Werkstoffbezeichnungen auf alten technischen Zeichnungen oder in der historischen Fachliteratur sind oft vage und nach heutigem Verständnis sogar gänzlich unbrauchbar: Tatsächlich sind Begriffe wie «Flusseisen», «Gusseisen» oder «Schmiedeeisen» keine eindeutigen Materialbezeichnungen. Bestenfalls lassen sie ein Abschätzen des Kohlenstoffgehaltes und des Verunreinigungsgrades des Werkstoffes aufgrund des Herstellungsverfahrens zu.
Die technischen Eigenschaften von Stahl werden aber nicht nur durch den Kohlenstoffgehalt definiert. Dutzende weitere Legierungsbestandteile wie z.B. Mangan, Vanadium, Chrom, Wolfram, Nickel, Schwefel und Phosphor sowie das Herstellungs- und Bearbeitungsverfahren bestimmen die Werkstoffeigenschaften massgeblich mit. Deshalb bleibt im Detail weitgehend offen, was ein Konstrukteur im 19. Jahrhunderts unter «Fluss-» oder «Gusseisen» verstanden haben könnte. Eine Spektralanalyse oder eine statische Neubestimmung des Werkstückes sind dann die einzigen Wege, welche Aufschluss über eine mögliche Materialzusammensetzung und einen geeigneten Ersatzwerkstoff geben.

Alte Materialbezeichnungen enthalten keine Hinweise auf allfällige Legierungsbestandteile und den Vergütungsgrad des beschriebenen Werkstoffes, sondern umschreiben lediglich dessen grundlegendes Herstellungsverfahren.

Trotzdem lassen sich aus dem historischen Sprachgebrauch einige Regeln ableiten, welche es für weniger kritische Konstruktionselemente erlauben, auf einfache Art und Weise einen brauchbaren, modernen Ersatzwerkstoff zu finden.

Die Begriffe «Eisen» und «Stahl» haben im allgemeinen Sprachgebrauch auch heute noch ihren festen Platz: Im Volksmund wird Stahl in der Regel für das Hochwertige, Unzerstörbare und Dauerhafte verwendet, während Eisen für das Vergängliche, Rostende und Hässliche steht.

Vom wissenschaftlichen Standpunkt aus betrachtet sind gegenwärtig beide Begriffe «Eisen» und «Stahl» klar definiert:

Eisen ist ein kohlenstofffreies Ferritkristall (chem. Fe).

Die Rohstoffbezeichnung «Eisenerz» ist somit korrekt, da dieses vorwiegend als Sauerstoffverbindung (Eisenoxyd: meist Magnetit, Fe₃O₄) vorliegt.

In der Technik spielt Ferrit eine unbedeutende Rolle: Lediglich in der Elektrotechnik wird sein starker Magnetismus geschätzt (Ferritantennen). Herstellungsbedingt werden aber auch hier kohlenstoffarme Stähle verwendet.

In der Mechanik liegen ferritische Werkstoffe immer als Kohlenstoffverbindungen, als sogenanntes Eisenkarbid Fe₃C vor.
Kohlenstoffarmer Stahl ist ferritähnlich weich und geschmeidig. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt wird er härter und spröder.

Eine warmumformbare Eisen-Kohlenstoff-Verbindung mit einem Kohlenstoffanteil von maximal 2.06 % bezeichnet man als Stahl.

Ein hoher Kohlenstoffgehalt bewirkt dagegen eine dünnflüssige Schmelze. Ihrer ausgezeichneten Giessbarkeit wegen verdanken Gusswerkstoffe ihren Namen «Guss», bzw. «Stahlguss».

Eine Eisen-Kohlenstoff-Verbindung mit einem Kohlenstoffanteil von mehr als 2.06 % bezeichnet man als Guss, bzw. als Stahlguss.

Im Gegensatz zu heute war in der Vergangenheit «Eisen» als Fachbegriff für Konstruktionsstähle noch erlaubt. «Eisen» und «Stahl» als historische Begriffe lassen sich wie folgt interpretieren:

Im 19. und zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde der Begriff des «Eisens» für nicht härtbare Stähle (C-Gehalt < 0.22 %) oder noch nicht gehärtete Stahlgusswerkstoffe verwendet.

Als Stahl bezeichnete man all jene Eisenlegierungen (inkl. Gusswerkstoffe), welche härtbar sind (C-Gehalt > 0.22 %) oder generell überdurchschnittliche Festigkeitswerte zu verzeichnen haben (u.a. legierte Stähle).

