Staal - een pijler in de moderne bouwindustrie - is er in verschillende vormen om aan de eisen te voldoen. Koolstofstaal en zacht staal zijn de meest voorkomende staalsoorten met verschillende eigenschappen en toepassingen in de industrie.
Het hoofdbestanddeel van koolstofstaal is koolstof, met verschillende componenten. Anderzijds is zacht staal een van de soorten koolstofstaal, maar heeft het minder koolstof. Bereid je voor op een reis door de wereld van staal om meer te weten te komen over zacht en koolstofstaal.
Wat is zacht staal?
Omdat het een staal met een laag koolstofgehalte is, is het smeedbaar en wordt het vaak gebruikt voor constructies en constructietoepassingen.
- Samenstelling koolstof: 04 procent tot 0,3 procent.
- Mild staal is buigzaam.
Wat is middelzwaar koolstofstaal?
Omdat het een staal met een gemiddeld koolstofgehalte is, wordt het vaak gebruikt in assen, tandwielen en rails.
- Bevat een matige hoeveelheid koolstof, ongeveer 0,3 procent tot 0,6 procent.
- Staal met een gemiddeld koolstofgehalte betekent een balans tussen sterkte en vervormbaarheid.
Wat is staal met een hoog koolstofgehalte?
Het bevat meer koolstof dan de vorige twee types, met 0,6% tot 1,5% koolstof erin. High-carbon staal is hard en geschikt voor snijgereedschap en veren.
Mild vs. medium vs. hoog koolstofstaal
Sterkte
Zacht staal is niet zo sterk als staal met een hoger koolstofgehalte, maar het biedt een goede sterkte voor verschillende toepassingen. Het wordt gebruikt waar geen hoge sterkte vereist is, maar een balans tussen sterkte en eigenschappen zoals vervormbaarheid. Staal met een hoger koolstofgehalte kan veel sterker zijn dan zacht staal, waardoor het geschikt is voor betere mechanische eigenschappen.
Duurzaamheid
Mild staal is duurzaam en bestand tegen schade, maar corrosiebestendiger dan staal met een hoger koolstofgehalte. Een oppervlak coaten of galvaniseren kan de duurzaamheid verhogen. Staal met een hoger koolstofgehalte en toegevoegde legeringselementen kan duurzamer, slijtvaster en harder zijn. Afhankelijk van de specifieke samenstelling kunnen sommige echter gevoeliger zijn voor corrosie.
Veelzijdigheid
Als betaalbaarheid de eerste zorg is, kan zacht staal in aanmerking komen voor verschillende toepassingen. Het fabricagegemak en de toepassingen in verschillende sectoren, zoals de bouw en de auto-industrie, bewijzen de veelzijdigheid.
Staal met een hoger koolstofgehalte is minder veelzijdig door zijn hardheid en brosheid. Het is echter nog steeds veelzijdig in gespecialiseerde toepassingen zoals snijgereedschappen en onderdelen met een hoge sterkte.
Is koolstofstaal harder dan zacht staal?
Bij het analyseren van de hardheid van zacht staal versus koolstofstaal is het noodzakelijk om rekening te houden met het koolstofgehalte in het staal en mogelijke legeringselementen.
Koolstofstaal heeft een grotere hardheid dan zacht staal, dankzij het hogere koolstofgehalte.
Daarentegen heeft zacht staal een lager koolstofgehalte, wat resulteert in een zachtere aard. Gezien hun toepassingen wordt zacht staal gebruikt waar hardheid niet het doel is. In tegenstelling daarmee is koolstofstaal door het hogere koolstofgehalte essentieel als hardheid vereist is.
Vergelijking tussen koolstofstaal en gelegeerd staal: beide zijn sterk, maar gelegeerd staal, met toegevoegde elementen, biedt een betere weerstand tegen corrosie.
Hoe corrosiebestendig is koolstofstaal?
De corrosiebestendigheid van koolstofstaal is een kritisch aspect dat de prestaties kan beïnvloeden.
Zacht staal is gevoelig voor corrosie, vooral in vocht. Het kan gemakkelijk roesten wanneer het wordt blootgesteld aan ruwe omgevingen.
Het lage koolstofgehalte maakt het gevoelig voor oxidatie, waarbij roest (ijzeroxide) op het oppervlak wordt gevormd. Preventieve maatregelen zoals coaten, verven en galvaniseren kunnen de corrosiebestendigheid verhogen.
De corrosiebestendigheid van koolstofstaal kan variëren door factoren zoals legeringselementen en warmtebehandeling. Over het algemeen voorkomt het verhoogde koolstofgehalte corrosie.
