4 soorten staal: Wat zijn de verschillen?

Verschillende soorten staal

De vormbaarheid van staal in verschillende soorten door de samenstelling te variëren, verbetert de veelzijdigheid nog verder. Verschillende soorten staal geven het specifieke eigenschappen die geschikt zijn voor een bepaalde toepassing.

Dit zijn de vier belangrijkste staalsoorten:

1. Koolstofstaal

Koolstofstaal wordt zo genoemd vanwege de hogere koolstofconcentratie. Het bevat meer C en minimale sporen van andere elementen, waardoor koolstofstaal eenvoudig maar zeer duurzaam is.

Over het algemeen beschouwen velen koolstofstaal als de sterkste staalsoort. Daarom wordt dergelijk staal gebruikt voor onderdelen die tegen een stootje moeten kunnen. Enkele toepassingen van koolstofstaal zijn snijgereedschappen, kookgerei, gietwerk en zware machines. Vandaag de dag beslaat koolstofstaal 90% van het totale staal dat wereldwijd wordt geproduceerd. In de VS is ongeveer 85% van al het geproduceerde staal koolstofstaal.

Hoewel koolstofstaal vaak wordt verward met gietijzer, blijven ze toch verschillend. Koolstofstaal heeft min of meer 1% koolstof maar overschrijdt nooit de drempel van 2%. Gietijzer daarentegen heeft een hoger koolstofgehalte van 2% tot 3,5% in gewicht. Het hogere koolstofgehalte in gietijzer zorgt voor ruwere korrels en brosheid.

Soorten koolstofstaal

Koolstofstaal wordt ingedeeld in drie subtypes op basis van het totale koolstofgehalte. Deze kwaliteiten dienen verschillende doelen en hebben verschillende eigenschappen.

• Koolstofarm: Koolstofarm staal wordt ook wel zacht staal genoemd. Ze bevatten tot 0,30% koolstof. Dit lagere koolstofgehalte maakt zacht staal buigzaam en kneedbaarder. Koolstofarme staalsoorten zijn het goedkoopst en worden het meest gebruikt in buizen, conservenblikken en draad.
• Medium koolstof: Voeg daar koolstof van 0,31% tot 0,60% aan toe en je krijgt staal met een gemiddeld koolstofgehalte. Dit subtype bevat soms mangaan tussen 0,6% en 1,65% in gewicht. Met een hoger koolstofpercentage is medium-carbon staal minder taai en sterker dan low-carbon staal. Ze worden gebruikt om krukassen, tandwielen, smeedstukken en spoorrails te maken.
• Hoog koolstofgehalte: Met een hoog koolstofgehalte van 0,61% maar niet meer dan 2,0% is hoog koolstofstaal het taaiste type. Vergeleken met staal met een lager koolstofgehalte is dit echter brosser en lastiger te lassen. Door zijn hardheid wordt het vaak gebruikt voor slijtvaste onderdelen.

2. Gelegeerd staal

Bij de productie van koolstofstaal combineer je ijzer en koolstof om het materiaal te produceren. Koolstofstaal wordt echter gecombineerd met een legeringselement om gelegeerd staal te maken. In essentie combineert gelegeerd staal ijzer, koolstof en een of meer legeringselementen.

De specifieke eigenschappen van een legering hangen af van welk element het bevat en hoeveel het bevat. Afhankelijk van de eisen kan een gelegeerd staal 1% tot 50% van een legeringselement bevatten van het totale gewicht.

Maar omdat niet alle legeringselementen even overvloedig aanwezig zijn als ijzer of koolstof, kan gelegeerd staal duurder zijn. Desalniettemin leveren dergelijke elementen zeer specifieke eigenschappen op voor speciale toepassingen.

Een titaniumlegering kan bijvoorbeeld erg duur zijn. Maar het garandeert extreme treksterkte en hardheid, zelfs bij extreem hoge temperaturen. Daarom is een titaniumlegering vaak beperkt tot hoogwaardige toepassingen zoals sieraden, medische apparatuur en ruimtevaartuigen.

Hier zijn andere veelvoorkomende legeringen en hun eigenschappen.

