Staal is een belangrijke grondstof geworden met duizenden verschillende variaties op basis van het beoogde gebruik, dus laten we eens kijken naar de meest gebruikte verschillende staalsoorten, hun onderscheidende eigenschappen en hun toepassingen.
Izer is het meest overvloedig beschikbare mineraal verspreid over de kern en de mantel van de aarde, hoewel het in zijn pure vorm uiterst zacht is en tot ijzeroxide moet worden geoxideerd. De geringe sterkte en duurzaamheid van deze vorm belemmeren in hoge mate het gebruik van ijzer. Om deze eigenschappen te verbeteren wordt tot 2% koolstof toegevoegd aan zuiver ijzer, waardoor een zeer duurzame en harde substantie ontstaat die staal wordt genoemd.
Omwille van zijn grote treksterkte en stevigheid wordt staal gebruikt om alles te fabriceren, van naainaalden tot olietankers, en ook de gereedschappen die nodig zijn om ze te produceren. Toch worden vaak andere metaalsoorten aan staal toegevoegd om verschillende kwaliteiten te verkrijgen, afhankelijk van het beoogde gebruik.
Deze metaaltoevoegingen hebben tot nu toe 3.500 verschillende variaties van staal voortgebracht, elk met verschillende structurele, chemische en fysische kenmerken en eigenschappen. Nog opzienbarender is het feit dat meer dan 75% van deze variaties in de laatste twee decennia zijn geïntroduceerd om tegemoet te komen aan de snel ontwikkelende industriële eisen.
Laten we de meest gebruikte staalsoorten, hun onderscheidende eigenschappen en toepassingen eens nader bekijken:
Koolstofstaal
Het grootste deel van het staal over de hele wereld is een of andere vorm van koolstofstaal. Het bestaat uit ijzer, koolstof, en variërende specifieke hoeveelheden van andere legeringselementen. Als het belangrijkste legeringselement van koolstofstaal is koolstof goed voor ongeveer 90% van alle staalproductie.
Het helpt een sterker en veel stijver metaal te maken. Dit komt doordat de in koolstof aanwezige atomen het mogelijk maken door het kristalrooster van ijzer te reizen, waarbij het rooster enigszins wordt vervormd en de openingen tussen de metaalatomen worden opgevuld.
Gezien deze eigenschap zijn de resulterende koolstofstaalproducten extreem hard. Wat bepaalt deze sterkte is de hoeveelheid koolstof aanwezig, verder classificeren in drie categorieën:
Lees hier alles over de koolstof stalen blad.
High Carbon Steel
High carbon staal bevat meestal ongeveer 0,61% tot 1,5% koolstofgehalte, wat resulteert in sterke, brosse, en hard staal. Om zijn slijtvastheid te verbeteren, ondergaat het een geschikte warmtebehandeling. Naast het feit dat het wordt gebruikt voor hoogsterkte draden en veren, is het een nuttig materiaal voor de productie van schokabsorberende machines.
Medium Koolstofstaal
Deze variant bevat een koolstofgehalte van 0,31% tot 0,6%, wat resulteert in mild buigzaam staal met meer treksterkte dan laag koolstofstaal. Om het te harden, wordt het vaak behandeld met ontlaten, een vorm van warmtebehandeling. Omdat het zeer buigzaam is en in een verscheidenheid van vormen en afmetingen kan worden gegoten, is dit de meest gebruikte van de drie. Van wolkenkrabbers tot hekken, tot bruggen en huizen, je ziet het overal gebruikt.
Laag Koolstofstaal
Laag koolstofstaal bevat tot 0,3% koolstof. Hoewel het een hoge vervormbaarheid en vervormbaarheid biedt, wordt laag koolstofstaal gekenmerkt door een lage treksterkte, die zeker kan worden verbeterd door het proces van koudwalsen. Dit houdt in dat het staal onder hoge druk tussen twee gepolijste rollen wordt gewalst. Tot de meest voorkomende toepassingen behoren de productie van metalen platen, dozen, buizen, kettingen, draden, kisten, klinknagels, voertuigframes, enz.
Bron: Techpedia
Gelegeerd staal
Gelegeerd staal is samengesteld uit variërende hoeveelheden van verschillende metalen naast ijzer. Deze toevoegingen helpen de eigenschappen van staal te manipuleren om specifieke toepassingen te dienen. Metalen zoals aluminium, nikkel, silicium, chroom, mangaan, titanium en koper worden gebruikt in bepaalde hoedanigheden. Het gebruik van deze metalen resulteert in kenmerken die men niet aantreft in koolstofstaal. Gewenste veranderingen treden op in de sterkte, vervormbaarheid, corrosiebestendigheid, ductiliteit en hardbaarheid van het staal.
