Verschillende soorten en kwaliteiten staal

Volgens de Wereld Staal Associatie, Onze wereld produceerde 1878 miljoen ton ruw staal in 2020. Dit zijn enorme aantallen en wetenschappers hebben veel verschillende soorten staal ontdekt met verschillende fysieke en chemische samenstellingen.

Elke staalsoort heeft zijn eigen sterkte, duurzaamheid en algemene eigenschappen. In deze gids worden verschillende staalsoorten en hun sorteersysteem besproken. Of je nu een student bent of een ervaren ingenieur, dit artikel is voor iedereen even belangrijk.

Inleiding tot staal

In de meest eenvoudige bewoordingen wordt staal voornamelijk gemaakt door ijzer en koolstof te combineren. Er zijn echter nog andere onzuiverheden en elementen aanwezig in het staal. Deze onzuiverheden en elementen, waaronder ijzer en koolstof, beïnvloeden de eigenschappen van staal.

Zoals ik al eerder zei, is staal een van de meest geproduceerde elementen in onze wereld. De reden hiervoor is dat het veelzijdig, krachtig en duurzaam is. Staal heeft zijn weg gevonden van onze gebruiksvoorwerpen naar meer vooraanstaande productiebedrijven. Dankzij de veelzijdige samenstelling en eigenschappen.

Je kunt je de veelzijdigheid van hun samenstelling voorstellen door het feit dat er meer dan 3500 staalsoorten zijn. Elk van die staalsoorten heeft een andere fysische en chemische samenstelling. Al die staalsoorten worden in de industrie voor verschillende doeleinden gebruikt. 

Staal is zo goed door de aanwezigheid van koolstof die het hard maakt. Een van de spannende dingen is dat staal niet erg duur is. Daarom is het een haalbare optie voor ingenieurs om te gebruiken in gebouwen en andere industrieën zoals de auto- en luchtvaartindustrie.

Soorten staal

Zoals ik al zei, zijn er veel soorten en kwaliteiten staal. Er zijn echter een paar soorten die goed zijn voor het grootste deel van het staal dat tegenwoordig wordt gebruikt. Ik zal die soorten hieronder bespreken en je helpen ze te begrijpen.

1- Koolstofstaal

Het staat ook bekend als zacht staal en is de meest voorkomende soort. Veel industrieën gebruiken het om verschillende producten te maken. De reden achter het uitgebreide gebruik in verschillende sectoren is de duurzaamheid en robuustheid. Er zijn verschillende soorten koolstofstaal, en elk type biedt verschillende bruikbaarheid door de chemische samenstelling.  

• Koolstofarme staalsoorten: Dit type koolstofstaal is erg zacht en gevoelig omdat het minder koolstof bevat (tot 0,3%). Het staat ook bekend als zacht staal. De ingenieurs gebruiken dit om platen en andere dingen te maken. Er wordt druk uitgeoefend op dit staal en het wordt omgezet in platen en andere dingen.
• Medium koolstofstaal: Het is robuuster dan staal met een laag koolstofgehalte en bevat meer koolstof (0,3 - 0,6%). Het goede aan dit type is dat het een uitstekende duurzaamheid biedt. Vanwege zijn sterkte en hardheid wordt het gebruikt in de auto-industrie. 
• Koolstofrijk staal: De meest vitale koolstofstaalsoort in de zware industrie. Het bevat Cobain variërend van 0,6% tot 2,1%. Het gebruik is divers en ingenieurs gebruiken het waar ze sterkte nodig hebben, zoals in de bouw.

De onderscheid tussen zacht en koolstofstaal ligt in hun koolstofgehalte. Door hun verschillende koolstofgehalte hebben ze verschillende mechanische eigenschappen. Mild staal is zachter en kneedbaarder dan steviger koolstofstaal.

2- Gelegeerd staal

Zoals de naam al doet vermoeden, is dit type staal aanwezig in de legering. Het wordt gemaakt door het staal te mengen met andere elementen zoals chroom en nikkel. Deze gelegeerde staalsoorten staan bekend om hun weerstand tegen roest en corrosie. 

Het andere element dat aan het staal wordt toegevoegd, houdt ijzeroxide (roest) tegen wanneer het in contact komt met zuurstof. Stel bijvoorbeeld dat het staal gemengd is met chroom. In dat geval reageert chroom met zuurstof om chroomoxide te vormen in plaats van het staal ijzeroxide te laten maken. De chroomoxidelaag roest niet en beschermt het staal tegen corrosie.

