Staal is een van de meest gebruikte materialen in diverse productiesectoren. Het onderscheidt zich door zijn uitstekende duurzaamheid, prestaties en sterkte. Er bestaan echter verschillende soorten staal, waardoor het nog veelzijdiger is. In deze gids over staal komen de eigenschappen, samenstelling en soorten aan bod.
Vandaag, metaalbewerkingsdiensten zou niet compleet zijn zonder staal. De reden hiervoor is dat er geen materiaal bestaat dat zo goedkoop en zo sterk is als staal. Ook in jullie huizen komen staalonderdelen en -producten voor. In dit artikel ga ik in op staal, de belangrijkste eigenschappen ervan en de verschillende soorten. Jullie zullen ontdekken waarom deze legering zoveel aandacht krijgt. Laten we dus maar beginnen.
Wat is staal?
Om maar meteen met de deur in huis te vallen: staal is geen op zichzelf staand metaal. Het is juist een legering die bestaat uit verschillende legeringselementen. Hiertoe behoren onder meer ijzer, koolstof, nikkel, mangaan, chroom, enzovoort. De samenstelling van een staallegering kan variëren, afhankelijk van het soort staal. Dit materiaal kan worden bewerkt, gevormd en gelast, waardoor het gemakkelijker te verwerken is.
Staal wordt eigenlijk vervaardigd uit ijzer. Zoals je weet, is ijzer een zacht materiaal, maar het wordt al eeuwenlang gebruikt. Vanwege zijn zachtheid waren ijzeren onderdelen niet erg duurzaam. Daarom begonnen ingenieurs koolstof en andere materialen met ijzer te mengen om de sterkte ervan te vergroten. Dit was echter een kostbaar proces dat niet op grote schaal kon worden toegepast.
Later in 1856 vond Henry Bessemer een proces uit voor de productie van staal. Dit proces was goedkoper en werd gebruikt om staal op grote schaal te produceren. Vanaf dat moment werd de staalproductie gemeengoed, waardoor staal op grotere schaal kon worden toegepast. Fabrikanten gebruikten staal aanvankelijk voor de aanleg van spoorrails vanwege de grotere duurzaamheid ervan.
In de loop der tijd hebben ingenieurs verschillende soorten verfijnd en ontwikkeld door de verhoudingen van de elementen te variëren. Wanneer ze bijvoorbeeld meer dan 10,5% chroom toevoegen, ontstaat er roestvrij staal. Fabrikanten gebruik roestvrij staal om corrosiebestendige onderdelen en producten te vervaardigen. Op dezelfde manier passen ingenieurs de verhoudingen aan om de gewenste eigenschappen van staal te verkrijgen.
Samenstelling van staal
Zoals ik hierboven al zei, bestaat staal uit verschillende legeringselementen. De basis van deze legering is ijzer, dat bijna 95% van het materiaal uitmaakt. Naast ijzer worden ook koolstof, chroom, nikkel en tal van andere elementen gebruikt. Elk element verleent staal unieke eigenschappen. Dit zorgt ervoor dat verschillende staalproducten de gewenste prestaties leveren.
Hieronder staat de tabel met de chemische samenstelling van staal:
| Element in staal | Verhouding (%) |
| IJzer | Rond 95% |
| Koolstof | 0,02% – 2,1% (afhankelijk van het staaltype) |
| Mangaan | 0,3% – 2,0% |
| Silicium | 0,1% – 0,5% |
| Chroom | 0% – 18% (afhankelijk van het staaltype) |
| Nikkel | 0% – 8% |
| Molybdeen | 0% – 1% |
Elk van de bovengenoemde elementen verleent het staal unieke eigenschappen. Ingenieurs voegen specifieke elementen toe wanneer ze bepaalde eigenschappen in staal nodig hebben. Zo verhogen ze bijvoorbeeld het koolstofgehalte om het staal harder te maken. De reden hiervoor is dat koolstof de hardheid van deze materialen verhoogt. Op dezelfde manier voegen ze mangaan toe wanneer taaiheid de belangrijkste prioriteit is.
Een hoger mangaangehalte in staal verhoogt de taaiheid en slijtvastheid ervan. Chroom reageert met zuurstof en vormt zo chroomoxidelaagjes. Deze laag beschermt het staal tegen corrosie. Bij de vervaardiging van scheepsproducten maken ingenieurs gebruik van een hoger chroomgehalte om het staal corrosiebestendig te maken. Met andere woorden: elk element dat deel uitmaakt van staal heeft zijn eigen specifieke eigenschappen.
