsorte und dem Rollieren ermöglicht neue, effiziente und energiearme Anwendungen in höchster Qualität - so die Forschungsergebnisse. Ebenfalls positiv ist, dass beim Rollieren keinerlei Verzug entsteht und verzugsausgleichende Nacharbeiten in der Prozesskette vermieden werden können.

Von der Forschung zu einem messetauglichen Einsatz über die gesamte Produktionskette hinweg, ist allerdings noch ein weiter Weg zu gehen. Auch wenn die Forschungsergebnisse für die Industrie wegweisend sein könnte, gilt es eine Vielzahl von Aspekten für eine breite Anwendung zu berücksichtigen. Bislang ist die Stahlsorte exklusiv und das Rollieren als Härteverfahren noch nicht im großen Stil erprobt. Seitens der Hersteller und angeschlossenen Endkonsumenten (Automobilindustrie, Maschinenbau, ...) müssen Pläne für komplexe Produktionsprozesse erst noch erarbeitet und auf einen tatsächlichen messetauglichen Einsatz hin geprüft werden. Die BDU ebnete hier erneut den Weg in eine energieeinsparende Zukunft und genehmigte weitere Förderungen zur Weiterentwicklung mechanischer Härteverfahren. Der Druck auf die Stahl-verarbeitende Industrie, der durch die Klimakrise und einer im wahrscheinlichen CO2 Steuer, nimmt deutlich zu und damit wird die Notwendigkeit neuer Produktionsprozesse stärker in den Fokus rücken.