Generaliseerd meer ontvankelijk voor verschillende soorten behandelingen, wordt gelegeerd staal gebruikt in meer gespecialiseerde industrieën, zoals apparaten, scheepsbouw, en de auto-industrie. Het kan komen in sterkere of meer tactiele vormen, die met een hoge weerstand tegen roest, of die meer geschikt zijn voor het lassen.
Gelegeerd staal wordt vaak gebruikt om pijpleidingen, auto-onderdelen, stroomgeneratoren, transformatoren en elektromotoren te vervaardigen.
Afhankelijk van de combinatie van legeringselementen, legering staal omvat tal van verschillende variaties. Wij hebben de meest gebruikte soorten samengesteld:
Tungsten Steel
Tungsten, ook bekend als wolfram, is in feite een dof zilver metaal dat het hoogste smeltpunt van alle metaalsoorten in hun zuiverste vorm heeft. Wat het onderscheidt van andere metaalsoorten is zijn sterkte en vermogen om hoge temperaturen te weerstaan. Dankzij deze eigenschappen maken verschillende staallegeringen gebruik van dit metaal om de weerstand tegen corrosie en slijtage te verbeteren.
Raketmotorstraalpijpen maken bovendien gebruik van wolfraamstaal om een hoge hittebestendigheid te bereiken. Indien gecombineerd met kobalt, nikkel en ijzer, kan wolfraam staal worden gebruikt om turbinebladen voor vele soorten vliegtuigen te produceren. Bovendien, veel andere machines en gereedschappen vereisen een hoge hittebestendigheid, en dus, gebruik maken van wolfraam staal.
Bron: De balans
Kennis veel meer over de Tungsten staal hier.
Nikkelstaal
Nikkelstaal legering behoort tot de meest gebruikte staallegering over de hele wereld. Naast een hoog nikkelgehalte van ongeveer 3,5%, bevat het ongeveer 0,35% koolstofgehalte. Het bijzondere van deze legering is dat de toevoeging van nikkel constructiestaal sterker maakt zonder een evenredige vermindering van de taaiheid. Deze toename in taaiheid helpt breuken te weerstaan die veroorzaakt kunnen worden door grote schokken, stoten en belastingen.
Daarnaast vermindert nikkel bij het afschrikken de waarde van vervorming in staal. Nikkel staal biedt ongelooflijke responsiviteit voor warmtebehandeling als de toevoeging van nikkel verlaagt de temperatuur van het staal, waardoor het ideaal is voor warmtebehandeling.
Bron: Bright hub engineering
Mangaanstaal
Mangaanstaal is een werkhardend staal dat is opgebouwd uit 11 tot 14% mangaangehalte. Vanwege zijn uitstekende werkhardende eigenschappen en slijtvastheid wordt mangaanstaal gebruikt bij de fabricage van complexe spoorrails. Andere hedendaagse toepassingen zijn schepbakken, straalkasten, schrapers, anti-boor beveiligingsplaten, enz.
Bron: West Yorkshire Steel
Ontdek hier meer over mangaanstaal.
Vanadiumstaal
Vanadiumstaal staat bekend om zijn corrosiebestendige eigenschappen, alsmede het vermogen om schokken op te vangen. Vanadiumstaal wordt niet alleen gebruikt voor buizen en pijpen die chemische stoffen bevatten, maar ook in de vorm van een dunne laag om titanium aan staal te hechten voor toepassingen in de ruimtevaart. Slechts 1% vanadium en chroom zijn voldoende om weerstand te bieden tegen schokken en trillingen, waardoor het ideaal is voor toepassingen in de automobielindustrie.
Bron: mining.com
Chromiumstaal
De toevoeging van chroom verlaagt de kritische afkoelsnelheid en verhoogt de weerstand tegen afschilferen, de slijtvastheid en de sterkte van staal bij hoge temperatuur. Het wordt vooral gebruikt om de corrosiebestendigheid te verhogen. Kenmerkend hoge elasticiteit en treksterkte, wordt het chromiumstaal vaak gebruikt om machine en autodelen, rotsmaalmachines en safes.
Bron te vervaardigen: Borinox
Chroom-Vanadiumstaal
Chroom-vanadiumstaal maakt gebruik van zowel chroom als vanadium, waarbij de eigenschappen van elk worden gecombineerd. Het staal heeft een extreem hoge treksterkte en kan gemakkelijk worden gesneden, maar is niet bros. Veelgebruikte toepassingen zijn tandwielen, assen, drijfstangen, frames van voertuigen, enzovoort.
Siliciumstaal
Wanneer het op magnetische kracht aankomt, is siliciumstaal het belangrijkste materiaal dat vandaag de dag wordt gebruikt. Terwijl kleine hoeveelheden siliciumstaal worden gebruikt in pulstransformatoren en kleine relais, worden voor toepassingen als grote motoren en generatoren tonnen siliciumstaal gebruikt. Van zijn eigenschappen zijn verzadigingsreductie, weerstand, magnetostrictie en magneto-kristallijne anisotropie zeer gewild. Met slechts 1 tot 2% toevoeging van silicium, wordt het staal het meest gebruikt om permanente magneten te produceren.
Lees hier alles over Siliciumstaal.
Molybdeenstaal
Als een waardevol legeringsmiddel voor staal, helpt molybdeen de taaiheid van het staal, de lasbaarheid, evenals de corrosieweerstand te verbeteren. Dit maakt het ideaal voor gebruik in constructiestaal, en daarom worden deze op grote schaal gebruikt in mariene milieutoepassingen. Olie- en gaspijpleidingen en kogellagers maken ook gebruik van molybdeenstaal.
Bron: Metalpedia
Kobaltstaal
Kobaltlegeringen bieden een enorme weerstand tegen corrosie, slijtvastheid, sterkte bij hoge temperaturen en magnetische eigenschappen. Sommige hardere kobalttoepassingen omvatten schoepen en emmers van gasturbines. Toch wordt dit type staal vaker gebruikt om snijgereedschappen te maken.
Bron: Science direct
Aluminiumstaal
De toevoeging van aluminium helpt het vermogen om warmte te reflecteren te incorporeren. Met een dichtheid van ongeveer een derde van die van staal, wordt het gebruikt in toepassingen waar een laag gewicht en een hoge sterkte essentieel zijn. Aluminiumstaal wordt dan ook veel gebruikt voor de vervaardiging van uitlaatsystemen van motorfietsen en auto’s. Naast de automobielindustrie wordt aluminiumstaal divers gebruikt in de energieopwekking, architectuur, voedselbereiding, verpakking, elektrische transmissietoepassingen, enz.
Bron: Aalco
Tool Steel
Tool steels zijn het soort staal dat wordt gebruikt voor de productie van verschillende soorten gereedschappen die worden gebruikt voor een breed scala van doeleinden, waaronder slaggereedschappen, snijgereedschappen zoals messenmakersgereedschap, en anderen. Zij zijn samengesteld uit metaallegeringen zoals wolfraam, kobalt, molybdeen en vanadium in verschillende hoeveelheden. Ze zijn niet alleen hard en duurzaam, maar ook zeer hittebestendig.
Afhankelijk van het soort gereedschap dat moet worden vervaardigd, verschilt de kwaliteit van het gereedschapsstaal, wat resulteert in talrijke varianten binnen de categorie gereedschapsstaal:
Schokbestendig gereedschapsstaal
Zoals de naam al doet vermoeden, is deze variant van gereedschapsstaal ontworpen om een hoge weerstand te bieden tegen schokken bij verschillende temperatuurniveaus. Bestaande uit lage gehaltes aan koolstof, silicium en molybdeen, is het abrasief en matig taai. Dit staal wordt meestal gebruikt voor de vervaardiging van gereedschappen zoals schroevendraaiers, ponsen, beitels, en gereedschappen die worden gebruikt bij het klinken.
Speciaal Gereedschapsstaal
Dit gereedschapsstaal is speciaal ontworpen om een matige taaiheid en vervormbaarheid te bereiken, met gebruikmaking van een laag gelegeerde staalsoort. Zij worden vaak gebruikt voor het produceren van moersleutels, arbors, en tappen.
Het-werk gereedschapsstaal
Het-werk gereedschapsstaal wordt gebruikt om hulpmiddelen te produceren die hoge weerstand tegen hitte voor langdurige perioden vereisen, zoals die gebruikt in het smeden, uitdrijving, ponsen, gieten, en heet-scheerbladen.
Wateruithardend gereedschapsstaal
Als de goedkoopste soort is wateruithardend gereedschapsstaal het meest gebruikte gereedschapsstaal bij de productie van gereedschappen. Om hardheid in de voorwerpen of gereedschappen op te nemen, wordt dit staal met water uitgeblust. Met zijn hoge weerstand tegen oppervlakteslijtage wordt dit staal vaak gebruikt om vijlen, frezen, hamers, messen en soortgelijke voorwerpen te maken.
High-Speed Tool Steel
High-speed gereedschapsstaal is samengesteld uit legeringen van wolfraam, molybdeen en vanadium staal. Deze componenten zijn hard en behouden hun hardheid wanneer ze worden blootgesteld aan hoge temperaturen, waardoor staal wordt geproduceerd dat perfect is voor hogesnelheidsmachines zoals boren, ruimers, zagen, ponsen, tappen, enz.
Cold-Work Tool Steel
Deze gereedschapsstaalvariant bevat een hoog chroomgehalte om een lage vervormingseigenschap te bereiken tijdens het harden, wat kan worden gedaan door middel van lucht of olie. Deze eigenschap betekent dat de geproduceerde gereedschappen niet gemakkelijk barsten. Als zeer stevig staal is koudwerk gereedschapsstaal ideaal voor het maken van mesbladen, stempelmatrijzen, muntgereedschappen, enz.
Vormstaal
Vormstaal maakt gebruik van koolstofstaal voor het maken van injectie- en compressiematrijzen voor kunststoffen. Plus, een andere gemeenschappelijke toepassing is zink die casting.
Source: Science struck
Roestvrij staal
Weliswaar bestaat roestvrij staal uit verschillende metaallegeringen, maar chroom fungeert als het primaire element en vormt 10 tot 20% van de totale staalsamenstelling. Voorheen bekend als “Roestloos” staal, is roestvrij staal zeer populair vanwege zijn uiterlijk en zijn hoge weerstand tegen roest. Het is ongeveer 200 maal beter bestand tegen roest dan andere staalsoorten, vooral wanneer de hoeveelheid chroom meer dan 11% bedraagt.
Omwille van zijn hoge weerstand tegen corrosie is roestvrij staal de duurste staalsoort. Als een zeer duurzame soort, roestvrij staal zijn bestand tegen slijtage die is gebonden aan gebeuren als gevolg van dagelijks gebruik. Om de weerstand tegen krassen en corrosie nog te verhogen, dient de onzichtbare chroomlaag om oxidatie te voorkomen. Andere metaalbestanddelen van roestvrij staal zijn molybdeen en nikkel.
Op basis van de toepassing kunnen de afmetingen en kwaliteiten van roestvrij staal verschillend zijn, en ze kunnen voorkomen in de vorm van platen, staven, buizen, platen en draden. Op basis van de kristallijne structuur en mechanische eigenschappen van roestvrij staal, kan het verder worden ingedeeld in verschillende soorten:
Ferritisch roestvrij staal
Ferritisch roestvrij staal bevat ongeveer 12-17% chroom, tot 0,1% koolstof, sporen van nikkel en andere legeringsmetalen in kleine hoeveelheden, zoals aluminium, molybdeen en titanium. Hoewel ferritisch staal taai, sterk en magnetisch is, kan het nog verder worden versterkt door koudvervormen. Ze zijn echter niet gevoelig voor warmtebehandeling, wat betekent dat ze niet kunnen worden gehard door deze techniek.
Austenitisch roestvast staal
Austenitisch staal heeft een veel hoger chroomgehalte dan zijn tegenhangers in roestvast staal. Het chroomgehalte in dit soort staal kan oplopen tot 18%, terwijl andere elementen nikkel omvatten, dat 8% uitmaakt, en koolstof bij 0,8%. Hoewel austenitisch staal niet reageert op warmtebehandelingen, is het populair om zijn niet-magnetische eigenschappen, waardoor dit staal wereldwijd een van de meest gebruikte staalsoorten is. Enkele veelvoorkomende toepassingen zijn de fabricage van pijpen, voedselverwerkende apparatuur en keukengerei.
Martensitisch roestvrij staal
Compleet met 11 tot 17% chroom, bevat martensitisch staal ongeveer 1,2% koolstof en minder dan 0,4% nikkel. Martensitische staalsoorten zijn niet alleen gevoelig voor warmtebehandelingen, maar bezitten ook magnetische eigenschappen. Tandheelkundige en chirurgische instrumenten, messen, bladen, en andere snijgereedschappen maken gebruik van martensitisch roestvrij staal.
Duplex roestvast staal
Duplex staal is gewoon een combinatie van ferritisch en austenitisch staal, wat resulteert in staal dat veel sterker is dan beide afzonderlijk. Het is niet alleen lasbaar maar ook corrosiebestendig. Toch is het magnetisch niet sterk.
Precipitatiehardend roestvast staal
Dit staal bestaat uit 17% chroom en 4% nikkel, wat leidt tot een geharde staalsoort. Daarnaast worden nog enkele andere metalen in wisselende hoeveelheden toegevoegd, waaronder aluminium, koper en niobium. Dit type kan in verschillende vormen worden gegoten, waardoor het ideaal is voor gebruik in motoronderdelen en nucleaire afvalvaten. Het biedt ook matige weerstand tegen corrosie.