Blockguss

Beim Blockguss erstarrt der noch flüssige Stahl des Stahlwerks in Kokillen zu konischen Blöcken mit jeweils einer Masse von einigen Kilogramm bis mehreren Tonnen. Durch den leichten Konus können die meist aus Kugelgraphitguss hergestellten Kokillen nach dem Erstarren des Stahls besser abgezogen werden. Die erstarrten Blöcke werden Brammen genannt und als Halbzeuge an Walzwerke zur Herstellung von Blechen, Warm- und Kaltbänder oder an Schmiedereien geliefert.

Insgesamt ist der Blockguss jedoch nicht für die Massenfertigung geeignet. Er beschränkt sich vorwiegend auf hochlegierte Stähle wie Werkzeugstähle und Wälzlagerstähle, die nur in geringen Stückzahlen hergestellt werden. Brammen für die Massenfertigung werden heutzutage vorwiegend im leistungsfähigeren Stanggussverfahren hergestellt.

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Abbildung: Blockguss (steigender Guss)

Je nachdem ob die Kokille beim Blockguss von oben oder von unten befüllt wird, unterscheidet man zwischen fallendem und steigendem Guss. Bei steigendem Guss wird die Kokille über einen Zulauf von unten befüllt, sodass die Schmelze in der Kokille hochsteigt. Dieses Verfahren wird beim Blockguss vorwiegend angewendet.

Bei unberuhigt vergossenen Blockstählen steigen Gasblasen während des Erstarrens auf und sorgen so für Strömungen in der Schmelze. Da der Gussblock vom Rand her erstarrt, werden auf diese Weise niedrigschmelzende Begleit- und Legierungselemente eher zur Blockmitte gefördert. Es entsteht eine chemische Entmischung des Gussblocks, welche auch als Blockseigerung bezeichnet wird. So enthält der zuletzt erstarrte Kopf des Gussblocks bspw. eine bis zu 5-fach höhere Schwefel- und Phosphorkonzentration als die Randbereiche.

Umgekehrt bedeutet dies, dass der Stahlblock an der Oberfläche nur geringe Verunreinigungen aufweist und dort zudem sehr kohlenstoffarm ist (siehe auch Eisen-Kohlenstoff-Diagramm). Diese zähe Oberflächenschicht hat zudem eine hohe Oberflächengüte und wird auch als Speckschicht bezeichnet. Diese ist der Grund weshalb für Tiefziehbleche häufig unberuhigt vergossene Stähle verwendet werden. Zudem weisen unberuhigt vergossene Blockstähle im Vergleich zu beruhigt vergossenen Stählen nur geringe Schwindmaße und wenig Lunkerbildung auf. Ursache hierfür sind die aufsteigenden Gasblasen, die zwar nach der Erstarrung als Poren im Gussblock zurückbleiben, jedoch gerade deshalb der Volumenverkleinerung beim Übergang von flüssig nach fest entgegenwirken. Dabei wirken die Gasporen beim Walzen zu Blechen nicht weiter störend, da diese durch die hohen Umformgrade zusammengepresst werden und die Poreninnenflächen miteinander verscheißen [fahre hierzu mit der Maus über die Abbildung].

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Abbildung: Unberuhigt und beruhigt vergossener Stahl

Unberuhigt vergossener Stahl kommt bei Stahlsorten die eine homogene Verteilung der Legierungselemente aufweisen müssen, und damit keine Blockseigerung (hervorgerufen durch Blasenbildung beim Erstarren) beinhalten dürfen, nicht in Frage. Dies ist insbesondere bei legierten Stählen der Fall. Solche Stähle müssen beruhigt vergossen werden. Da dabei keine Gasporen entstehen, die dem Zusammenziehen des Materials beim Übergang fest-flüssig entgegenwirken, fällt die Schwindung des Materials jedoch größer aus als bei unberuhigt vergossenen Stählen. Dies führt zu großen Lunkern im Kopfbereich des Blocks, welcher im Walz- oder Schmiedewerk entsprechend abgetrennt werden muss. Auf diese Weise sind etwa 20 % des Gussblocks unbrauchbar.