• Koper: Een efficiënte warmtegeleider die bestand is tegen corrosie. Ideaal voor elektrische bedrading.
• Aluminium: Zeer flexibel, hittebestendig en lichtgewicht.
• Silicium: Verbeterde elasticiteit dankzij de zachte aard van het element. Het is kneedbaar en magnetisch, ideaal voor elektrische transformatoren.
• Mangaan: Robuust en slagvast, dus ideaal voor kluizen en kogelvrije kasten.

3. Roestvrij staal

Roestvrij staal is een van de sterkste en meest onderscheidende staalsoorten op de markt. Het wordt vaak verwerkt in onderdelen die roestvrij moeten zijn. We zien dit staal vaak terug in medische apparatuur, gereedschap, bestek en gebruiksvoorwerpen.

De reflecterende en glanzende afwerking van roestvrij staal is te danken aan het belangrijkste legeringselement, chroom. Het chroomgehalte van dergelijk staal varieert meestal van 10,5% tot 30% van het totale gewicht. Bij het polijsten geldt: hoe hoger het chroomgehalte, hoe glanzender het staaloppervlak.

Naast de esthetiek is roestvrij staal ook duurzaam, lasbaar en hygiënisch omdat het schoon is. Dit zijn de meest voorkomende ondersoorten:

• Martensitisch roestvast staal: Bezit de hoge treksterkte, hardheid en slagvastheid van roestvrij staal. Maar martensitisch roestvast staal heeft een lagere corrosiebestendigheid dan andere soorten. Het is ook de minst voorkomende soort.
• Ferritisch roestvrij staal: Dit wordt beschouwd als een van de meest voorkomende roestvaste staalsoorten. Het blijft goedkoper door het lagere nikkelgehalte. In tegenstelling tot austenitisch roestvast staal is dit magnetisch.
• Austenitisch roestvast staal: Staat bekend als de meest voorkomende categorie en heeft hogere chroom- en nikkelconcentraties. Hierdoor heeft austenitisch roestvast staal een hogere corrosiebestendigheid en niet-magnetische eigenschappen.
• Duplex roestvast staal: Duplexlegeringen combineren ferritisch en austenitisch staal. Dit metaal erft duplex, wat de hoge corrosiebestendigheid, ductiliteit en sterkte van de twee legeringen is. Duplex legering wordt vaak gebruikt in gasleidingen en chemische industrie.

4. Gereedschapsstalen

Dit staal is een metaal met een hoog koolstofgehalte dat specifiek is voor het vervaardigen van gereedschappen, vandaar de naam. De aanwezigheid van legeringsmetalen zoals wolfraam en kobalt maakt gereedschapsstaal uitzonderlijk taai. Dit helpt het staal ook om zijn vorm te behouden na zwaar en langdurig werk.

De elementen en het ontlaatproces maken het gereedschapsstaal hittebestendig en abrasief, wat ideaal is voor toepassingen met een hoge impact.

Gebruikelijke soorten gereedschapsstaal

• Waterharding: Watergehard en het meest betaalbare en standaardmateriaal voor alledaags gereedschap.
• Luchthardend: Het wordt gehard door natuurlijke afschrikken met lucht. Alleen die metalen bevatten die aan de lucht moeten worden gehard, moeten dit proces ondergaan.
• Warm bewerken: Taaiere gereedschapsstalen zijn ideaal voor toepassingen bij hoge temperaturen zoals gieten of smeden. H-gesorteerde gereedschappen hebben een hogere legering en lagere koolstofsporen.
• Schokbestendig: Stalen gereedschappen die ideaal zijn voor toepassingen onder druk en bij lage temperaturen. Gereedschappen die bestand zijn tegen grote schokken maar een beperkte slijtvastheid hebben.
• Hoge snelheid: Dit zijn gereedschappen die gebruikelijk zijn voor het snijden. Het wordt zo genoemd omdat het sneller kan snijden dan koolstofstaal. Hogesnelheidsgereedschapsstaal wordt onderverdeeld in T-type (op basis van wolfraam) en M-type (op basis van molybdeen).