Die Geschichte des Stahls (1): Von Sternen und Hochöfen

Die Geschichte des Stahls (1): Von Sternen und Hochöfen

Die Geschichte des Stahls beginnt lange vor Brücken, Trägern und Wolkenkratzern. Sie beginnt in den Sternen.

Milliarden Jahren, bevor der Mensch die Erde betrat – bevor es die Erde überhaupt gab -, verschmolzen brennende Sterne Atome zu Eisen und Kohlenstoff. Über unzählige kosmische Explosionen und Wiedergeburten fanden diese Materialien ihren Weg in Asteroiden und andere Planetenkörper, die beim Rühren des kosmischen Topfes ineinander schlugen. Schließlich bildete ein Teil dieses Gesteins und Metalls die Erde, wo es das Schicksal einer bestimmten wandelnden Affenart prägen sollte.

An einem für die Geschichte verlorenen Tag fanden einige zufällige Menschen einen glitzernden Meteoriten, meist aus Eisen und Nickel, der durch die Atmosphäre geflogen und in den Boden gestürzt war. So begann eine Besessenheit, die die Spezies erfasste. Im Laufe der Jahrtausende bearbeiteten unsere Vorfahren das Material und entdeckten bessere Möglichkeiten, Eisen aus der Erde selbst zu gewinnen und es schließlich zu Stahl zu schmelzen. Wir würden uns darum streiten, damit Nationen gründen und zerstören, globale Volkswirtschaften damit wachsen lassen und es zum Bau einiger der größten Erfindungen und Strukturen verwenden, die die Welt je gekannt hat.

Himmlisches Metall

König Tutanchamun ließ einen Dolch aus Eisen herstellen – ein in der Antike geschätzter Gegenstand. Als der britische Archäologe Howard Carter das Grab des Tutanchamun fand und dieses Objekt erblickte, war klar, dass der Dolch etwas Besonderes war. Was die Archäologen damals nicht wussten, war, dass die Klinge aus dem Weltraum kam.

Eisen, das von Meteoriten stammt, hat einen höheren Nickelgehalt als Eisen, das aus dem Boden ausgegraben und von Menschen verhüttet wurde. In den Jahren seit Carters großer Entdeckung haben Forscher herausgefunden, dass nicht nur der Dolch von König Tutanchamun, sondern praktisch alle Eisenwaren aus der Bronzezeit aus Eisen hergestellt wurden, das vom Himmel fiel.

Unseren Vorfahren muss diese exotische Legierung so ausgesehen haben, als sei sie von Wesenheiten geschickt worden, die sich unserem Verständnis entziehen. Die alten Ägypter nannten sie biz-n-pt. In Sumer war sie als an-bar bekannt. Beide werden mit „Metall vom Himmel“ übersetzt. Die Eisen-Nickel-Legierung war geschmeidig und ließ sich leicht in Form hämmern, ohne zu brechen. Aber es gab einen äußerst begrenzten Vorrat, der nur durch gelegentliche „außerirdische Lieferungen“ zur Erde gebracht wurde, was dieses Göttermetall wertvoller als Edelsteine oder Gold machte.

Es dauerte Tausende von Jahren, bis die Menschen begannen, unter ihre Füße zu schauen. Um 2.500 v. Chr. entdeckten Stammesangehörige im Nahen Osten eine weitere unterirdisch verborgene Quelle dunklen metallischen Materials. Es sah genauso aus wie das Metall vom Himmel – und das war es auch, aber etwas war anders. Das Eisen war mit Steinen und Mineralien vermischt und zu Erz verklumpt. Die Gewinnung von Eisenerz war nicht so, als würde man ein verirrtes Stück Gold oder Silber aufheben. Eisen aus den unterirdischen Reichen zu entfernen, bedeutete, die Geisterwelt in Versuchung zu führen, und so führten die ersten Bergleute Rituale durch, um die höheren Mächte zu besänftigen, bevor sie das Erz ausgruben, wie es im Buch Die Schmiede und der Schmelztiegel von 1956 heißt.