Hier is een lijst van andere elementen die gebruikt kunnen worden in legeringen met staal.

Elk van de elementen heeft verschillende eigenschappen. De kobaltstaallegering biedt een uitstekende hittebestendigheid. Op dezelfde manier biedt de molybdeenstaallegering een uitstekende temperatuurbestendigheid. Elke legering die met dit element is gemaakt, heeft dus een andere specialiteit.

3- Roestvrij staal

Roestvrij staal bevat minstens 10,5% chroom. Zoals hierboven vermeld, heeft chroom de unieke eigenschap om chroomoxide te maken wanneer het reageert met zuurstof. Dus als je een product maakt met roestvrij staal, roest het niet door deze chroomoxidelaag.

De chroomoxidelagen verschijnen niet aan het oppervlak van roestvrij staal en blijven onzichtbaar. Het ijzer in het staal kan echter niet reageren met zuurstof om een ijzeroxidelaag te vormen (roest of corrosie). Dit type staal wordt gebruikt om roestbestendige producten te maken.

Snelle opmerking: Houd er rekening mee dat gelegeerd en roestvast staal verschillend zijn. Hun eigenschappen en toepassingen verschillen ook. Je kunt een gedetailleerde vergelijking in onze gids voor legering vs. roestvrij staal.

4- Gecoat staal

Bij dit type brengen de technici een laag aan op het staal die het stevig houdt en beschermt tegen roest. Als de fabrikant bijvoorbeeld iets maakt dat in vochtige omstandigheden zal worden gebruikt, brengt hij een dunne laag aan. 

De coating laat de ijzeroxidelaag niet toe en houdt het staal in goede conditie voor de komende jaren. Het eenvoudigste voorbeeld van gecoat staal is een dun laagje verf aanbrengen om het er mooi uit te laten zien en het te beschermen tegen roest en UV-straling.

5- Gereedschapsstaal

Gereedschapsstaal staat bekend om zijn hittebestendigheid. Het geeft aan dat dit type staal ook stevig is. Meestal wordt het gebruikt om gereedschap en apparatuur te maken, zoals boren en zaagbladen. Deze apparatuur is bestand tegen stevige temperaturen en slijt snel abrasief.

Verschillende elementen kunnen samen met staal worden gebruikt om gereedschapsstaal te maken. Wolfraam, chroom en vanadium zijn echter enkele van de meest gebruikte aspecten van gereedschapsstaal. Bedenk dat er ontelbare soorten staal zijn. Houd in gedachten dat er ontelbare soorten staal zijn.

Andere soorten zijn veer, gegalvaniseerd, hoge snelheid, verwering en elektrisch staal, maar het is onmogelijk om ze allemaal te bespreken. Bovendien zijn deze types niet bekend en zijn ze goed voor een minimaal staal.

Stalen nivelleersystemen

Zoals eerder gezegd, variëren duizenden verschillende soorten staal in chemische samenstelling en eigenschappen. Met een goed georganiseerd systeem voor hun classificatie wordt het mogelijk om ze te bestuderen en te analyseren.

Daarom hebben wetenschappers een compleet classificatiesysteem ontwikkeld. Dit systeem biedt elk type een specifieke gradatie, afhankelijk van de chemische samenstelling en eigenschappen. Met deze sortering is het voor wetenschappers en overheidsinstanties eenvoudiger om het type te herkennen.

Elk type heeft zijn graad en bruikbaarheid. Dus als een wetenschapper iets maakt waarvoor een specifieke stijl nodig is, gebruikt hij de toegekende kwaliteit. Dit universele classificatiesysteem heeft het begrijpen en analyseren van verschillende staaltypes gemakkelijk gemaakt.

Momenteel worden er wereldwijd twee beoordelingssystemen gebruikt. Ik zal hieronder bespreken hoe deze twee beoordelingssystemen verschillen.

1- SAE-classificatiesysteem

Het American Iron & Steel Institute (AISI) en de Society of Automotive Engineers (SAE) introduceerden het SAE-classificatiesysteem. Het classificeert de staalsoorten op basis van hun chemische samenstelling. Het staat ook bekend als een viercijferig nummeringssysteem. De reden hiervoor is dat dit systeem vier nummers toekent aan elk type staal.

