Titel: Die Stahlkessel der „Livadia“.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1881, Band 241 (S. 1–7)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj241/ar241001

Die Stahlkessel der „Livadia“.

Mit Abbildungen auf Tafel 1.

In der Jahresversammlung der Institution of Naval Architects vom 6. bis 8. April d. J. erstattete W. Parker, Chief Engineer Surveyor of Lloyd's Register, einen ausführlichen Bericht über das eigenthümliche Verhalten der beim Bau der Kessel der k. russischen Yacht Livadia verwendeten Stahlplatten, von welchem nachstehend ein Auszug nach Engineering, 1881 Bd. 31 S. 376 gegeben ist.

Als Parker in der Jahresversammlung 1878 zuerst auf die Anwendung von weichem Stahl zu Schiffskesseln aufmerksam machte, waren erst zwei derartige Kessel ausgeführt. In den folgenden 12 Monaten wurden schon 120 Schiffe mit Stahlkesseln ausgerüstet und gegenwärtig sind etwa 1100 solcher Kessel, die ein Gesammtgewicht von 17000t Stahl vorstellen, auf Dampfschiffen in Gebrauch. Es gab in der ersten Zeit hauptsächlich zweierlei zu Befürchtungen Veranlassung, nämlich die Corrosion der Stahlplatten und die Möglichkeit, daſs spröde Platten mit zur Verwendung gelangen könnten. Der erste Punkt kommt hier nicht in Betracht. Bezüglich des zweiten Punktes hörte man zuweilen von seltsamen Brüchen von Stahlplatten, welche alle erforderlichen Prüfungen bestanden hatten, darauf vernietet waren und dann, ohne daſs sie berührt wurden, plötzlich gesprungen waren. Es kam dies sowohl bei Siemensstahl, wie bei Bessemerstahl vor. Eine groſse Anzahl derartiger Fälle war näher untersucht worden und immer hatte es sich gezeigt, daſs der Unfall auf innere Spannungen, durch eine ungeeignete Behandlung des Materials hervorgerufen, zurückzuführen war und daſs die Platten in der Nachbarschaft der Bruchstelle sich als vollkommen zäh erwiesen. Man hatte deshalb die Furcht vor eigentlich spröden Stahlplatten ziemlich aufgegeben, als plötzlich der Unfall mit den Livadia-Kesseln eintrat, der von allem bis dahin Erfahrenen abwich.

Die Stahlplatten dieser Kessel waren von C. Cammel und Comp. in Sheffield aus Kohlenstoff armem, nach dem Siemensproceſs hergestelltem Fluſsstahl gefertigt. Im ganzen wurden 154 Platten verwendet und von denselben 219 Probestücke für Biegungsversuche abgeschnitten. Alle Stücke lieſsen sich sowohl vor, wie nach dem |2| Tempern zu einem U zusammenbiegen; nur bei einigen war es nöthig, die Kanten vorher zu hobeln. Ferner wurden 14 Zugversuche auf den Werken gemacht, welche eine Zugfestigkeit von 41,1 bis 44k,6 auf 1qmm (26,1 bis 28,3 Tonnen auf 1 Quadratzoll engl.) und eine Dehnung von 27,3 bis 34,3 Proc. ergaben.

Die Firma J. Elder und Comp. in Glasgow, welche die Platten zur Herstellung der Kessel verwendete, lieſs selbst noch einige Versuche anstellen, deren Resultate mit den auf den Stahlwerken erhaltenen ziemlich gut übereinstimmten. Man fand eine Zugfestigkeit von 41,7 bis 51k,5 auf 1qmm (26,5 bis 32,7 Tonnen) und eine Dehnung von 21,6 bis 29,3 Proc. Die Platten schienen demnach hinsichtlich der Zähigkeit und Biegsamkeit allen Ansprüchen zu genügen.