Aber Eisenerz aus der Erde zu ziehen, war nur die halbe Miete. Die Antike brauchte weitere 700 Jahre, um herauszufinden, wie das Edelmetall von seinem Erz getrennt werden konnte. Erst dann würde die Bronzezeit wirklich enden und die Eisenzeit beginnen.

Der lange Weg zum ersten Stahl

Um Stahl zu kennen, müssen wir zuerst Eisen verstehen, denn die Metalle sind fast ein und dasselbe. Stahl enthält eine Eisenkonzentration von 98 bis 99 Prozent oder mehr. Der Rest ist Kohlenstoff – ein kleiner Zusatz, der die Eigenschaften des Metalls wesentlich beeinflusst. In den Jahrhunderten und Jahrtausenden vor den Durchbrüchen beim Bau von Wolkenkratzern haben die Zivilisationen an den Schmelztechniken zur Herstellung von Eisen gefeilt und getüftelt und sich immer mehr dem Stahl angenähert.

Um 1800 v. Chr. wollte ein Volk entlang des Schwarzen Meeres, die Chalyber, ein Metall herstellen, das stärker als Bronze war – etwas, aus dem unvergleichliche Waffen hergestellt werden konnten. Sie legten Eisenerze in Feuerstellen, hämmerten sie und feuerten sie ab, um sie zu erweichen. Nachdem sie diesen Vorgang mehrmals wiederholt hatten, zogen die Chalybes robuste Eisenwaffen aus der Schmiede.

Was die Chalybes herstellten, nennt man Schmiedeeisen, eines der wichtigsten Vorläufer des modernen Stahls. Bald schlossen sie sich den kriegerischen Hethitern an und schufen eine der mächtigsten Armeen der antiken Geschichte. Keine Waffe eines Volkes kam einem hethitischen Schwert oder Streitwagen gleich.

Das andere jüngere Geschwisterchen des Stahls ist sozusagen das Gusseisen, das zuerst im alten China hergestellt wurde. Ab etwa 500 v. Chr. bauten chinesische Metallarbeiter sieben Fuß hohe Öfen, um größere Mengen Eisen und Holz zu verbrennen. Das Material wurde in eine Flüssigkeit geschmolzen und in geschnitzte Formen gegossen, die die Form von Kochwerkzeugen und Statuen annahmen.

Weder Schmiede- noch Gusseisen war jedoch die perfekte Mischung. Das Schmiedeeisen der Chalyben enthielt nur 0,8 Prozent Kohlenstoff, sodass es nicht die Zugfestigkeit von Stahl aufwies. Chinesisches Gusseisen, mit 2 bis 4 Prozent Kohlenstoff, war spröder als Stahl. Die Schmiede am Schwarzen Meer begannen schließlich, Eisenstangen in Haufen weiß glühender Holzkohle einzulegen, wodurch stahl-beschichtetes Schmiedeeisen entstand. Aber eine Gesellschaft in Südasien hatte eine bessere Idee. Indien würde den ersten echten Stahl produzieren.

Um 400 v. Chr. erfanden indische Metallarbeiter eine Schmelzmethode, die zufällig die perfekte Menge an Kohlenstoff an Eisen bindet. Der Schlüssel dazu war ein Tongefäß für das geschmolzene Metall: ein Tiegel. Die Arbeiter legten kleine schmiedeeiserne Stäbe und Kohlestücke in die Tiegel, verschlossen die Behälter und führten sie in einen Ofen ein. Wenn sie die Ofentemperatur durch Luftstöße von Blasebälgen erhöhten, schmolz das Schmiedeeisen und nahm den Kohlenstoff in der Holzkohle auf. Als die Tiegel abkühlten, lagen Blöcke aus reinem Stahl darin.

