Alles over diverse soorten staal

Staal is een van de meest veelzijdige en nuttige materialen ter wereld. Staal bestaat voornamelijk uit ijzer en koolstof, maar het moderne staal is complexer dan dit. De eigenschappen en sterkte van staal worden beïnvloed door de concentratie van koolstof en ijzer of de opname van andere elementen. Er zijn dan ook diverse soorten staal die in een oneindig aantal toepassingen worden gebruikt.

Vaak denkt men dat staal slechts een vaste combinatie is van ijzer en koolstof. Maar er zijn in feite meer dan 3.500 verschillende staalsoorten! De kwaliteit hiervan wordt bepaald door het analyseren van de hoeveelheid koolstof, de andere legeringselementen die het bevat en hoe het wordt verwerkt.

Vier soorten staal

Staal wordt ingedeeld in vier soorten:

• Koolstofstaal
• Gelegeerd staal
• Roestvrij staal
• Gereedschapsstaal

Koolstofstaal

Afgezien van koolstof en ijzer, bevat koolstofstaal slechts sporen van andere elementen zoals mangaan en silicium. Met 90% van de totale staalproductie, is koolstofstaal de meest voorkomende staalsoort. Op basis van de hoeveelheid koolstof in het metaal, wordt koolstofstaal ingedeeld in drie soorten:

• Koolstofarme staalsoorten/zachte staalsoorten (tot 0,3% koolstof)
• Medium koolstofstaal (0,3 – 0,6% koolstof)
• Hoog koolstofstaal (meer dan 0,6% koolstof)

Gelegeerd staal

Gelegeerd staal is een van de soorten staal die wordt gemaakt door staal te combineren met extra legeringselementen zoals nikkel, koper, chroom en/of aluminium. Het combineren van deze elementen verbetert de sterkte, ductiliteit, corrosieweerstand en bewerkbaarheid van het staal.

Roestvrij staal

Roestvrij staal staat ook wel bekend als RVS of inox. Roestvrij staal is gelegeerd met 10 tot 20% chroom en nikkel, silicium, mangaan en koolstof. Deze staalsoort kan goed in ongunstige weersomstandigheden overleven en heeft daarom een enorm hoge corrosieweerstand. Ook is het veilig te gebruiken in buitenconstructies. Roestvrij staal wordt ook vaak gebruikt in elektrische apparaten.

Gereedschapsstaal

Gereedschapsstaal is een van de soorten staal die – zoals de naam al doet vermoeden – uitblinkt in snij- en boorapparatuur. De aanwezigheid van wolfraam, molybdeen, kobalt en vanadium helpt de hittebestendigheid en algemene duurzaamheid te verbeteren. En omdat het – zelfs bij intensief gebruik – zijn vorm behoudt, is het voor de meeste handgereedschappen een voorkeursmateriaal.

Staal classificaties

Naast de vier soorten staal kan staal ook worden geclassificeerd op basis van verschillende variabelen, zoals:

• Samenstelling: hoeveelheid koolstof, legering, roestvrij
• Afwerkingsmethode: warmgewalst, koudgewalst, koud afgewerkt
• Productiemethode: elektrische oven, continugieten
• Microstructuur: ferritisch, perlitisch, martensitisch
• Fysieke kracht: volgens NEN/EN of DIN  normen
• Deoxidatieproces: gedood of semi-gedood
• Warmtebehandeling: gegloeid, getemperd
• Kwaliteit: handelskwaliteit, drukvatkwaliteit, tekenkwaliteit

Staalsoorten en hun microstructuur

De microstructuur van een stof is de manier waarop moleculen aan elkaar zijn verbonden met krachten die daartussen werken. Verwarmings- en koeloperaties worden gebruikt om de microstructuur van de ene vorm naar de andere te verplaatsen, waardoor de eigenschappen van het materiaal worden beïnvloed.

De microstructuur kun je niet met het menselijk oog zien, maar onder een microscoop. Staal kan verschillende microstructuren hebben, waaronder:

• Ferriet: kubische kristalstructuur en magnetisch
• Perliet: fijn verdeelde lagen ferriet en cementiet
• Martensiet: sterke, harde en brosse eigenschappen die ontstaan door snelle afkoeling
• Cementiet: hard en bros en een hoog percentage koolstof
• Austeniet: kubisch vlakkengecentreerde kristalstructuur en niet-magnetisch

Warmtebehandelingen van staal

Met de warmtebehandeling van diverse soorten staal kun je de microstructuur van staal wijzigen. Afhankelijk van onder andere de temperatuur en tijdsduur van de behandeling, heb je de mogelijkheid een materiaal zachter, harder, taaier of sterker te maken. De methoden zijn als volgt:

Sferoïdisatie

Bij sferoïdisatie wordt koolstofstaal gedurende 30 uur tot 699 °C verwarmd. De cementietlagen van de perlietmicrostructuur veranderen in sferoïde vormen, wat resulteert in de zachtste en meest ductiele vorm van staal.

Volledige uitgloeiing

Koolstofstaal wordt gegloeid door eerst een uur lang iets boven de bovenste kritische temperatuur en vervolgens met een snelheid van ongeveer 2°C per uur te verhitten. Deze procedure levert een grove perlitische structuur op die flexibel is en vrij van interne spanningen.

Procesgloeien

In koudvervormd staal met een laag koolstofgehalte (> 0,3% C) verlicht procesgloeien de spanning. Gedurende een uur wordt het staal verwarmd tot 552 – 700 °C. Voor afkoeling worden dislocaties in de microstructuur gecorrigeerd door het kristal te reconstrueren.

Isotherm gloeien

Koolstofstaal wordt eerst verhit tot boven de bovenste kritische temperatuur. Deze temperatuur wordt dan gehandhaafd, verlaagd tot de lagere kritische temperatuur en weer gehandhaafd. Daarna wordt het geleidelijk afgekoeld tot kamertemperatuur. Deze procedure garandeert dat het materiaal een uniforme temperatuur en microstructuur heeft bereikt voordat het naar de volgende koelfase gaat.

Normaliseren

Gedurende een uur wordt koolstofstaal verwarmd tot de normalisatietemperatuur. Het staal is nu volledig in de austenietfase gekomen. Het staal wordt vervolgens gekoeld door lucht. Normalisatie resulteert in een fijne perlitische microstructuur met hoge sterkte en hardheid.

Afschrikken

In dit proces wordt medium- of koolstofstaal verwarmd tot de normalisatietemperatuur en vervolgens afgeschrikt (snelle afkoeling in water, pekel of olie) tot de bovenste kritische temperatuur. Het afschrikproces resulteert in een martensitische structuur, die zeer hard maar kwetsbaar is.

Aanmaken van geblust staal

Omdat het resultaat voorspelbaar is, is het aanmaken van geblust staal de meest populaire warmtebehandeling. Afgeschrikt staal wordt opnieuw verwarmd en gekoeld tot temperaturen onder het onderste kritische punt. Temperaturen variëren afhankelijk van het gewenste effect, waarbij 148 – 205 °C het meest gebruikelijk is.

Staalleverancier gezocht? Kies voor Merwestaal

Op zoek naar een staalleverancier in het binnen- en buitenland voor verschillende staal soorten? Dan ben je bij Merwestaal aan het juiste adres. Je kunt bij ons terecht voor onder andere staalhandel, rijplaten en staalbewerkingen zoals plasma snijden. Neem snel contact met ons op voor de mogelijkheden.