Legeringselementen zoals chroom kunnen de weerstand tegen corrosie aanzienlijk verbeteren. Roestvrij staal bevat chroom, dat een uitstekende weerstand tegen corrosie biedt.
Productieproces van koolstofstaal en zacht staal
Het productieproces varieert enigszins afhankelijk van het gewenste staaltype en eindproduct. Drie belangrijke stappen:
Primair proces
Staal kan worden gemaakt van gerecycled materiaal of worden gecombineerd met nieuw staal via de Basic Oxygen Furnace.
Zuurstof speelt een belangrijke rol in het staalproductieproces. IJzererts en cokes, die als grondstoffen dienen, ondergaan een conversie. Het gesmolten staal wordt vervolgens in mallen gegoten. Zo worden plakken en blokken gevormd. Als gevolg hiervan heeft het eindproduct een hoog koolstofgehalte (0,5 procent).
Secundair proces
Het is staal maken met een koolstofgehalte dat voldoet aan de behoeften van de markt. Alle noodzakelijke veranderingen vinden hier plaats, afhankelijk van het gewenste staal (met een hoog, laag of gemiddeld koolstofgehalte).
Elektrische vlamboogoven (EAF)
Hierbij wordt de staalsamenstelling gewijzigd door selectieve toevoeging of verwijdering van componenten of, als alternatief, door aanpassing van de temperatuur.
- Roeren
Deze techniek maakt gebruik van elektromagnetische velden om turbulente stromen in de gietpan op te wekken, waardoor niet-metalen materialen effectief worden gescheiden. Het doel is om een uniforme en goed gemengde samenstelling in het staal te krijgen.
- Oven
Het gebruik van een secundaire elektrodeoven zorgt voor een nauwkeurige temperatuurregeling en de nauwkeurige introductie van legeringscomponenten.
- Ladderinjectie
Om het roeren op te wekken, wordt inert gas ingebracht vanaf de basis van het gesmolten staal, dat verwarmd wordt en opstijgt door het vloeibare metaal.
- Ontgassing
De vermindering van het zwavelgehalte van het product terwijl waterstof, zuurstof en stikstof worden verwijderd. Een combinatie van vacuümtechnologie, injectie van inerte gassen en nauwkeurige temperatuurregelingstechnieken wordt gebruikt om gassen te verwijderen uit vloeibaar staal in een ontgassingsproces.
- Aanpassing van samenstelling
Roeren bereiken door argongas te injecteren in een afgesloten stalen bad met zuurstofblazen.
Staal ontoxideren
Gecontroleerde verwijdering van zuurstof kan cruciaal zijn om de eigenschappen van het eindproduct te veranderen.
- Rimming staalsoorten
Niet of gedeeltelijk gedesoxideerd staal
- Afgedekt staal
Schimmeldoppen voorkomen de productie van koolmonoxide
- Half gedood staal
0,15- 0,3% koolstof, gedeeltelijk ontoxideerd
- Gedood staal
Volledig ontoxideerd met koolstof tot 0,15-0,3%
Gieten
Bij het gieten wordt vloeibaar staal in aparte mallen gegoten die op treinwagons staan. Om het verwijderen van de ingots na het gieten te vergemakkelijken, lopen de gietmallen taps toe. Gietmachines helpen bij het gieten van vloeibaar staal in vormen die geschikt zijn voor verdere verwerking. De ingots worden verplaatst om opgewarmd te worden voor het warmwalsen en in de gietmachine wordt staal omgezet in plakken, knuppels en blokken.
Afwerkingsprocessen
Het afwerkingsproces kan het uiterlijk en de prestaties van het eindproduct beïnvloeden.
Rolling
- Product Rolling
Om massief gegoten blokken om te vormen tot een bruikbare vorm, worden ze gewalst, waarbij een draaiende wals sneller beweegt dan het staal, het naar voren duwt en samenperst.
- Warmvervormen
Het staal wordt verwarmd tot voorbij de herkristallisatietemperatuur om een consistente korrelgrootte en uniforme koolstofdistributie te krijgen.
- Koud vervormen
Uitgevoerd bij een temperatuur lager dan de herkristallisatietemperatuur, verhoogt spanningsuitharden de sterkte met 20%.
Warmtebehandeling
Warmtebehandeling wordt toegepast om de koolstofdistributie te wijzigen en zo de mechanische eigenschappen aan te passen.