Indiens Eisenmeister verschifften ihren „Wootzstahl“ in die ganze Welt. In Damaskus benutzten syrische Schmiede das Metall, um berühmte, fast mythologische „Damaszenerstahl“-Schwerter zu schmieden, die scharf genug sein sollen, um in der Luft Federn zu schneiden (und fiktive Supermaterialien wie den valyrischen Stahl des Thronspiels inspirieren). Indischer Stahl schaffte es bis nach Toledo in Spanien, wo Schmiede Schwerter für die römische Armee herstellten.

Bei den Lieferungen nach Rom selbst dienten abessinische Händler aus dem äthiopischen Reich als betrügerische Mittelsmänner, die die Römer absichtlich falsch informierten, dass der Stahl aus Seres, dem lateinischen Wort für China, stamme, sodass Rom glauben würde, der Stahl stamme von einem Ort, der für eine Eroberung zu weit entfernt sei. Die Römer nannten ihren Kauf Seres-Stahl und verwendeten ihn neben Waffen auch für grundlegende Werkzeuge und Bauausrüstung.

Die Zeiten von Eisen als Edelmetall waren längst vorbei. Die stärksten Krieger der Welt würden nun Stahl tragen.

Heilige Schwerter und Samurai-Stahl

Der Legende nach war das große Schwert Excalibur imposant und schön. Das Wort bedeutet „geschnittener Stahl“. Aber es war nicht aus Stahl. Vom Zeitalter von König Artus bis ins Mittelalter hinkte Europa in der Eisen- und Stahlproduktion hinterher.

Als das Römische Reich fiel (offiziell im Jahre 476), geriet Europa ins Chaos. Indien stellte immer noch seinen sensationellen Stahl her, aber es konnte das Metall nicht zuverlässig nach Europa verschiffen, wo die Straßen ungepflegt waren, Händler in einen Hinterhalt gerieten und die Menschen Pest und Krankheiten fürchteten. In Katalonien, Spanien, entwickelten Eisenarbeiter ähnliche Öfen wie in Indien; der „katalanische Ofen“ produzierte Schmiedeeisen und viel davon – genug Metall, um Hufeisen, Räder für Kutschen, Türscharniere und sogar stahlbeschichtete Rüstungen herzustellen.

Die Ritter schwangen speziell angefertigte Schwerter. Sie wurden durch sich drehende Eisenstangen geschmiedet, ein Verfahren, das einzigartige Fischgräten- und Flechtmuster in den Klingen hinterließ. Die Wikinger interpretierten die Muster als Drachenspulen, und Schwerter wie König Artus‘ Excalibur und El Cids Tizona wurden mythologisch.

Die besten Schwerter der Welt wurden jedoch auf der anderen Seite des Planeten hergestellt. Japanische Schmiede, die Klingen für die Samurai schmiedeten, entwickelten eine meisterhafte Technik, um leichte, tödlich scharfe Klingen herzustellen. Die Waffen wurden zu Erbstücken, die über Generationen weitergegeben wurden, und nur wenige Geschenke in Japan waren größer. Das Schmieden eines Katanas war eine komplizierte und ritualisierte Angelegenheit.

Japanische Schmiede wuschen sich, bevor sie ein Schwert herstellten. Wenn sie nicht rein waren, konnten böse Geister in die Klinge eindringen. Das Schmieden von Metall begann mit Schmiedeeisen. Ein Stück des Materials wurde mit Holzkohle erhitzt, bis es weich genug wurde, um sich zu falten. Nachdem es abgekühlt war, wurde das Eisen erhitzt und noch etwa 20 Mal gefaltet, wodurch die Klinge ihre bogenförmige Form erhielt, und während des gesamten Schmiede- und Faltvorgangs wurde das Schmiedeeisen durch den ständigen Kontakt mit kohlenstoffhaltiger Holzkohle zu Stahl.

