Hvad anvendes stål til

Mere viden:

Andre grundstoffer som nikkel, chrom og mangan skal typisk tilføjes i betydelige mængder for at skabe nye ståltyper. Der er mange gode grunde til at legering af jern. Mens almindeligt jern-kulstof-stål kun kan hærdes i små størrelser, som knive eller skruetrækkere, kan større genstande hærdes ved at legering med nogle få procent chrom, nikkel, vanadium og molybdæn. Hærdbarheden bestemmes ved hjælp af Jominy-prøven.

Ulegeret jern og stål

Ulegeret jern og stål mister modstandsdygtigheden i kulde. Under den såkaldte omsætningstemperatur (se slagsejhed) er stål temmelig sprødt og tåler dårligt stødende påvirkninger. Ved legering med især nikkel opnås mere modstandsdygtig stål. Stål med 9 % nikkel kan således konstrueres beholdere, der kan modstå − °C. Forbedret styrke ved forhøjede temperaturer kan opnås ved fremstilling af finkornsstål eller lavt legeret konstruktionsstål, også kaldet HSLA-stål (high strength low alloy). Her anvendes et bredt udvalg af legeringsstoffer, mangan, chrom, nikkel, molybdæn, vanadium og niobium, som hver især kun indgår i små procentdele. Det anslås, at forbruget af niobium er omkring g pr. ton stål, og at den årlige produktion af HSLA-stål er omkring 65 mio. t eller 8 % af verdens totale stålproduktion.

Stål

Stål, der skal anvendes ved endnu højere temperaturer, f.eks. i ildsteder eller jetmotorer, er kraftigt legeret (se også superlegeringer). Ildfaste stål ligner rustfrie stål og baseres på en høj koncentration af chrom, nikkel og molybdæn. En vis forbedring af korrosionsbestandigheden opnås allerede ved små procentdele af legering med kobber, fosfor, chrom mv., se cortenstål. Væsentlige forbedringer kræver mere end 12 % chrom, hvorved man får den meget vigtige gruppe af rustfrie stål. Slidstyrke opnås typisk ved at cementit er en vigtig bestanddel. Ved legering med chrom, molybdæn og wolfram dannes stærke og modstandsdygtige carbider, der også tåler en vis varmepåvirkning. I hurtigstål kan dette være op til °C.

Slidstyrke

Slidstyrke i kæbeknusere og entreprenørmaskiner kan opnås ved legering med 11% mangan (Hadfield-stål, se R.A. Hadfield). For at lette spåntagning af blødt stål tilsættes 0,3 % svovl eller 0,6 % bly, hvilket resulterer i de såkaldte automatstål. Disse leveres typisk i stangform, der egner sig til masseproduktion af små dele via automatiske bore- og fræsemaskiner.

Udmattelsesstyrken

Udmattelsesstyrken kan forbedres ved legering med chrom og nikkel. Her er stålets slagfasthed også en vigtig faktor. Da udmattelsesrevner ofte opstår fra mikroskopiske slaggepartikler, forsøger man at reducere slaggeindholdet til et minimum ved smeltning. Da størstedelen af slaggerne flyder oven på stålsmelten, kan man opnå en forbedring ved at tømme diglen gennem et hul i bunden i stedet for at hælde den. Stål med lavt slaggeindhold kan poleres til en fin overfladefinisering.

Stål er som nævnt i princippet sammensat af tre stabile faser, ferrit, cementit og austenit, samt den metastabile martensit. Legeringselementer fordeles i faserne. Helt ulegeret ren ferrit, som kan findes i frisket jern fra t., er blød, HV. Ferrit kan imidlertid let leges med fosfor, silicium og mangan, hvorved hårdheden stiger markant. Selv ulegerede, bløde kulstofstål indeholder omkring 0,3 % silicium og 0,3 % mangan, så hårdheden af moderne stål er sjældent mindre end HV.

Grundstoffer

Grundstoffer, der især samler sig i austenitten, er kulstof, nikkel og mangan. Ren austenit er ikke stabil ved stuetemperatur, men det kan den blive ved at øge nikkel- og manganindholdet. De almindelige austenitiske rustfrie stål indeholder mindst 18 % chrom og 8 % nikkel. Ren cementit er Fe3C, men i legeret stål findes også carbiderne Cr23C6, TiC, VC, W2C osv. Fælles for carbiderne er deres store hårdhed, HV, hvilket gør dem nødvendige i værktøjsstål og slidstærke stål. Carbiderne bør foreligge som jævnt fordelte partikler med en størrelse på ca. 1 μm. Dette opnås lettest ved pulvermetallurgiske metoder, hvorimod støbning og smedning har en tendens til at fremme en uens fordeling af store brokker og små partikler.

Stålets legeringsmuligheder

Stålets legeringsmuligheder synes uudtømmelige, og nye legeringer og varemærker dukker stadig op. For at overskue stålene opdeles de ofte i ulegerede med mindre end 1 %, lavt legeret med 1-5 %, og højt legeret med mere end 5 % legeringselementer. I den sidste kategori findes alle rustfrie stål og de fleste værktøjsstål. Generelt kan man sige, at jo mere legeret stålet er, jo vanskeligere er det at svejse.

Resistenstabel - Resistenstabellen er en vejledning til valg af materialer - Formler, formelsamlinger og teknisk viden