- Normaliseren
Om de sterkte en hardheid te verbeteren, ondergaat staal een warmtebehandelingsproces waarbij het boven 55°C en voorbij het bovenste kritieke punt wordt verhit. Het staal wordt dan gelijkmatig verhit en vervolgens luchtgekoeld.
- Gloeien
Tijdens de warmtebehandeling wordt staal gedurende dertig minuten blootgesteld aan de temperatuur van de vaste oplossing en vervolgens geleidelijk afgekoeld. Deze behandeling leidt tot de ontwikkeling van een staalvariant die zowel buigzaam als kneedbaar is.
- Doven
Hierbij wordt het staal snel afgekoeld in water, pekel of olie, waardoor taai maar bros materiaal ontstaat dat snel breekt.
Oppervlaktebehandeling
Ongeveer 33% van de wereldwijde staalproductie bevat oppervlaktecoating als corrosiepreventie.
- Thermisch verzinken
Bij deze methode ondergaat staal een behandeling waarbij het in een verwarmd zinkbad wordt gedompeld, wat resulteert in het aanbrengen van een zinklaag. In de zinkoplossing wordt aluminium toegevoegd om de integriteit van de coating te versterken en breuk te voorkomen.
- Elektrolytisch verzinken
Het afzetten van een zinklaag op staal door middel van elektrolyse geeft een preciezere en gecontroleerde dikte.
Downstream Secundaire verwerking
Downstream-entiteiten verfijnen ruwe staalmaterialen in het productieproces en vormen ze tot afgewerkte producten. Over het algemeen omvat dit machinaal bewerken en verbinden en het verwijderen van oppervlaktemetaal met bewerkingsmachines en lassen.
Kosten van koolstofstaal
Zacht staal is een koolstofarme variant die over het algemeen betaalbaarder is dan bepaalde staalsoorten met een hoog koolstofgehalte. De kosten van grondstoffen beïnvloeden de totale productiekosten.
Het fabricageproces wordt gekozen en de legeringselementen worden gebruikt om verschillende kwaliteiten koolstof, verwerking en fabricage te creëren. Elke stap beïnvloedt de totale kosten van koolstofstaal en kan deze verhogen.
Mild staal is vaak kneedbaarder en gemakkelijker te bewerken, waardoor de verwerkingskosten mogelijk lager zijn dan bij koolstofstaal.
De keuze tussen koolstofstaal en gelegeerd staal hangt af van de behoeften van de toepassing, waarbij gelegeerd staal oplossingen op maat biedt.
Toepassingen van zacht staal vs. koolstofstaal
Koolstofstaal vs staal heeft verschillende toepassingen in verschillende industrieën. Zacht staal, zoals balken, kolommen en wapeningsstaven, wordt veel gebruikt in de bouwindustrie. Het is betaalbaar en gemakkelijk te fabriceren, waardoor het de voorkeur geniet.
Vanwege de vervormbaarheid wordt zacht staal gebruikt in de auto-industrie als carrosseriedelen, chassis en structurele elementen. Pijpen en buizen van koolstofstaal zijn duurzaam en worden gebruikt voor structurele onderdelen.
Koolstofstaal wordt vanwege zijn hardheid gebruikt in snijgereedschappen, boren en messen. Bij de spoorwegen wordt koolstofstaal gebruikt voor de constructie van rails en onderdelen. Koolstofstalen buizen transporteren vloeistoffen op grote schaal in de olie- en gasindustrie.
Veelgestelde vragen over koolstofstaal vs. zacht staal
V1: Wat zijn de belangrijkste verschillen tussen zacht staal en koolstofstaal?
Koolstofstaal heeft een breed koolstofgehalte, wat verschillende niveaus van hardheid en sterkte geeft, terwijl zacht staal een lager koolstofgehalte heeft en zachter en kneedbaarder wordt.
V2: Hoe beïnvloedt de hoeveelheid koolstof de eigenschappen van staal?
Een hoog koolstofgehalte leidt tot een hogere hardheid en sterkte van staal, waardoor het een betere optie is voor mechanische eigenschappen.
V3: Waarom is zacht staal veelzijdiger dan staal met een hoger koolstofgehalte?
De veelzijdigheid van zacht staal komt voort uit zijn betaalbaarheid en geschiktheid voor verschillende toepassingen.
V4: Hoe kan de duurzaamheid van zacht staal worden verhoogd?
Coaten en verzinken kan de levensduur van zacht staal verlengen.
V5: In welke industrieën wordt staal met een gemiddelde koolstofwaarde gebruikt?
Zacht staal wordt gebruikt in assen, tandwielen en rails voor sterkte en vervormbaarheid.