Staal

Betekenis

Staal is "hard ijzer" en een veelzijdig bouwmetaal dat sterk, stijf en taai is. Oorspronkelijk werd staal gemaakt door koolstofarm ijzer sterk te verhitten en snel af te koelen; tegenwoordig valt al het ijzer met een laag koolstofgehalte onder de benaming staal, ook als het niet gehard is.

Toepassing

Staal wordt veel toegepast in constructies, gereedschappen, gebruiksvoorwerpen en afwerkingen.

• Constructieve elementen en profielen in de bouw
• Plaat- en plaatproducten voor gevels en carrosserieën
• Keukentoestellen en aanrechten (roestvaststaal)
• Gereedschap en snijwerktuigen (high-speed steel)
• Betonstaal en binddraad voor wapening

Aandachtspunten

• Bescherming tegen corrosie vereist: kies geschikte tijdelijke of duurzame behandelingen afhankelijk van toepassing.
• Warmtebehandeling verandert mechanische eigenschappen: harder maken kan ook brosser maken.
• Productiestappen en temperaturen beïnvloeden kwaliteit en verwerkbaarheid van het staal.
• Specifieke samenstellingen (rvs, corten, HSS) geven heel verschillende eigenschappen en toepassingen.

Samenstelling en typen ijzer

• IJzer: bevat geen koolstof.
• Staal: bevat tot ongeveer 2% koolstof (constructiestaal vaak maximaal circa 0,25%).
• Gietijzer: bevat meer dan 2% koolstof; hard maar bros; voorbeelden: pannen, putdeksels.
• Roestvaststaal (rvs): legering van ijzer met voornamelijk chroom; goed bestand tegen corrosie; voorbeelden: aanrechten, schroeven.
• Edelstaal: rvs met vooral nikkel; aanduiding 18/10 betekent 18% chroom en 10% nikkel; voorbeeld: bestek.
• Cortenstaal: legering met koper, fosfor, silicium, nikkel en chroom; vormt alleen oppervlakkige roest; voorbeeld: siergevels.
• High-speed steel (HSS): bevat circa 18% wolfraam, 4% chroom, 1% vanadium en 1% koolstof; voorbeeld: boortjes en snijgereedschap.

Van ijzererts tot ruwijzer

• Fijn ijzererts wordt voorgebakken tot sinters (brokken) en pellets (knikkers).
• Voor productie van ruwijzer is cokes nodig; hiervoor wordt steenkool vergast en poreuzer gemaakt.
• In de hoogoven worden sinters, pellets en cokes omgezet tot vloeibaar ruwijzer, dat bij ongeveer 1500 °C wordt getapt.

Van ruwijzer tot staal en warmgewalst (vervormingsstaal)

• Ruwijzer bevat veel koolstof en is daardoor bros en slecht te verwerken.
• Koolstof wordt uit vloeibaar ruwijzer gebrand door er zuurstof op te blazen; de temperatuur stijgt daardoor tot circa 2000 °C.
• Aan het vloeibare ijzer wordt schroot (ijzerafval) toegevoegd om de temperatuur te regelen.
• Uit het grootste deel van het ruwe staal wordt een dikke plaat gegoten (ongeveer 22 cm), die bij circa 1200 °C warmgewalst wordt tot diktes van 1,5–25 mm; aan het einde van de productielijn wordt het staal opgerold.
• Het warmgewalste staal kan later koudgewalst worden tot rond 0,1–0,5 mm (of dikker) voor toepassingen zoals in de auto-industrie.
• Nieuwe methoden combineren gieten en walsen in één stap (gietwals); een voorbeeld is een gietwals-installatie bij Tata Steel in IJmuiden.

Warmtebehandeling

• Afschrikken: opwarmen tot circa 750 °C en snel afkoelen geeft harder, sterker en slijtvaster maar brosser staal.
• Hervormen bij circa 200 °C: opnieuw verhitten tot 200 °C maakt het staal taaier zonder de hardheid sterk te verminderen.
• Veredelen (tempering): opnieuw verhitten tot 400–650 °C en daarna langzaam afkoelen maakt het staal zachter maar taai en sterk.
• Zachtgloeien: verhitten tot circa 650–700 °C verwijdert brosheid en vergroot de verwerkbaarheid (bijvoorbeeld voor binddraad en betonstaal).

Materialen / uitvoeringsvormen

• Veelgebruikte uitvoeringen: blank staal, platen, buis, kokerprofielen, profielen, stafstaal, U-profielen en roestvaststaal.
• Productievormen in de bouw: warmgewalst en koudgevormd staal.

Bescherming tegen corrosie

• Tijdelijke methoden: fosfateren, passiveren, aanbrengen van conserveringsolie.
• Duurzamere methoden: coaten, vertinnen, verzinken.
• Gecoate producten: Aluzink ALC is staalplaat gecoat met aluminium en zink.

Soorten in de bouw

• Standaard constructiestaal (bijv. S-klasse materialen)
• Roestvaststaal voor corrosiebestendige toepassingen
• Betonstaal en verwerkbare draadproducten na zachtgloeien

Staalklasse

• Staal wordt aangegeven met een reeks symbolen; een veelgebruikt voorbeeld is S235JR.
• Complexere aanduidingen bestaan uit delen, bijvoorbeeld S235J2C+N, opgebouwd als:
  • S
  • 235
  • J2
  • C+N
• Het eerste onderdeel is het basissymbool; voorbeelden van basissymbolen en hun betekenis:
  • S: constructiestaal (S van Structural steel)
  • P: staal voor drukvaten (P van Pressure)
  • L: staal voor transportleidingen
  • E: constructiestaal, zonder specifieke eisen aan rek- en lasbaarheid (E van Engineering steel)
  • G: gietstaal
  • B: betonstaal
  • D: …