Mit Renneisen und auch mit dem später beschriebenen Puddel-Eisen dürften Eisenbahnhistoriker kaum mehr in Berührung kommen: 1855 - zu einer Zeit, als die Eisenbahn noch selber in den Kinderschuhen steckte - wurde mit der Erfindung der «Bessemer-Birne» eine neue Generation der Stahlherstellung ins Leben gerufen, welche die Produktion von Stahl in grossen Mengen und in erheblich besserer Qualität erlaubte. Die herkömmlichen Herstellungsverfahren wurden deshalb innert kürzester Zeit vom Markt verdrängt.

Bis dato beschäftigten sich die Hüttenwerke 2000 Jahre lang in mühsamer Handarbeit mit der Herstellung von brauchbaren Eisenerzeugnissen: In sogenannten Renn-, Stück- oder Wolfsöfen wurden relativ reine Erze mit Hilfe von glühender Holzkohle und natürlichem Luftzug oder Luft aus dem Blasebalg reduziert. (Reduktion von Eisenerz: Verbrennung von unerwünschten Verunreinigungen und Legierungsbestandteilen wie überschüssigen Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel.)

Mit den in Rennöfen erreichten Temperaturen von lediglich 1200 - 1300 °C schmilzt Eisen noch nicht, da dessen Schmelzpunkt bei über 1500 °C liegt. Allerdings sind bei diesen Temperaturen ein Grossteil der im Erz enthaltenen Verunreinigungen bereits flüssig. Diese rinnen als Schlacke aus dem Erz hinaus und sammelt sich im untersten Teil des Ofens. Dieser Prozess gibt dem Ofen seinen Namen: «Rennen» ist das altdeutsche Wort für «rinnen».

Zurück bleibt das gewonnene Renneisen in Form von festen bis teigigen, schwammähnlichen Eisenklumpen. Diese sogenannten Luppen sind immer noch stark mit Schlacke durchsetzt. Durch Ausschmieden werden die Luppen von diesen Verunreinigungen befreit und zu grösseren Halbzeugen zusammen gepresst.

Seit 1784 konnte dank dem Puddling-Verfahren (rühren der teigigen Roheisenschmelze) der Reduktionsprozess beschleunigt und der Verunreinigungsanteil im Werkstoff verkleinert werden. Das Erzeugnis in Form von Eisenklumpen wurde an der Esse in rotglühendem Zustand zu grösseren Halbzeugen zusammengeschmiedet.

Seit jeher bezeichnete man das Verbinden verschiederner Metallstücke zu einer homogenen Einheit als Schweissen. Das Zusammenschmieden der glühenden Eisenklumpen aus Renn- und Puddle-öfen nannte man Pressschweissen. Daraus leitete sich der Name dieser Erzeugnisse, «Schweisseisen» und «Schweissstahl», ab.

Schweisseisen, bzw. Schweissstahl als Erzeugnisse aus Renn- oder Puddel-öfen sind nach modernem Verständnis sehr minderwertige, nicht homogene Werkstoffe mit hohem Verunreinigungsgrad.

Wichtig ist die Erkenntnis, dass ursprünglich die Begriffe «Schweisseisen» und «Schweissstahl» nicht in Zusammenhang mit der modernen Verbindungstechnik des elektrischen oder des autogenen Schweissens gebracht werden dürfen.

Das Schweissen gemäss den heutigen Vorstellungen ist eine relativ junge Verbindungstechnik: Erst die moderne Chemie und die Elektrotechnik ermöglichen das Isolieren der zum Schweissen erforderlichen Gase wie Wasserstoff (H₂), Propan (C₃H₈), Acethylen (C₂H₂) und Sauerstoff (O₂) sowie allfälliger Edelgase.

Die moderne Schweisstechnik wurde erst nach dem Ende des ersten Weltkrieges industrietauglich entwickelt: Der Friedensvertrag von Versailles erlaubte Deutschland nur ein beschränktes Wiederaufrüsten seiner Streitkräfte. Die Beschränkung von Kriegsmaterialien wurde nach Gewichtskriterien festgelegt.
Um trotzdem wieder möglichst viel Kriegsgerät beschaffen zu können, konzentrierten sich die deutschen Techniker auf den Leichtbau: Um das Gewicht der beim Nieten erforderlichen Blechüberlappungen einzusparen, wurde fortan nach Möglichkeit geschweisst.

Die Schweisstechnik entwickelte sich stetig weiter, vom Schmelzen mit der Flamme, zum Elektro- und Elektronenschweissen und zur Beeinflussung der Atmosphäre durch Edelgase (Schutzgase), welche den Werkstoff vor dem oxydierenden Sauerstoff der Luft schützen. Dank dieser Fortschritte konnten immer mehr verschiedene Metalle und sogar Metallkombinationen zusammengeschweisst werden. Die als schweissbar definierte Materialgruppe war somit laufend im Wachsen begriffen. Entsprechend gewannen die mittlerweile an die Schweissbarkeit des jeweiligen Werkstoffes gebundenen Begriffe «Schweisseisen» und «Schweissstahl» ständig an neuer Bedeutung.

