Door David Sandoval — Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Afbeelding tegoed:arhendrix/iStock/GettyImages

TL;DR

Staal is een ijzer-koolstoflegering aangevuld met andere metalen of niet-metalen. Omdat het een mengsel is, heeft het geen vaste chemische formule. Het type staal wordt bepaald door de elementaire samenstelling ervan, bijvoorbeeld koolstofstaal, roestvrij staal of wolfraamstaal.

IJzer en koolstof:de kern van staal

IJzer, een matig reactief metaal, hecht zich gemakkelijk aan niet-metalen zoals zuurstof en koolstof. In de natuur wordt ijzer aangetroffen in ertsmineralen en wordt gewonnen door verhitting met een reductiemiddel zoals koolmonoxide, waardoor metallisch ijzer ontstaat. Dit ijzer wordt vervolgens gelegeerd met koolstof om de fundamentele staalmatrix te creëren.

Het typische koolstofgehalte in commercieel staal varieert van 0,15% tot 0,30%. Dit bereik brengt sterkte en ductiliteit in evenwicht:een hoger koolstofgehalte verhoogt de hardheid en treksterkte, maar vermindert de ductiliteit, terwijl een lager koolstofgehalte een beter kneedbare legering oplevert die geschikt is voor lassen en vormen.

Zodra de ijzer-koolstofverhouding is vastgesteld, worden extra elementen toegevoegd om de eigenschappen van staal aan te passen. Roestvast staal bevat bijvoorbeeld chroom (meestal 10-20%) en soms nikkel of mangaan om de corrosieweerstand te verbeteren en de taaiheid bij lage temperaturen te behouden.

Staal verbeteren met legeringselementen

Naast zacht staal bevatten structurele kwaliteiten vaak ook elementen zoals mangaan en niobium om de sterkte te vergroten, of chroom, nikkel en koper om de roestgevoeligheid te verminderen. Geavanceerde staalsoorten kunnen molybdeen, vanadium, wolfraam of titanium bevatten om specifieke eigenschappen, zoals slijtvastheid of prestaties bij hoge temperaturen, te verbeteren.

Oppervlaktebescherming is ook gebruikelijk:galvanisatie (coating met gesmolten zink) en galvaniseren (elektrische afzetting van een beschermende laag) beschermen staal verder tegen corrosie in zware omstandigheden.

Dankzij deze variaties in de samenstelling kunnen ingenieurs het exacte staaltype selecteren dat nodig is voor alles, van wolkenkrabberframes tot auto-onderdelen.