Die Livadia sollte mit 8 doppelten und 2 einfachen cylindrischen Kesseln von je 4m,343 Durchmesser (14'3'' engl.) und 4m,877 bezieh. 2m,590 (16' bezieh. 8'6'') Länge ausgerüstet werden. Die Kessel waren für einen Druck von 4k,9 auf 1qc (70 Pfund) bestimmt. Die Mantel sollten von Stahl, die inneren Theile von Eisen sein. Die Stahlplatten waren 19mm (¾'') dick, die Nieten 25mm (1''). Die Längsnähte wurden dreifach, die Quernähte doppelt (mit Ueberlappung) genietet. Die Nietlöcher wurden sämmtlich gestanzt und zwar mit einem Durchmesser, der um 1mm,6 (1/16'') kleiner war als der der Nietbolzen. Die Platten wurden darauf leicht erwärmt, in die erforderliche Krümmung gebogen und dann zusammengesetzt, worauf die Nietlöcher zu der erforderlichen Weite aufgerieben wurden. Hierbei fiel eine Platte von dem Krahnhaken herab auf ein Metallstück, wodurch dieselbe eine bedeutende Beule, aber keine Sprünge oder sonstige Verletzungen in der Nähe der Beule erhielt. Dagegen zeigte sich bei genauer Untersuchung, daſs die Platte neben einer groſsen Anzahl Nietlöcher gerissen war. Der Vertreter des Stahlwerkes, Hr. Alexander, sprach nach Besichtigung der Platten die Ansicht aus, daſs die Platten sämmtlich durch das Stanzen gelitten hätten und sorgfältig ausgeglüht werden müſsten, um das Material wieder in den normalen Zustand zurückzuführen. Die Platten wurden demgemäſs nach Sheffield zurückgeschickt und in einem eigens dazu hergerichteten Ofen, in welchem die Platten dicht auf einander gepackt lagen, ausgeglüht. Wieder in Glasgow angekommen, wurden sie dann vernietet und die Kessel fertig gestellt, ohne daſs ein weiterer Anlaſs zu Besorgnissen vorkam.

Als man den ersten Kessel der Wasserdruckprobe unterwarf, platzte der Mantel, ehe der Probedruck von 9k,8 (140 Pfund) erreicht war, an drei Stellen aus einander und zwar dicht hinter den Längsnähten. Den zweiten Kessel fand man schon in ähnlicher Weise geplatzt, ehe überhaupt Wasser hineingebracht war. Hiernach befahl man sofort, die Mantel der Kessel wieder zu entfernen und durch andere zu ersetzen, welche dann aus Platten von der Steel Company of |3| Scotland in genau der gleichen Weise hergestellt wurden. Diese Platten gaben bei der Verarbeitung zu keinen Bedenken Ursache und die Kessel bestanden die Druckproben.

Bei der Untersuchung der geborstenen Platten fand man, daſs sie auſserordentlich spröde waren; mit einem Schlage eines gewöhnlichen Schmiedehammers konnte man leicht groſse Stücke abtrennen. Es lag hier also ein Material vor, welches alle die mechanischen Prüfungen befriedigend bestanden hatte, welche von der Lloyd's Registry, der Admiralty und. dem Board of Trade als für den Kesselbau genügend anerkannt sind und das nun so spröde wie Guſseisen oder noch spröder geworden war, nachdem es nur der beim Kesselbau üblichen Behandlung unterworfen war. Die zunächst von bedeutenden Chemikern angestellten Analysen gaben zwar für die verschiedenen Stücke etwas von einander abweichende Resultate, lieſsen jedoch keinen Grund erkennen, weshalb das vorliegende Material ein anderes Verhalten als gewöhnlicher guter Stahl zeigen sollte.

Es wurden nun von einer der gerissenen Platten, die durch sorgfältiges Ausbohren der Nietbolzen von den andern gelöst war, die Stücke B bis G von 2,5 und 3,8 bezieh. 5cm Breite (vgl. Fig. 1 Taf. 1), welche kalt ausgesägt wurden, von Prof. Kennedy auf Zugfestigkeit und Dehnung untersucht. Erstere ergab sich zu 46,1 bis 47k,6 auf 1qmm (29,25 bis 30,20 Tonnen auf 1 Quadratzoll), letztere zu 19,5 bis 28,2 Proc.; die Elasticitätsgrenze lag zwischen 24,3 und 28k,7 (15,43 und 18,2 Tonnen). Die Resultate lieſsen also hinsichtlich der Zähigkeit und Dehnung nichts zu wünschen übrig. Die Bruchfläche zeigte jedoch, abweichend von gewöhnlichem gutem Stahl, Spuren von blätterigem Gefüge, eine besondere Farbe und Krystallisation. Mit den 10cm breiten Streifen a bis d wurden Biegungsversuche gemacht. Sie zeigten sich bei den Nietlöchern auſserordentlich spröde und brachen quer durch die Nietlöcher bei einem Hammerschlage ab, während sie sich in kurzer Entfernung von den Löchern kalt zu einer Krümmung zusammenbiegen lieſsen, wie sie bei gutem Stahl nur erwartet werden kann; einen der Streifen, welchen man bis zur Weiſsglut erhitzt und langsam gekühlt hatte, konnte man fast dicht zusammenbiegen, ohne daſs irgend ein Zeichen eines Bruches sichtbar wurde.