Mit der Möglichkeit, hochwertige Stahllegierungen mit autogenem oder elektrischem Schweissen zu verbinden, änderte sich unmittelbar nach dem 1. Weltkrieg auch die Bedeutung der Begriffe «Schweisseisen» und «Schweissstahl»: Fortan wurde nicht mehr das pressgeschweisste Renn- oder Puddel-Eisen benannt, sondern lediglich als Attribut die grundsätzliche Eignung eines Werkstoffes zum autogenen oder elektrischen Schweissen deklariert.

Ab ca. 1920 können die Begriffe «Schweisseisen» und «Schweissstahl» folgendermassen zusammen gefasst werden:

Das Attribut «Schweisseisen» wurden Stahlsorten mit geringem Kohlenstoffanteil (C < 0.22 %) und sehr geringen Schwefel- und Phosphoranteilen zugesprochen, welche sich autogen (mit der Flamme im Schmelzverfahren) oder elektrisch schweissen lassen. Hauptsächlich kamen Stahlsorten vergleichbar mit heutigen Baustählen mit einer Festigkeit von ca. 270 N/mm² (Heutige Bezeichnung: St27; im Handel ersetzt durch St37) oder unlegierte Edelstähle (Einsatzstähle wie Ck10) zur Anwendung.

Ein Vorwärmen des Werkstückes erlaubte auch das Schweissen von Schweissstählen mit 0.22 - 0.3 % C-Anteil. Ab einem Kohlenstoffgehalt von 0.4 % treten jedoch im Bereich der Schweissnaht Gefügeveränderungen auf, welche im normalen Werkstattbereich nicht mehr ohne weiteres normalisiert werden konnten. Trotzdem wurden auch un- oder niedrig legierter Stahl-(guss-)werkstoffe mit einem C-Gehalt bis 0.6 % mit dem Attribut «Schweissstahl» versehen.

Schon bald konnte nahezu jeder Eisenwerkstoff geschweisst werden. Entsprechend schnell ergab die Deklaration der Schweissbarkeit duch die Attribute «Schweisseisen» und «Schweissstahl» keinen Sinn mehr. Die Begriffe «Schweisseisen» und «Schweissstahl» erscheinen gegenwärtig nur noch in historischen Dokumenten und beziehen sich in Abhängigkeit der Datierung fast ausschliesslich auf das pressgeschweisste Puddel-Eisen.

Mit der Erfindung des Bessemer-Verfahrens (1855), des Siemens-Martin-Verfahrens (1864) und des Thomas-Verfahrens (1879) wurde in der Stahlherstellung erstmals Schmelztemperaturen erreicht, welche das Roheisen vollständig verflüssigen liessen. Die in der wässrigen Schmelze absinkende oder aufschwimmende Schlacke konnte problemlos vom Roheisen getrennt werden. Das Endprodukt profitierte so von einem bis anhin nicht gekannten Reinheitsgrad und hoher Homogenität.
Aufgrund der guten Fliesseigenschaften der niederviskosen (dünnflüssigen) Schmelze bezeichnete man die Erzeugnisse als «Flusseisen», bzw. «Flussstahl». Dieser eignete sich erstmals zum vergiessen von fertigen Halbzeugen. Entsprechend gehörte das Zusammenschmieden einzelner Materialklumpen fortan der Vergangenheit an. Das Puddel-Eisen mit der zähflüssigen Schmelze wurde in kurzer Zeit vollständig durch die viel hochwertigere und einfacher verarbeitbare Flussstähle ersetzt.

Gemäss der zeitgenössischen Literatur werden mit Flusseisen und Flussstahl alle schmiedbaren, aber nicht zwingend schweissbaren Stahlsorten umschrieben, mit Ausnahme von Werkzeugstahl und Stahlguss.
Stahlguss bewegt sich im Gegensatz zu anderen Gusswerkstoffen in einer Grauzone, da es sich oft auch um gewöhnliche, schmiedbare Stahllegierungen mit 0.15 bis 0.45 % C-Gehalt handelt, welche nicht zu Halbzeug verarbeitet, sondern direkt in die endgültige Werkstückform gegossen wurden.
Die Eignung zu autogenen oder elektrischen Schweissen war in Abhängigkeit der gegenwärtigen Schweisstechnik nicht in jedem Fall gegeben, zumal vor allem Flussstahl oft mit anderen Metallen wie Nickel, Mangan und Chrom legiert wurde.