Soorten staal
Staal is verkrijgbaar in verschillende soorten. Elk van deze soorten heeft zijn eigen unieke sterkte, duurzaamheid en andere eigenschappen. Fabrikanten maken er gebruik van op basis van hun belangrijkste eigenschappen. In het onderstaande gedeelte zal ik deze staalsoorten bespreken.
1- Zacht staal
Zacht staal, ook wel koolstofarm staal genoemd, heeft een zeer laag koolstofgehalte, variërend van 0,05% tot 0,25%. Omdat het weinig koolstof bevat, zijn de hardheid en sterkte ervan beperkt. Door de lagere hardheid is dit staaltype echter flexibeler, zachter en gemakkelijker te snijden. Fabrikanten geven over het algemeen de voorkeur aan zacht staal wanneer ze willen dat staal gemakkelijk kan worden gebogen. Ik raad deze staalsoorten niet aan als u op zoek bent naar sterkte, slijtvastheid en corrosiebestendigheid. Mensen kiezen meestal voor zacht staal, voornamelijk vanwege de lagere kosten.
2- Gelegeerd staal
Zoals de naam al aangeeft, bevat dit staaltype veel legeringselementen. Deze elementen kunnen onder meer chroom, nikkel en mangaan omvatten. De eigenschappen van deze elementen beïnvloeden de prestaties en de algemene eigenschappen van gelegeerd staal. Wat sterkte betreft, is gelegeerd staal een betere keuze dan zacht staal. Bij gelegeerd staal kunnen ingenieurs de eigenschappen aanpassen door het aandeel van bepaalde elementen te verhogen. Zo verhogen ze bijvoorbeeld het chroomgehalte om de corrosiebestendigheid van gelegeerd staal te verbeteren. Op dezelfde manier wordt de taaiheid van dit staal beter wanneer er meer mangaan wordt toegevoegd.
3- Koolstofstaal
Koolstofstaal is een van de meest voorkomende staalsoorten die in vrijwel alle productieprocessen wordt gebruikt. De eigenschappen ervan variëren afhankelijk van het koolstofgehalte. Qua samenstelling zijn ijzer en koolstof de belangrijkste elementen waaruit koolstofstaal bestaat. Hoe hoger het koolstofgehalte van koolstofstaal, hoe harder het is, en omgekeerd. Koolstofstaal wordt verder onderverdeeld in vier categorieën, die elk verschillen in sterkte. Hieronder staat een tabel met de soorten koolstofstaal en hun koolstofgehalte en sterkte:
| Soort koolstofstaal | Koolstofgehalte (%) | Hardheidsgraad |
| Koolstofarm staal (zacht staal) | 0,05% – 0,25% | Laag |
| Koolstofstaal met gemiddeld koolstofgehalte | 0,3% – 0,6% | Gemiddeld |
| Koolstofstaal | 0,6% – 1,0% | Hoog |
| Staal met een extreem hoog koolstofgehalte | 1,0% – 2,1% | Zeer hoog |
4- Roestvrij staal
Je ziet veel maritieme producten die van roestvrij staal zijn gemaakt. Waarom? De reden is dat dit staaltype uitstekend bestand is tegen corrosie. De uitstekende corrosiebestendigheid van dit materiaal is te danken aan het chroomgehalte. Roestvrij staal bevat meer dan 10,5% chroom in zijn samenstelling. Dit chroom vormt chroomoxidelaagjes wanneer het reageert met zuurstof.
Deze lagen vormen een beschermende laag om het roestvrij staal en beschermen het zo tegen verdere corrosie. Verschillende soorten roestvrij staal verschillen in samenstelling. Zo bevat 304 roestvrij staal bijvoorbeeld ongeveer 20% chroom. 316 roestvrij staal bevat daarentegen ongeveer 18% chroom. Door verschillen in samenstelling variëren de sterkte en andere eigenschappen van deze staalsoorten.
5- Vrijsnijdend staal
Staal is over het algemeen niet ideaal om te bewerken. Het produceert grote spanen, waardoor het minder geschikt is voor bewerking met geavanceerde machines. Daarom passen ingenieurs de samenstelling van het staal aan door kleine hoeveelheden zwavel of lood toe te voegen. Deze toegevoegde elementen helpen de bewerkbaarheid van dit staal te verbeteren.
Vrijsnijdend staal produceert dankzij deze extra elementen kleinere spanen. Dit is een voordeel omdat deze materialen soepel en zonder al te veel kracht kunnen worden bewerkt. De snijgemak Door deze staalsoorten zijn ze op de lange termijn kosteneffectief. Elementen zoals lood of zwavel kunnen echter de vervormbaarheid van staal beïnvloeden, wat een nadeel kan zijn.
Eigenschappen van staal
Staal geniet vooral de voorkeur vanwege zijn vele gunstige eigenschappen. Dankzij zijn veelzijdigheid heeft het een voorsprong op veel andere materialen. Laten we eens kijken naar de belangrijkste eigenschappen van staal die het zo bruikbaar maken.
1- Sterkte en hardheid
Staal biedt een uitstekende sterkte en hardheid, waardoor het een zeer bruikbaar materiaal is. Zoals u weet, gaan onderdelen die van sterk materiaal zijn gemaakt langer mee en omgekeerd. De treksterkte van staalsoorten varieert tussen 250 MPa en ongeveer 2000 MPa, afhankelijk van het type. Zoals ik al eerder zei, hebben sommige staalsoorten een hoger koolstofgehalte; dit wordt koolstofstaal genoemd. Deze staalsoorten bieden een hogere hardheid, waardoor ze uitstekend geschikt zijn voor slijtvastheid. Staal met een lager koolstofgehalte (zacht staal) is zachter, wat geschikt kan zijn als u minder hardheid wenst.
2- Taaiheid en draagvermogen
Staal heeft een uitstekende taaiheid en draagkracht. Wanneer het wordt blootgesteld aan spanning of schokken, barst dit materiaal niet. Het kan schokken opvangen en blijft in goede staat. Dit maakt staal tot een ideaal materiaal voor de bouw van bruggen en spoorwegen. In bruggen behoudt dit materiaal zijn structurele integriteit, zelfs onder extreme belastingen. De taaiheid van staal is voornamelijk te danken aan de aanwezigheid van mangaan. Dit materiaal heeft een hogere taaiheid, waardoor staal deze eigenschap krijgt.
3- Temperatuurbestendigheid
Staal heeft een uitstekende hittebestendigheid, wat nog een belangrijk voordeel is. Houd er rekening mee dat de hittebestendigheid per staalsoort verschilt. Koolstofstaal is bijvoorbeeld bestand tegen een maximale temperatuur van ongeveer 500 graden Celsius. Daarentegen zijn de prestaties van gelegeerd staal en roestvrij staal nog beter. Deze blijven in goede staat, zelfs als de temperatuur oploopt tot 1000 graden Celsius. Dit maakt staal een geschikt materiaal voor onderdelen die bij hoge temperaturen worden gebruikt.
4- Corrosiebestendigheid
Zoals eerder besproken, zijn veel onderdelen van boten en andere scheepsuitrusting van staal gemaakt. Dit komt doordat staal een uitstekende corrosiebestendigheid biedt, met name roestvrij staal. Dit materiaal heeft een verbeterde corrosiebestendigheid dankzij het chroomgehalte. Zelfs als u roestvrijstalen onderdelen in vochtige of zoute omgevingen gebruikt, blijven ze bestand tegen corrosie. Het is vermeldenswaard dat de chroomlagen van roestvrij staal zelfherstellend zijn. Dit betekent dat u geen andere coating hoeft aan te brengen wanneer u roestvrij staal gebruikt voor de vervaardiging van een product.
5- Bewerkbaarheid en lasbaarheid
Bewerkbaarheid en lasbaarheid zijn essentiële parameters bij metaalbewerking. Interessant genoeg is staal in dit opzicht een uitstekende keuze. Het kan gemakkelijk worden gesneden, gevormd en bewerkt met gangbare snijgereedschappen. Gereedschappen slijten niet en raken niet oververhit bij de bewerking van deze materialen. Staalsoorten met een hoger koolstofgehalte zijn vanwege hun hardheid iets moeilijker te snijden.
Ze kunnen echter nog steeds zonder problemen worden gesneden. Bovendien biedt staal een optimale lasbaarheid. Dit betekent dat je er sterke lasnaden op kunt maken wanneer je twee stukken staal met elkaar verbindt. Staal met een hoger koolstofgehalte kan tot scheurvorming leiden. Met de juiste aanpak kunnen lassers echter zelfs bij die hardere staalsoorten goede lasnaden maken.
6- Recyclebaar en kosteneffectief
Een van de opvallendste eigenschappen van staal is dat het recyclebaar is. Dit betekent dat het herhaaldelijk kan worden gebruikt en hergebruikt. Sterker nog: wanneer staal wordt gerecycled en opnieuw verwerkt, verliest het niets aan kwaliteit of sterkte. Interessant is dat de staalproductie in hoge mate afhankelijk is van schroot. Dit staalschroot wordt gerecycled en hergebruikt in de bouw en andere sectoren.
Bovendien kost het recyclen ervan niet veel energie. Dankzij deze recycleerbaarheid is staal over het algemeen goedkoper dan veel andere materialen. Je krijgt uitstekende prestaties en duurzaamheid tegen een betaalbare prijs. Sommige staalsoorten, zoals zacht staal, zijn zelfs tegen uitzonderlijk lage prijzen verkrijgbaar. Hierdoor is staal zeer veelzijdig inzetbaar, zelfs voor projecten waarbij kostenbesparingen nodig zijn.
Toepassingen van staal
Een van de belangrijkste toepassingen van staal is in de bouw en de automobielindustrie. Bijna alle moderne bruggen en tunnels zijn in hoge mate afhankelijk van staal. Staal dat in de bouw wordt gebruikt, zorgt voor stevigheid, waardoor gebouwen hun functie kunnen blijven vervullen. Interessant is dat ook moderne gebouwen met een staalconstructie steeds populairder worden. Hun balken, kolommen, spanten, panelen enzovoort zijn gemaakt van gegalvaniseerd staal.
Naast de bouwsector wordt staal ook veel gebruikt in de auto-industrie. Zo worden bijvoorbeeld deurpanelen van auto’s en andere voertuigen van dit materiaal vervaardigd. Ook in de scheepsbouw en bij de productie van huishoudelijke artikelen is het gebruik ervan wijdverbreid. Roestvrijstalen keukengerei is in bijna elk huishouden te vinden. De reden hiervoor is dat dit materiaal een uitstekende hittebestendigheid biedt, waardoor het geschikt is voor het vervaardigen van keukengerei.
Hieronder staat een tabel met veelvoorkomende toepassingen van staal:
| Industrie | Toepassingen van staal |
| Bouw | Gebouwen, bruggen, wapeningsstaal, constructieframes |
| Automotive | Carrosserieën, chassis en motoronderdelen |
| Vervoer | Spoorrails en vliegtuigonderdelen |
| Productie | Machines, gereedschap, tandwielen, industriële apparatuur |
| Marine | Scheepsrompen, offshoreplatforms, maritieme constructies |
| Olie en gas | Boortorens, pijpleidingen, opslagtanks |
| Huishouden | Keukengerei en meubilair |
Veelgestelde vragen
Is staal in feite ijzer?
Nee. Staal is geen zuiver ijzer. IJzer vormt echter wel het basismetaal en maakt meer dan 95% van deze legering uit. Staal bevat ook andere legeringselementen, zoals onder andere koolstof, chroom en mangaan.
Is staal een natuurlijk materiaal of wordt het gemaakt?
Staal komt niet van nature voor. Het is een legering die wordt verkregen door verschillende elementen te mengen. Hiertoe behoren onder meer ijzer, koolstof en chroom. Staal wordt geproduceerd via het Bessemer-proces.
Kan het staal opraken?
Nee. We kunnen niet zonder staal komen te zitten, omdat het recyclebaar is. Fabrikanten kunnen via recycling nieuw staal produceren uit schroot. Bovendien is ijzer een belangrijk grondstof voor de productie ervan, en dat komt in overvloed voor in de aardkorst. Dit zorgt ervoor dat we altijd staal zullen hebben en dat het nooit opraakt.
Is staal corrosiebestendig?
Ja. Staalsoorten zoals roestvrij staal zijn zeer corrosiebestendig. Fabrikanten brengen een coating aan of maken gebruik van het verzinkingsproces om staal corrosiebestendig te maken. Deze coating, of verzinking, maakt deel uit van de nabewerking van staal. Deze worden alleen gebruikt wanneer een hoge corrosiebestendigheid vereist is.
Conclusie
Kortom, staal is een uitstekende aanvulling op de lijst van materialen die in de verwerkende industrie worden gebruikt. Het onderscheidt zich door zijn uitstekende duurzaamheid, sterkte en hardheid. Stalen onderdelen zijn niet alleen corrosiebestendig, maar vertonen ook een uitstekende taaiheid. Daarom wordt dit materiaal in de bouwsector gebruikt voor de bouw van bruggen, aangezien het hoge belastingen kan weerstaan.
Het is goed om te weten dat staal geen zuiver metaal is, maar een legering. Waarom? Omdat het bestaat uit verschillende legeringselementen die bepalend zijn voor de samenstelling en structuur ervan. In dit artikel heb ik de basisprincipes van staal besproken. Dit artikel helpt je te begrijpen waarom staal een onderdeel zou moeten zijn van je volgende projecten.