Staaleigenschappen en geschiedenis

Staal is een legering van ijzer dat koolstof bevat. Typisch varieert het koolstofgehalte van 0,002% en 2,1 gew.%. Koolstof maakt staal harder dan puur ijzer. De koolstofatomen maken het moeilijker voor dislocaties in het ijzerkristalrooster om langs elkaar te schuiven.

Er zijn veel verschillende soorten staal. Staal bevat extra elementen, hetzij als onzuiverheden of toegevoegd om gewenste eigenschappen te verlenen. Het meeste staal bevat mangaan, fosfor, zwavel, silicium en sporen van aluminium, zuurstof en stikstof. Opzettelijk toevoeging van nikkel, chroom, mangaan, titanium, molybdeen, boor, niobium en andere metalen beïnvloeden de hardheid, ductiliteit, sterkte en andere eigenschappen van staal. Toevoeging van minstens 11% chroom voegt corrosieweerstand toe aan roestvrij staal. Een andere manier om corrosieweerstand toe te voegen is om staal (meestal koolstofstaal) te galvaniseren door het metaal in zink te galvaniseren of heet te dompelen.

Staalgeschiedenis

Het oudste stuk staal is een stuk ijzerwaren dat werd teruggevonden in een archeologische vindplaats in Anatolië, daterend uit ongeveer 2000 voor Christus. Staal uit het oude Afrika dateert uit 1400 v.Chr.

Hoe staal wordt gemaakt

Staal bevat ijzer en koolstof, maar wanneer ijzererts wordt gesmolten, bevat het teveel koolstof om gewenste eigenschappen voor staal te verlenen. IJzerertspellets worden opnieuw gesmolten en verwerkt om de hoeveelheid koolstof te verminderen. Vervolgens worden extra elementen toegevoegd en wordt het staal continu gegoten of ingots gemaakt.

Modern staal is gemaakt van ruwijzer met behulp van een van de twee processen. Ongeveer 40% van staal wordt gemaakt met behulp van het basis zuurstofoven (BOF) proces. In dit proces wordt pure zuurstof in gesmolten ijzer geblazen, waardoor de hoeveelheden koolstof, mangaan, silicium en fosfor worden verminderd. Chemische stoffen die fluxen worden genoemd, verminderen verder het zwavel- en fosforgehalte in het metaal. In de Verenigde Staten recyclet het BOF-proces 25-35% schrootstaal om nieuw staal te maken. In de VS wordt het proces van de elektrische vlamboogoven (EAF) gebruikt om ongeveer 60% van staal te maken, dat bijna volledig uit gerecycled schrootstaal bestaat.

bronnen

• Ashby, Michael F .; Jones, David R.H. (1992). Technische materialen 2. Oxford: Pergamon Press. ISBN 0-08-032532-7.
• Degarmo, E. Paul; Black, J T .; Kohser, Ronald A. (2003). Materialen en processen in de productie (9e editie). Wiley. ISBN 0-471-65653-4.
• Smith, William F .; Hashemi, Javad (2006). Grondslagen van materiaalwetenschappen en techniek (4e editie). McGraw-Hill. ISBN 0-07-295358-6.