Elementen & Symbolen

De invloed ven elementen op staal

De diverse staalsoorten behoren tot de meest gebruikte legeringen en vormen in essentie een legering van ijzer en koolstof. Ze bevatten ook andere elementen. Sommige daarvan zijn overgebleven van het staalmarkeerproces, andere worden toegevoegd om voor specifieke eigenschappen te verkrijgen. De meest voorkomende elementen worden hieronder opgesomd:

1. Aluminium (Al)
Wanneer toegevoegd aan gesmolten staal, mengt het snel met eventuele onopgeloste zuurstof, waardoor het wordt beschouwd als een van de meest voorkomende desoxydanten bij het maken van staal. Aluminium wordt ook gebruikt om een fijne korrelstructuur te produceren en korrelgroei te controleren.

2. Koolstof (C)
Het basismetaal, ijzer, wordt gelegeerd met koolstof om staal te maken en heeft het effect dat het de hardheid en sterkte van ijzer vergroot. Zuiver ijzer kan niet worden gehard of versterkt door een warmtebehandeling. De toevoeging van koolstof maakt echter een breed scala aan hardheid en sterkte mogelijk.

3. Chroom (Cr)
Chroom wordt aan staal toegevoegd om de weerstand tegen oxidatie te verhogen. Deze weerstand neemt toe naarmate meer chroom wordt toegevoegd. “Roestvrij staal” bestaat voor ongeveer 11% uit chroom en heeft een zeer hoge algemene corrosiebestendigheid in vergelijking met staal met een lager percentage chroom. Als chroom wordt toegevoegd aan laag gelegeerd staal, dan kan het de reactie op warmtebehandeling versterken, waardoor de hardbaarheid en kracht verbeteren.

4. Kobalt (Co)
Wordt gebruikt om de hittebestendigheid van staal te vergroten. Het voegt veel leven aan een instrument toe, door zijn vermogen om hardheid en snijvermogen te behouden als tot een dofrode kleur wordt verhit tijdens de toepassing van een machine.

5. Koper (Cu)
Koper is normaal gesproken al aanwezig in roestvrij staal als een restmateriaal. Toch wordt het aan een enkele legering toegevoegd voor het creëren van een precipitatieharding.

6. IJzer (Fe)
Is van zichzelf niet sterk, eerder zeer zacht en kneedbaar en het reageert op geen enkele wijze op warmtebehandeling. IJzer is het belangrijkste element in staal. Door de toevoeging van andere legeringselementen kunnen de vereiste mechanische eigenschappen worden bereikt.

7. Lood (Pb)
Wordt gebruikt in staal om de bewerkbaarheid te verbeteren. In kleine hoeveelheden van .1 -.30% en fijn verdeeld en verspreid, heeft het geen bekend effect op de mechanische eigenschappen van staal.

8. Mangaan (Mn)
De aanwezigheid van dit element heeft drie belangrijke effecten. Het is een milde deoxidant die fungeert als een reiniger die zwavel en zuurstof vanuit de smelt in de slak plaatst. Verder verhoogt het de hardbaarheid en de treksterkte, maar vermindert de taaiheid. Tenslotte voegt het zich samen met zwavel tot mangaansulfide, wat van essentieel belang is in vrij te snijden staal.

9. Molybdeen (Mo)
Molybdeen verbetert, als het wordt toegevoegd aan chroom-nikkel austenitisch staal, de weerstand tegen putcorrosie, vooral door chloriden en zwavelchemicaliën. Toegevoegd aan laag gelegeerd staal, zorgt molybdeen voor hogere temperatuursterktes en betere hardheid. Toegevoegd aan chroom-staalsoorten vermindert het sterk de neiging tot verval van staal bij gebruik of warmtebehandeling.

10. Nikkel (Ni)
Toegevoegd aan koolstofstaal in hoeveelheden tot 5% verhoogt het de treksterkte, taaiheid en hardbaarheid, zonder verlies van vervormbaarheid. Vaak gebruikt in combinatie met andere legeringselementen, vooral chroom en molybdeen. Roestvrij staal bevat tussen 8% en 14% nikkel.

11. Niobium (Nb / Cb)
Niobium (columbium) verhoogt de vloeisterkte en, in mindere mate, de treksterkte van koolstofstaal. De toevoeging van kleine hoeveelheden niobium kan zorgen voor een aanzienlijke verhoging van de vloeigrens van staal. Niobium kan ook een matig neerslagversterkend effect hebben. De belangrijkste bijdrage is het vormen van neerslag boven de transformatietemperatuur, en het vertragen van herkristallisatie van het austeniet, waardoor een fijnkorrelige microstructuur ontstaat met verbeterde sterkte en taaiheid.

12. Nitrogeen – Stikstof (N)
Stikstof heeft het effect dat het de stabiliteit van austenitisch roestvrij staal verhoogt en, net zoals nikkel, een austenitische vormend element is. De vloeisterkte neemt sterk toe als stikstof wordt toegevoegd aan austenitisch roestvrij staal.

13. Fosfor (P)
Hoewel het de treksterkte van staal verbetert en de bewerkbaarheid vergroot, wordt fosfor door zijn verbrossend effect gewoonlijk gezien als een ongewenste verontreiniging. Het meeste staal bevat niet meer dan 0,05% fosfor.

14. Selenium (Se)
Selenium wordt toegevoegd om de bewerkbaarheid te verbeteren.

15. Silicium (Si)
In het meeste commerciële staal aanwezig in een hoeveelheid van 0,05/0,35%. Het is een belangrijk deoxiderend middel. In hogere gehalten aanwezig in silicone-mangaan veren-staal. Zuur- en hittebestendig.

16. Zwavel (S)
Toegevoegd in kleine hoeveelheden, verbetert zwavel de bewerkbaarheid terwijl het niet leidt tot uiteenvallen. De kans op uiteenvallen wordt verminderd door de toevoeging van mangaan, dat gecombineerd met zwavel mangaansulfide vormt. Mangaansulfide heeft een hoger smeltpunt dan ijzersulfide, dat zou kunnen vervormen als er geen mangaan aanwezig was. Tijdens warmtebewerking ontstaan minder zwakke plekken op de korrelgrenzen.

17. Tantaal (Ta)
Chemisch vergelijkbaar met niobium en met vergelijkbare effecten.

18. Titanium (Ti)
Titanium wordt met name gebruikt als legeringselement in staal, voor carbide stabilisering. Het combineert met koolstof tot titaniumcarbiden, die heel stabiel zijn en moeilijk op te lossen in staal. Dit kan ertoe leiden dat intergranulaire corrosie vermindert, zoals bij A.I.S.I 321, als ongeveer 0,25%/0,60% titanium wordt toegevoegd. De koolstof combineert bij voorkeur met het titanium in plaats van met chroom, waardoor een verbinding van het corrosiebestendige chroom en intergranulaire carbiden met het bijbehorende verlies van corrosiebestendigheid aan de korrelgrenzen wordt voorkomen.

19. Wolfram (W)
Wordt gebruikt als het belangrijkste element in hoge snelheid gereedschapsstaal. Na de warmtebehandeling behoudt het staal zijn hardheid bij hoge temperaturen, waardoor het bijzonder geschikt is voor snijgereedschappen.

20. Vanadium (V)
Een sterke deoxidizer die een fijne korrelstructuur bevordert. Het zorgt ervoor dat staal niet verzacht bij verhoogde temperaturen en lijkt beter bestand tegen schokken dan staal dat dit element niet bevat.

Dichtheid en gewicht van legeringen per meter (G/cm3)

Elementen & symbolen

*De Amerikaanse omschrijving voor Niobium.