Hier is de uitsplitsing van die vier cijfers die dit beoordelingssysteem toekent:

1- Eerste nummer

Het eerste getal staat voor het legeringselement dat in een hogere hoeveelheid aanwezig is. Met andere woorden, het geeft het primaire legeringselement aan. Eén betekent bijvoorbeeld dat koolstof aanwezig is in legeringen van staal. Op dezelfde manier betekent twee dat nikkel aanwezig is als primaire legering met staal. De lijst gaat verder. Hier zijn de getallen voor andere legeringselementen.

2- Tweede nummer

Het tweede getal in de SAE rangen geeft de hoeveelheid of concentratie legeringselementen aan die aanwezig zijn in het staal. Door het tweede getal van een staalsoort te zien, begrijpen wetenschappers meteen de chemische samenstelling van die staalsoort.

3- Derde en vierde getal

Het derde en vierde getal in het staaltype geven de koolstofconcentratie aan. Dit wordt meestal uitgedrukt in honderdsten van procenten. In 1020 staal is de koolstofconcentratie bijvoorbeeld 0,20%.

2- ASTM-niveausysteem

Het ASTM-indelingssysteem wordt als betrouwbaarder en uitgebreider beschouwd. In tegenstelling tot het SAE classificatiesysteem is het gebaseerd op verschillende factoren zoals de chemische, fysieke en mechanische eigenschappen van staal. Dit classificatiesysteem is gemakkelijk te begrijpen.

Bij de ASTM-indeling krijgt het materiaal een letter als voorvoegsel. Deze kan van A tot Z zijn. Na deze letter komt een nummer. Dit nummer geeft een specifieke reeks regels aan die de eigenschappen, het gedrag, de productie en de bruikbaarheid van het materiaal verklaren. 

De letter A staat bijvoorbeeld voor ferrometalen. De vergelijkbare letter B staat voor non-ferrometalen. De lijst gaat verder. Het nummer geeft de reeks regels aan die de wetenschapper al heeft vastgelegd in het ASTM-classificatiesysteem.

Is staal milieuvriendelijk en duurzaam?

Bij de traditionele staalproductie wordt CO2 uitgestoten in het milieu. De uitstoot van CO2 was gevaarlijk omdat het als broeikasgas fungeerde en de algehele klimaatverandering beïnvloedde. De dingen zijn nu echter veranderd.

Moderne staalproductietechnologieën gebruiken vlamboogovens die niet veel CO2 uitstoten, waardoor het hele staalproductieproces milieuvriendelijk is. Bovendien is staal gemakkelijk hernieuwbaar.

De vlamboogovens gebruiken geen ijzererts om staal te maken. In plaats daarvan wordt schroot als grondstof gebruikt. Als er geen ijzererts wordt gebruikt, worden er geen kooldioxidegassen uitgestoten die het milieu kunnen vervuilen.

Wat duurzaamheid betreft, is staal hernieuwbaar. Het maakt niet uit hoe lang je staal recyclet, de vorm en algehele waarde blijven hetzelfde. Bovendien is staal recyclen snel; je hebt het sneller in huis.

Een ander essentieel aspect dat wijst op duurzaamheid is de energie die nodig is voor de productie van staal. Het spannende is dat de productie minder energie kost. Je hebt bijvoorbeeld maar 40% van de energie die in 1960 nodig was om één ton staal te produceren.

Deze staat laat zien dat de energiebehoefte voor de productie van staal in de loop der tijd afneemt. Het is een groen signaal dat de productie van staal duurzaam is. Door het gebruik van moderne technologieën is ook de uitstoot van gevaarlijke gassen onder controle, wat nog een pluspunt is.

Conclusie

Staal is veelzijdig en komt in bijna elke industrie van pas. Is er een sector waarin we geen staal gebruiken? Ik denk het niet. Het goede is dat het op grote schaal wordt geproduceerd. Er ontstaan nieuwe en verschillende soorten, wat goed is voor de toekomst.

Bovendien is het productieproces niet slecht voor het milieu, wat een groot pluspunt is. In deze gids heb ik de staalsoorten uitgelegd en het classificatiesysteem dat kwaliteiten en classificaties toekent aan verschillende staalsoorten. Hopelijk heb je er iets aan!