Staal is een legering bestaand uit ijzer en een beperkt koolstofgehalte (minder dan 2%). Er zijn wel 2300 verschillende soorten staal, die elk andere eigenschappen hebben. Het verschilt per soort hoe buigzaam, sterk of hard het is. Dat heeft te maken met het gehalte koolstof. Hoe hoger dat is, hoe harder en breekbaarder het wordt. Minder koolstof zorgt weer voor sterker en buigzamer staal. Zit er meer dan 2% koolstof in het ijzer dan spreken we van gietijzer.
IJzer wordt al duizenden jaren bewerkt maar het produceren van staal is pas sinds de 15e eeuw gangbaar. Toen werd de hoogoven uitgevonden. Op grote schaal staal produceren kon pas veel later toen er meer mogelijk werd bij verwerken van ijzer door toegenomen kennis van scheikundige processen. Dit ging nog eens in stroomversnelling met de komst van de industriële revolutie en leverde een enorme toename in de staalproductie op. Het is een alomtegenwoordig en zeer veelzijdig metaal. In 2016 kwam de totale staalproductie wereldwijd neer op zo’n 1.628.000.000 ton.
Hoe wordt staal gemaakt?
Staal is een legering bestaand uit ijzer en een beperkt koolstofgehalte (minder dan 2%). Er zijn wel 2300 verschillende soorten staal, die elk andere eigenschappen hebben. Het verschilt per soort hoe buigzaam, sterk of hard het is. Dat heeft te maken met het gehalte koolstof. Hoe hoger dat is, hoe harder en breekbaarder het wordt. Minder koolstof zorgt weer voor sterker en buigzamer staal. Zit er meer dan 2% koolstof in het ijzer dan spreken we van gietijzer.
IJzer wordt al duizenden jaren bewerkt maar het produceren van staal is pas sinds de 15e eeuw gangbaar. Toen werd de hoogoven uitgevonden. Op grote schaal staal produceren kon pas veel later toen er meer mogelijk werd bij verwerken van ijzer door toegenomen kennis van scheikundige processen. Dit ging nog eens in stroomversnelling met de komst van de industriële revolutie en leverde een enorme toename in de staalproductie op. Het is een alomtegenwoordig en zeer veelzijdig metaal. In 2016 kwam de totale staalproductie wereldwijd neer op zo’n 1.628.000.000 ton.
Hoe wordt staal gemaakt?
IJzererts wordt in hoogovens omgesmolten tot ruwe ijzer, waaraan koolstof, afkomstig van verbrande kolen, wordt toegevoegd. Om het koolstofgehalte omlaag te brengen is er zuurstof nodig. In dit proces wordt ook veel oud ijzer gebruikt dat de hoge temperaturen die hierbij vrijkomen weer omlaag te brengen. Zo is het produceren van staal goed voor het recyclen van oud ijzer. In Nederland wordt staal met name geproduceerd in IJmuiden. In de hoogovens daar wordt jaarlijks zo’n 7 miljoen ton staal gemaakt.
Soorten staal
Zoals gezegd bestaan er zeer veel staalsoorten, die onderling sterk kunnen verschillen dankzij hun uiteenlopende eigenschappen. Die worden niet alleen door de verhouding ijzer en koolstof bepaald, maar ook door de toevoeging van andere metaalelementen zoals nikkel, chroom of mangaan. Zo kun je door bepaalde stoffen toe te voegen staal bijvoorbeeld roestvast maken, of goed bestand tegen hitte, corrosie, vocht of zuren. Met staal kun je dus, al naar gelang het doel wat het eindproduct dient, precies de juiste eigenschappen bij elkaar mengen om zo de beste toepasbaarheid te verkrijgen. Een auto bevat bijvoorbeeld al 25 verschillende staalsoorten, omdat ieder onderdeel weer een eigen functie heeft en aan bepaalde eisen moet voldoen.
Je kunt de verschillende soorten staal opdelen in een aantal categorieën, afhankelijk van de scheikundige samenstelling: constructiestaal, automatenstaal en gereedschapsstaal.
Constructiestaal
De grootste groep valt onder de noemer constructiestaal, naar schatting 90% van de totale staalproductie. Hier worden zoals de naam al aangeeft stevige bouwconstructies van gemaakt, zoals bijvoorbeeld bruggen, schepen en draagcontructies van gebouwen maar ook graafmachines, loodsen en treinen.