Um den Einfluſs des Stanzens auf das Material näher zu untersuchen, wurden einige Löcher in diese Streifen gestanzt und man fand, daſs sie ohne Ausnahme sofort ebenso spröde wurden wie das Material in der Nähe der ursprünglichen Nietlöcher; immer genügte ein Hammerschlag, um sie querüber durchzubrechen, und eine merkliche Biegung lieſs sich an denselben nicht hervorbringen. Es wurden dann in einige andere Stücke ebenfalls Löcher gestoſsen; das eine derselben wurde nach dem Stanzen ausgeglüht, in einem zweiten wurden die Löcher so weit aufgerieben, daſs der gröſste Durchmesser noch um 3mm,2 |4| (⅛'') gröſser wurde, und in einem dritten wurden die Löcher gebohrt. Alle drei Stücke lieſsen sich querüber den Löchern zu einem rechten Winkel aufbiegen, ohne zu brechen. In ähnlicher Weise wurden auch Stahlstücke von der Steel Company of Scotland, der Landore-Siemens Steel Company und der Parkhead Steel Company untersucht; bei diesen schien jedoch das Stanzen kaum die Biegsamkeit des Materials zu beeinflussen; die Streifen mit durchgestoſsenen Löchern lieſsen sich quer durch die Löcher ebenso gut biegen wie die Streifen ohne Löcher. – Von den beiden Stücken e und f brach das eine durch einen Hammerschlag in kleine Stücke, während das andere, nachdem es ausgeglüht war, sich sehr gut biegen lieſs. Das Stück K wurde erst ausgeglüht und dann gestanzt; es war nahezu, wenn nicht ganz, ebenso spröde wie ein nicht ausgeglühtes Stück, während das Stück L, das wieder erst gestanzt und dann ausgeglüht wurde, sich gut biegen lieſs. Ein Streifen H, welcher schräg zwischen den Nietlöchern herausgeschnitten und an den Kanten gehobelt wurde, bis die Nietlöcher eben verschwunden waren, zeigte eine Zugfestigkeit von 46k,1 (29,25 Tonnen), aber eine Dehnung von nur 4,7 Proc. Der Streifen I wurde schmaler gehobelt, so daſs von den Löchern aus wenigstens noch 3mm,2 (⅛'') Material weggenommen wurde. Die Zugfestigkeit dieses Streifens betrug 48k,2 (30,58 Tonnen), die Dehnung 16,8 Proc., also bedeutend mehr als die Dehnung von H. Beide Streifen waren nach dem Versuche verbogen. Auch in die Streifen g, h und i wurden Löcher gestanzt; in einem wurden die Löcher dann aufgerieben, ein anderer wurde ausgeglüht. Ersterer ergab eine Zugfestigkeit von 43k,5 (27,6 Tonnen) bei einer Dehnung von 7,5 Proc., letzterer eine Zugfestigkeit von 41k,9 (26,6 Tonnen) und eine Dehnung von 6 Proc; das einfach gestanzte Stück riſs ohne merkbare Dehnung kurz ab bei einem Zuge von 29k (18,4 Tonnen).

Diese Resultate zeigten deutlich, daſs das Metall in der Nähe der Nietlöcher vollständig spröde geworden war, daſs es durch Ausglühen wieder verbessert werden konnte und daſs anderer Stahl von anscheinend derselben chemischen Zusammensetzung durch das Stanzen nicht so beeinfluſst wurde.