Die dünnflüssige Stahlschmelze wurde bei allen angewandten Stahlherstellungsverfahren zum Standard. Somit benötigten Stahlerzeugnisse keinen Namen mehr, der auf das Argument der Fliesseigenschaften beim Giessen hinweist: Die Bezeichnungen «Flusseisen» und «Flussstahl» wurde somit hinfällig und verschwand noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts aus den Schulbüchern.

Oft wird auf alten technischen Zeichnungen der Werkstoff als Flusseisen deklariert. Im Eisenbahnbau kommen dann meist Materialien zur Anwendung, welche über eine Festigkeit von ca. 350 bis 450 N/mm² verfügen. Flusseisen sollte in der Regel mit einem allgemeinen Baustahl wie St50 oder St52 ersetzt werden können.

Flussstähle waren legierte Stähle, deren genaue Legierungsbestandteile meist auch auf technischen Zeichnungen älteren Datums mit angegeben wurden.

Wie bei «Schweisseisen», «Schweissstahl», «Flusseisen» und «Flussstahl» richtet sich die historischen Bezeichnungen von Werkstoffen oft nicht nach der verwendeten Legierung, sondern nach dem Herstellungsverfahren. Ein typisches Beispiel dieser Art der Namensgebung ist das Barreneisen.

Barreneisen ist ein zu Barren vergossenes Schmiedeeisen (Schweisseisen oder Flusseisen). Im Gegensatz zu Goldbarren, wo Gold als chemisch reines Element zu Barren vergossen wird, ist das Barreneisen als Legierung durch die Namensgebung auf keine Weise definiert, denn grundsätzlich kann jedes Metall oder jede Legierung zu einem Barren vergossen werden!
Barreneisen würde heute als beruhigt vergossene Stahllegierung bezeichnet. Im Gegensatz zu geschmiedeten Elementen weist Barreneisen aufgrund einem langsameren und gleichmässigeren Abkühlungsprozess über geringere innere Spannungen auf. Trotz unveränderter Legierung ist somit die effektive mechanische Belastbarkeit von Barreneisen grösser als von Schmiedeeisen.

Im Eisenbahnfahrzeugbau war das Barreneisen weit verbreitet: Um 1900 wurde es in Amerika und später auch in Europa für den Bau von Fahrwerksrahmen von Dampflokomotiven verwendet. Sogenannte Barrenrahmen konnten im Gegensatz zu den herkömmlichen Blechrahmen unter Verwendung von Barreneisen mit besonders geringerem Materialaufwand gebaut werden. Es war aber nicht das verwendete Material, sondern die Geometrie der Konstruktion, welche dem Barrenrahmen den Namen verlieh!

Handelsübliche Barreneisen erreichen eine Festigkeit von mindestens 270 bis 350 N/mm². Komponenten aus Barreneisen an Eisenbahnfahrzeugen sollte heutzutage durch einen spannungsarmen Baustahl wie St37 oder St50 ersetzt werden können.

Im Gegensatz zu «Barreneisen» wurde in bekannten zeitgenössischen Quellen der Begriff «Barrenstahl» nie verwendet!

Werkzeugstähle sind Edelstähle, d.h. besonders reine und homogene Stähle mit einem höheren Kohlenstoffgehalt. Primär der Kohlenstoffgehalt, aber auch das Härteverfahren bestimmten die Härte und die Zähigkeit des Werkzeugstahls und somit seine Anwendung. Werkzeugstahl wurde früher lediglich in die beiden Gruppen der unlegierten und legierten Werkzeugstähle unterteilt. Unlegierte Werkzeugstähle mit einem C-Gehalt von 0.5 bis 1.4 % genossen nicht nur grosse Bedeutung für die Herstellung von Handwerkzeugen wie Hämmer, äxte, Meissel und Schermesser, sondern wurden z.T. sogar als Schneidenwerkstoff für die spanabhebende Fertigung verwendet. Da sie allerdings bei einer geringen Temperatur von lediglich 200°C ihre Härte verlieren, waren sie bereits damals zumindest für den wirtschaftlichen Einsatz auf Bearbeitungsmaschinen nur bedingt brauchbar.
Für anspruchsvollere Zerspanungsarbeiten standen mit Chrom, Nickel und Wolfram legierte Werkzeugstähle mit bis zu 4.5 % Legierungsanteile und 0.2 bis 2.2 % Kohlenstoff zur Verfügung. Diese waren unter dem Handelsnahmen WS-Stahl über viele Jahre im Gebrauch, bis sie durch hochlegierte HS- und HSS-Stähle abgelöst wurden. Letztere sind auch heute noch unter dieser Bezeichnung im Handel erhältlich.

Das technisch betraute Personal der Preussischen Staatsbahnen hatte sich zwischen 1886 und 1913 mit folgenden Oberbegriffen für Eisenmetalle vertraut zu machen: