Algemene informatie

Staal is een legering bestaand uit ijzer en koolstof en een beperkt koolstofgehalte (meestal minder dan 1,9%). Staal bevat vaak ook nog andere legeringselementen zoals chroom of mangaan. Staal valt in drie groepen in te delen aan de hand van de hoeveelheid toegevoegde elementen (legeringselementen):

ongelegeerd staal (maximaal 1,5% aan legeringselementen)
laaggelegeerd staal (van 1,5% tot 5% aan legeringselementen)
hooggelegeerd staal (meer dan 5% aan legeringselementen)

Koolstof is bij staal geen legeringselement. Als er meer dan 2% koolstof in ijzer zit spreken we over gietijzer.

Ck45N

C45E is een niet-gelegeerd constructiestaal dat geschikt is voor warmtebehandelingen zoals harden (quenching) en ontlaten (tempering). Door het midden-hoge koolstofgehalte is het materiaal lasbaar mits een aantal voorzorgsmaatregelen. C45E heeft een lage hardbaarheid in water of olie, maar is wel geschikt voor oppervlakteverharding wat deze staalsoort een hoge oppervlaktehardheid geeft.

1045 is een medium koolstofstaal dat wordt gebruikt wanneer er een grotere sterkte of hardheid gewenst is in de gewalste toestand. C45E is dus een ongelegeerd staal met minder dan 1% Mn en 0.45% C en met een beperkt S gehalte. De letter ‘E’ geeft de toepassing van de staalsoort aan, in dit geval een staalsoort voor machineonderdelen.

Toepassingen: voertuig componenten, assen, bussen, krukassen, drijfstangen, messen en hamers.

S235JR+AR

S235 is een niet-gelegeerd kwaliteitsstaal of constructiestaal voor machineconstructies met een minimale rekgrens van 235 N/mm². Het aanvullingssymbool ‘JR’ geeft de kwaliteit van het staal weer: Kerfslagwaarde -> JR = 27 J bij een beproevingstemperatuur van 20 °C. Indien de leveringstoestand van het staal niet van belang is en het staal geen speciale warmtebehandeling na of tijdens het walsen moet ondergaan, wordt de aanduiding “+AR” (as rolled) toegevoegd. Daarnaast geeft het leveringscertificaat ons nog een Cev-waarde (Carbon equivalent content = lasbaarheid) van 0,23 wat een uitstekende lasbaarheid betekent.

Eigenschappen: redelijk verspaanbaar, redelijk goed vervormbaar en goed lasbaar + goed thermisch te verzinken. De elasticiteitsmodulus (E) van S235 bedraagt 200 000 MPa.

Toepassingen: ketels en buizen voor stoominstallaties, flenzen en collectoren.

S600

S600 is een snelstaal (High Speed Steel) en gereedschapsstaal. Snelstaal is een hooggeleerd wolfraam-chroomvanadiumstaal dat tot ongeveer 600 °C zijn hardheid blijft behouden. Hierdoor is het zeer geschikt voor gereedschap dat warm kan worden, zoals metaal- en steenboren. Typische toepassingen vindt men in machines met onderbroken snijbewerkingen, omdat S600 zeer bestendig is tegen stoten. Het kan gemakkelijk bewerkt worden zodat ook snijwerktuigen met ingewikkelde vormen vervaardigd kunnen worden.

De legeringselementen wolfraam en de koolstof verbinden tot wolfraamcarbiden wat samen met chroom een grote hardheid en slijtvastheid geeft. De taaiheid van het staal wordt verbeterd door het toevoegen van vanadium. De elasticiteitsmodulus (E) van M2 bedraagt 217 000 MPa.

Toepassingen: tappen, spiraalboren, ruimers, metaalzagen en frezen voor bijvoorbeeld houtverwerking.

Legeringselementen in staal met hun invloed(en)

Wolfraam

In staallegeringen wordt wolfraam gebruikt om het materiaal harder en hittebestendiger te maken. Bij temperaturen boven de 2000°C blijft de hardheid behouden.

Molybdeen

Staal dat molybdeen bevat is aanmerkelijk sterker, corrosiebestendiger en beter bestand tegen temperatuurwisselingen dan normaal staal.

Vanadium

Vanadium wordt gebruikt in legeringen van roestvrijstaal, gereedschap en als stabilisator bij staalproductie. Dit omdat vanadium harder is dan de meeste metalen en meeste types staal. Daarnaast heeft Vanadium een goede weerstand tegen corrosie en is het stabiel tegen basen, zwavelzuur en zoutzuur.

Silicium

Silicium wordt vaak gebruikt als toevoeging aan staal om de zuurstof terug te verwijderen (convertor proces: zuiveren van onzuiver ruwijzer). Hier kan ook aluminium of mangaan voor gebruikt worden.

Koolstof

De hoeveelheid koolstof bepaalt de hardheid van het staal. Een staalsoort met veel koolstof is daardoor moeilijk bewerkbaar en heeft een lager smeltpunt. Door warmtebehandelingen kan men de ductiliteit (vervormbaarheid) terug verhogen.

Stikstof

Stikstof (inert gas) wordt gebruikt om de hoeveelheid zuurstof te controleren in het staalproces.

Chroom

Productie van roestvast staal (minimaal 11% nodig). Wanneer het chroom met zuurstof in aanraking komt, vormt het een onzichtbaar laagje dichroomtrioxide ofwel de oxidehuid. Dit laagje beschermt het onderliggende metaal tegen verdere roestvorming (oxidatie). Daarnaast verhoogt chroom ook de bewerkbaarheid van staal.

Nikkel

Nikkel wordt gebruikt voor de productie van roestvast staal.

Roestvaste staalsoorten met tussen 6 en 26% nikkel (de 300-reeks uit de AISI) zijn austenitisch en daarom niet-magnetisch in geleverde toestand. Ze zijn uitstekend vervormbaar (plooien, dieptrekken, strekken) en ook schokbestendig doorheen het temperatuursbereik van heel koude tot heel warme temperaturen. Nikkel zorgt er voor dat het staal in zijn austenitische toestand blijft tijdens het afkoelen. De overige elementen verhogen de corrosieweerstand en verwerkbaarheid van het staal. Bij sterke koudvervorming verandert de kristalstructuur echter, waardoor wel magnetische eigenschappen optreden bij austenitisch rvs. Martensitische, ferritische en duplex roestvaststaalsoorten zijn daarentegen magnetisch.

Fosfor

Fosfor zorgt voor een hogere bescherming tegen waterstofbrosheid (bros worden van metalen doordat waterstof in de haarscheurtjes van het materiaal opgesloten raakt).

Mangaan

Het toevoegen van mangaan aan ijzer leidt tot een hardere staalvariant, zonder het breekbaar te maken.

Daarnaast wordt mangaan ook gebruikt in de staalproductie om de zuurstof en zwavel te verwijderen. Als legeringselement zorgt het ook voor een betere buigbaarheid en een verder versteviging van het staal.

Bronnen

  • http://nl.wikipedia.org/wiki/Spanning-rekdiagram (afbeelding) 10-05-2013
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Steel (afbeelding) 10-05-2013
  • http://www.demetaalgids.nl/ 09-05-2013
  • http://www.metalravne.com/selector/steels/ck45.html (10-05-2013)
  • http://home.scarlet.be/elo_afd.em/5EM/Materiaalaanduiding%20bij%20technisch%20tekenen.htm (10-05-2013)
  • http://www.bohler-edelstahl.com/files/S600DE.pdf (11-05-2013)