Aber auch ein schmaler Streifen, welcher an einer von allen Nietlöchern entfernten Stelle aus der Platte geschnitten war, wurde sehr spröde befunden. Die Bruchfläche dieses Stückes hatte ein ganz eigentümliches Aussehen. Die äuſsere, etwa 1mm,5 dicke Schicht der einen Seite zeigte spiegelnde Facetten von 3 bis 6mm Breite, während die übrige Bruchfläche ein feinkörniges, krystallinisches, aber streifiges Aussehen hatte. Jene äuſsere Schicht war sehr weich und enthielt keinen Kohlenstoff; in der unmittelbar darunter liegenden Schicht war etwas, im Innern der Platte mehr Kohlenstoff vorhanden. Mit einem andern Stücke wurde nun eine genaue Untersuchung in dieser Richtung |5| angestellt. Das Stück wurde durch Hobeln in 14 Schichten von je 1mm,4 Dicke zerlegt, welche dann einzeln analysirt wurden. Es ergab sich hierbei, daſs nicht nur der Gehalt an Kohlenstoff, sondern auch der Gehalt an Mangan, Phosphor und Schwefel in den verschiedenen Schichten sehr verschieden war. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, nahm bei dem Versuchsstück der Kohlenstoff-, der Schwefel- und der Phosphorgehalt von den Oberflächen des Bleches nach dem Innern hin zu und erreichte in der 9. Schicht ein Maximum. Aus dieser Ungleichförmigkeit des Bleches in den verschiedenen Schichten läſst sich auch die Verschiedenheit der bei den früheren Analysen von den verschiedenen Chemikern gefundenen Resultate erklären. Die übrigen Stücke, welche bei den Versuchen zerrissen wurden, zeigten gleichfalls ein ganz anderes Aussehen als guter Stahl. Die Bruchflächen waren theils krystallinisch, theils seidenartig, andere waren blätterig und mit Rissen angefüllt und die Farbe war durchaus verschieden von dem schönen Dunkelgrau, welches guten Stahlsorten eigen ist.

Es lag hiernach die Vermuthung nahe, daſs die Platten aus einem etwas schwammigen Guſsblock (Ingot) oder aus einem flachen Block, ohne vorher gehämmert zu werden, gewalzt seien, daſs sie mit einem Wort nicht genug mechanische Arbeit in sich aufgenommen hatten. Demgemäſs wurden nun die Stücke X und Y zur Rothglut erhitzt und auf die halbe Dicke ausgewalzt. Die dann aus denselben herausgeschnittenen Streifen lieſsen sich auch, nachdem Löcher in dieselben gestanzt waren, noch gut biegen, einige bis zu rechten Winkeln; nur einer brach kurz ab. Keiner aber zeigte eine so auſserordentliche Sprödigkeit, wie sie vorher beobachtet worden war. Drei auf Zugfestigkeit untersuchte Stücke ergaben die Bruchbelastungen von 52, 54 bezieh. 51k auf 1qmm (33, 34,25 bezieh. 32,3 Tonnen) und Dehnungen von 12, 11,25 bezieh. 17,5 Proc. Das die Dehnung von 17,5 Proc. zeigende Stück war ausgeglüht. Die Bruchflächen waren fein seidenartig, nicht mehr blätterig und krystallinisch; auch die Farbe war die gleiche wie bei gutem Stahl geworden. Es hatte demnach diese weitere Bearbeitung die Qualität des Stahles bedeutend gebessert.

Die auſserordentliche Sprödigkeit der Platten nach dem Stanzen würde nun das Bersten des Kessels bei der Wasserdruckprobe sehr gut erklären, wenn die Platten nicht nach dem Stanzen ausgeglüht wären. Da sie aber an den Nähten auch nachher noch so spröde waren, nach einem nochmaligen Ausglühen dagegen biegsam wurden, so ist es augenscheinlich, daſs die Platten das erste Mal nicht ordentlich ausgeglüht sein konnten. Es wird hiernach fraglich, ob es überhaupt möglich ist, sehr groſse Platten so auszuglühen, daſs alle Spannungen, die durch Stanzen, stellenweise Erhitzung o. dgl. hervorgerufen sind, aufgehoben werden, und es folgt hieraus, daſs es immer räthlich sein |6| wird, die Löcher in solchen Platten zu bohren und so die Nothwendigkeit des Ausglühens zu vermeiden.

Es wurden in der Folge auch noch andere Platten von Parker untersucht, welche bei der Verwendung im Schiffbau ebenfalls in auffallender Weise gesprungen waren. Die Untersuchungen wurden in der gleichen Weise geführt und ergaben die gleichen Resultate. Auch von diesen Platten wurden Stücke von 23mm,8 (15/16'') auf 7,9 und 9mm,5 (5/16 und 6/16'') ausgewalzt, und zwar das eine Stück bei gewöhnlicher Erwärmung, ein zweites bei Weiſsglühhitze und ein drittes bei so niedriger Temperatur, wie es ohne die Walzen zu zerbrechen möglich war. Von allen drei Stücken gaben abgescherte unbehobelte Streifen gute Biegungsresultate, wenn auch das erste bei der gewöhnlichen Temperatur gewalzte Stück die gröſsten Biegungen aushielt. Es lieſs sich erkennen, daſs geringe Unterschiede in der Temperatur beim Walzen keinen wesentlichen Einfluſs auf die Güte des Materials haben können. Auch diese Versuche bestätigten die gemachte Erfahrung, daſs durch das Stanzen die Stahlplatten in der nächsten Nähe der gestanzten Löcher spröde werden, aber um so weniger, je mehr mechanische Arbeit die Platten in sich aufgenommen haben.