Ein Schwertschmied verwendete für den nächsten Schritt Ton, Holzkohle oder Eisenpulver und bürstete das Material entlang der Klinge, um das endgültige Design zu formen. Im Stahl entstanden Muster, die der Holzmaserung ähnelten, mit wirbelnden Ästen und Wellen. Die Details waren noch feiner als die Drachenschuppen europäischer Klingen, und japanische Katanas erhielten Namen wie „Treibender Sand“, „Halbmond“ und „Schlächter des Shuten-dōji“, eine mythologische Bestie in der japanischen Überlieferung. Fünf Klingen, die bis heute erhalten geblieben sind, die Tenka-Goken oder „Fünf Schwerter unter dem Himmel“, werden in Japan als Nationalschätze und heilige Reliquien aufbewahrt.

Von Eisen und Kohle

Der erste Hochofen sah aus wie eine Sanduhr.

Entlang des Rheintals, im heutigen Deutschland, entwickelten Metallarbeiter einen Apparat, der etwa drei Meter hoch war und an dessen Boden zwei Blasebälge angebracht waren, um größere Mengen Eisenerz und Holzkohle unterzubringen. Der Hochofen wurde glühend heiß, das Eisen absorbierte mehr Kohlenstoff als je zuvor, und die Mischung verwandelte sich in Gusseisen, das leicht in eine Form gegossen werden konnte.

Es war das Eisenherstellungsverfahren, das die Chinesen seit 1.700 Jahren praktizierten – allerdings mit einem größeren Topf. Die Arbeiter hoben auf dem Boden der Gießerei Gräben aus, die sich von einem langen zentralen Kanal abzweigten und dem flüssigen Eisen Platz zum Fließen boten.

Die eiserne Innovation kam gerade rechtzeitig für eine sich im Krieg befindende westliche Welt. Die Erfindung der Kanonen im 13. Jahrhundert und der Feuerwaffen im 14. Jahrhundert erzeugte einen Hunger nach Metall. Roheisen konnte direkt in Kanonen- und Kanonenrohrformen gegossen werden, und Europa begann wie nie zuvor mit dem Auspumpen von Waffen.

Doch der Eisenboom schuf ein Problem. Als die europäischen Mächte begannen, ihre Macht über die ganze Welt auszudehnen, verbrauchten sie enorme Mengen an Holz, sowohl für den Bau von Schiffen als auch für die Herstellung von Holzkohle zum Schmelzen. Ein einziger englischer Ofen benötigte laut dem Buch „Steel“ etwa 240 Hektar Bäume pro Jahr: „From Mine to Mill, the Metal That Made America“ von Brooke C. Stoddard. Das Britische Empire wandte sich den unerschlossenen Ressourcen der Neuen Welt zu und begann, das in den amerikanischen Kolonien geschmolzene Metall über den Atlantik zurückzuschicken. Aber das Schmelzen von Eisen in den Kolonien zerstörte das Geschäft für die Eisenwerke in England.

Die Antwort auf Großbritanniens Brennstoffprobleme in Form einer einzigen Person. Abraham Darby verbrachte einen Großteil seiner Kindheit damit, in Malzmühlen zu arbeiten, und in den frühen 1700er Jahren erinnerte er sich an eine Technik aus seiner Zeit des Mahlens von Gerste: das Rösten von Kohle, einem brennbaren Gestein. Andere hatten versucht, Eisen mit Kohle zu schmelzen, aber Darby war der erste, der die Kohle vor dem Schmelzen röstete. Geröstete Kohle behielt ihre Hitze viel länger bei als Holzkohle und ermöglichte es Schmieden, ein dünneres Roheisen herzustellen, das sich perfekt zum Gießen in Kanonenformen eignet. Heute kann der große Hochofen von Darby im Coalbrookdale Museum of Iron besichtigt werden.

England hatte die Kraft der Verhüttung mit Kohle entdeckt. Aber es stellte immer noch keinen Stahl her.

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Juni 30, 2020 / von / in ,

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