Deze staalsoort heeft een koolstofgehalte van maximaal 0.25% en door dit lage koolstofgehalte heeft het een grote treksterkte (het kan veel gewicht dragen en breekt niet snel) en rek (goede elasticiteit). Verdere is constructiestaal goede lasbaar, makkelijk te bewerken, zowel warm als koud, relatief goedkoop en wat zachter dan andere metaalsoorten. Ook is het gevoeliger voor corrosie.
Automatenstaal
Door het constructiestaal aan te passen en er stoffen aan toe te voegen of aan te onttrekken, krijg je staal met andere eigenschappen. Automatenstaal heeft een hoger koolstofpercentage, tussen 0.3% en 0.6%, en is doorgaans sterker en harder. Het bestaat verder uit tussen de 1.5% en 5% aan legeringselementen, oftewel andere stoffen die hun eigenschappen verlenen aan het basisstaal. Dit heet een laag gelegeerde staalsoort.
Automatenstaal wordt veel gebruikt voor machineonderdelen, denk hierbij aan tandwielen, schroeven, moeren, bouten en koppelingen. Het wordt daarom ook wel machinestaal genoemd. Bij het werkbankdraaien is het gebruik van automatenstaal gangbaar. Het is sterker en harder dan constructiestaal en laat zich toch goed snijden en verspanen. Het is moeilijker om deze staalsoort te lassen of te vervormen.
Gereedschapstaal
Gereedschapstaal of snelstaal (High Speed Steel – HSS) behoudt bij hogere temperaturen zijn hardheid. Het is sterk, hard en hittebestendig. Dankzij deze eigenschappen wordt het gebruikt voor gereedschappen die in aanraking komen met hoge temperaturen en harde oppervlakken, zoals bijvoorbeeld metaalboren. Gereedschapsstaal heeft een koolstofpercentage tussen 0.6% en 1.5% en is een hooggelegeerd staal. Hooggelegeerde staalsoorten bevatten meer dan 5% aan legeringselementen. Het bekendste voorbeeld hiervan is roestvast staal (RVS). De belangrijkste elementen die hiervoor worden gebruikt zijn chroom en nikkel, die in combinatie zorgen voor een harder product dat niet gauw slijt.
Invloeden van andere metaalelementen
Het toevoegen van andere elementen aan staal is precisiewerk, want metaalelementen reageren niet alleen op het ijzer, maar ook op elkaar. Ze kunnen elkaars eigenschappen versterken of tenietdoen. Hieronder volgen enkele voorbeelden van metaalelementen en hun effect op staal.
Mangaan (Ma) verhoogt de rekgrens en de treksterkte, verbetert smeedbaarheid en lasbaarheid en verhoogt de slijtvastheid. Mangaansulfide verbetert de verspaanbaarheid.
Koper (Cu) verhoogt de bestendigheid tegen corrosie.
Aluminium bindt zowel koolstof als zuurstof en maakt het staal goed bestand tegen veroudering.
Chroom (Cr) geeft een grotere hardheid en maakt het staal beter snijdbaar Bij voldoende chroom ontstaat er een chroomoxidelaagje op het staal, dat roestvast is. Voeg je ook nog nikkel toe aan deze staalsoort, dan is het ook corrosievast.
De toevoeging van lood (Pb) aan automatenstaal maakt het staal beter bewerkbaar. Lood is niet oplosbaar in ijzer en moet in heel kleine deeltjes vermengd worden om voor een homogeen en verspaanbaar product te zorgen. Het voordeel van deze legering is dat het een hoge wrijvingsweerstand heeft en dus beter bewerkbaar is.
Silicium (Si) is een vast element in staal. Dat komt omdat het bij de productie van ijzer naar staal vrijkomt. Het heeft als eigenschap dat het de verhouding tussen rekgrens en treksterkte vergroot. Ook werkt het een de-oxiderend, wat nodig is om het zuurstof te binden en te verwijderen uit het staal. Zuurstof is schadelijk voor staal, want het vermindert de mechanische eigenschappen.
Maar er zijn ook elementen met een minder gunstige invloed. Zo levert een teveel aan fosfor (P) een product dat in koude toestand snel scheurt (koudbrosheid). Zit er te veel zwavel (S) in het staal, dan is het niet goed te smeden bij hoge temperaturen en laat het zich bovendien slecht lassen (roodbrosheid). Daarom kunnen deze elementen maar tot een maximum percentage van 0,06 á 0,05 % aanwezig zijn in staal.
Meer informatie over CNC bewerken van staal bij Marvo?
Wilt u meer weten over onze dienstverlening, heeft u technische vragen of wilt u gewoon een vrijblijvende offerte voor uw staal CNC draaiwerk? Neem contact met ons op. Wij helpen u graag verder.
Reactie binnen 1 werkdag