Im Anschluſs hieran mögen noch die Resultate einiger die gleiche Sache betreffenden Versuche mitgetheilt werden, welche auf Veranlassung des Board of Trade von Kirhaldy ausgeführt und in einem kürzlich erschienenen Berichte (vgl. Engineering, 1881 Bd. 31 S. 283) veröffentlicht wurden. Die Versuche wurden mit Stahlplatten von 6mm,35 (¼''), 12mm,7 (½'') 19mm,05 (¾'') und 25mm,4 (1'') Dicke, welche von der Steel Company of Scotland geliefert waren, angestellt und zwar zunächst mit 30cm (12'') breiten Stücken, die mit zwei Reihen Nietlöchern versehen wurden. Die Löcher wurden in einigen Stücken von jeder Blechdicke gebohrt, in anderen gestanzt und ein Theil der Stücke mit gestanzten Löchern wurde ausgeglüht. Es stellte sich heraus, daſs die Zugfestigkeit der Stücke mit gestanzten Löchern beträchtlich geringer war als die der Stücke mit gebohrten Löchern, daſs dieser nachtheilige Einfluſs des Stanzens durch das Ausglühen fast, doch nicht ganz wieder aufgehoben wurde, daſs die Differenz zwischen den Bruchbelastungen bei gestanzten und bei gebohrten Löchern mit der Dicke der Bleche zunahm und endlich, daſs der Bruchmodul für die gebohrten, ja selbst für die gestanzten und nachher ausgeglühten Stücke (berechnet nach dem zwischen den Nietlöchern verbleibenden Querschnitt) gröſser war als für das volle Blech. Das letzte etwas auffallende Resultat erklärt sich wohl daraus, daſs der bei den durchlöcherten Stücken in Betracht gezogene kleinste Querschnitt nur auf einer verschwindend kurzen Strecke vorhanden ist. Viel wichtiger sind aber die bezüglich der Dehnung erhaltenen Resultate, welche in folgender Tabelle zusammengestellt sind:

|7|
Verlängerung der Löcher beim Bruch
in Proc.
¼'' ½'' ¾'' 1''
Gebohrt 24,3 37,0 37,6 33,5
Gestanzt 11,7 18,5 11,1 4,3
„ und ausgeglüht 27,1 35,1 33,0 29,8
Die Dehnung des nicht durch-
lochten Bleches war

17,2

26,9

26,0

24,4

Es zeigte sich also auch hier sehr deutlich, wie sehr die Dehnbarkeit und damit auch die Biegsamkeit des Stahlbleches, namentlich aber der dickeren Sorten durch das Stanzen leidet. Die Dehnung war ferner, wie auch die Zugfestigkeit, bei den dünnen Blechsorten überhaupt gröſser als bei den dicken; nur das ¼'' starke Blech, welches wohl von besonders harter Qualität sein muſste, machte hiervon hinsichtlich der Dehnung eine Ausnahme.

Bei einer zweiten Versuchsreihe, die sich auch auf gestanzte und dann im Verhältniſs von 13:16 aufgeriebene Löcher erstreckte, erhielt man die folgenden Resultate:

Verlängerung der Löcher beim Bruch
in Proc.
¼'' ½'' ¾'' 1''
Gebohrt 32,0 44,0 32,0 44,0
Gestanzt 9,5 12,0 10,6 3,0
„ und ausgeglüht 36,5 43,0 35,3 26,0
„ und aufgerieben 22,0 28,5 22,6 25,0

Hiernach ist das Aufreiben in dem genannten Verhältnisse von 13:16 nicht genügend; besonders bei den dünneren Blechen müssen die Löcher bedeutend mehr aufgerieben werden, wenn dieselbe Dehnbarkeit wie durch das Ausglühen wieder erreicht werden soll.

Whg.

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