Staal

Staal maken

Staal heeft een lange geschiedenis. Mensen in India en Sri Lanka maakten meer dan 2500 jaar geleden al kleine hoeveelheden staal. Het was erg duur en werd vaak gebruikt om zwaarden en messen te maken. In de Middeleeuwen kon staal slechts in kleine hoeveelheden worden gemaakt omdat de processen lang duurden.

Sindsdien zijn er veel veranderingen geweest in de manier waarop staal wordt gemaakt. Rond 1610 begon men in Engeland staal te maken, en in de daaropvolgende 100 jaar werd de manier waarop het werd gemaakt steeds beter en goedkoper. Goedkoop staal hielp de industriële revolutie in Engeland en Europa op gang. De eerste industriële convertor (metallurgie) voor het maken van goedkoop staal was de Bessemer convertor, gevolgd door het Siemens-Martin open-haard proces.

Tegenwoordig is de meest gebruikelijke manier om staal te maken het basis-zuurstofproces. De convertor is een groot, knolvormig vat. Vloeibaar ruw ijzer, "ruwijzer" genoemd, wordt erin gegoten en er wordt wat schroot toegevoegd om de warmte in evenwicht te houden. Vervolgens wordt zuurstof in het ijzer geblazen. De zuurstof verbrandt de extra koolstof en andere onzuiverheden. Dan wordt genoeg koolstof toegevoegd om het koolstofgehalte op peil te brengen. Het vloeibare staal wordt dan gegoten. Het kan in mallen worden gegoten of worden gewalst tot platen, platen, balken en andere zogenaamde "lange producten", zoals spoorrails. Sommige speciale staalsoorten worden gemaakt in vlamboogovens.

Staal wordt meestal gemaakt door machines in enorme gebouwen die staalfabrieken worden genoemd. Het is een zeer goedkoop metaal en wordt gebruikt om veel dingen te maken. Staal wordt gebruikt bij het maken van gebouwen en bruggen, en allerlei machines. Bijna alle schepen en auto's worden tegenwoordig van staal gemaakt. Wanneer een stalen voorwerp oud is, of onherstelbaar kapot, wordt het schroot genoemd. Het kan worden omgesmolten en omgevormd tot een nieuw voorwerp. Staal is recycleerbaar materiaal; dat wil zeggen dat hetzelfde staal kan worden gebruikt en hergebruikt.

 

Scheikunde van ijzer en staal

Staal is een metaallegering die ijzer en vaak ook wat koolstof bevat.

Elk materiaal bestaat uit atomen, zeer kleine deeltjes. Sommige atomen blijven goed bij elkaar, wat sommige vaste materialen hard maakt. Iets van puur ijzer is zachter dan staal, omdat de atomen over elkaar heen kunnen glijden. Als andere atomen zoals koolstof worden toegevoegd, verschillen ze van de ijzeratomen en kunnen de ijzeratomen niet meer zo gemakkelijk uit elkaar glijden. Dit maakt het metaal sterker en harder.

Het veranderen van de hoeveelheid koolstof (of andere atomen) die aan staal wordt toegevoegd, verandert de dingen die interessant en nuttig zijn aan het metaal. Dit worden de eigenschappen van het staal genoemd. Enkele eigenschappen zijn:

• Hardheid
• Hoe gemakkelijk het buigt
• vervormbaarheid: kan het tot dunne draden worden verwerkt
• Sterkte
• Is het magnetisch, kan een magneet het oppikken...
• Zal het roesten (of roesten)

Staal met meer koolstof is harder en sterker dan zuiver ijzer, maar het breekt ook gemakkelijker (bros).

 

Soorten staal

Er zijn duizenden soorten staal. Elk type is gemaakt van verschillende chemische elementen.

Alle staalsoorten hebben enkele elementen die een slecht effect hebben, zoals fosfor (P) en zwavel (S). Staalfabrikanten halen er zoveel mogelijk P en S uit.

Gewoon koolstofstaal bestaat alleen uit ijzer, koolstof en ongewenste elementen. Ze vallen in drie algemene groepen uiteen. Gewoon koolstofstaal met 0,05 tot 0,2% koolstof verhardt niet bij snelle afkoeling. Het lassen ervan is eenvoudig, dus wordt het gebruikt voor scheepsbouw, ketels, buizen, afrasteringsdraad en andere doeleinden waar lage kosten belangrijk zijn. Gewoon staal wordt gebruikt voor veren, tandwielen en motoronderdelen. Gewoon koolstofstaal met 0,45 tot 0,8% koolstof wordt gebruikt voor zeer harde voorwerpen zoals scharen en werktuigmachines.

Gelegeerd staal is gewoon koolstofstaal waaraan metalen als boor (B), mangaan (Mn), chroom (Cr), nikkel (Ni), molybdeen (Mo), wolfraam (W) en kobalt (Co) zijn toegevoegd. Deze geven andere eigenschappen dan gewoon koolstofstaal. Gelegeerd staal wordt gemaakt voor gespecialiseerde doeleinden. Zo kan chroom worden toegevoegd om roestvrij staal te maken, dat niet gemakkelijk roest, of boor om zeer hard staal te maken dat ook niet bros is.

 
Staalkabel, gemaakt van vele dunne staaldraden.  

Toepassingen van staal

Er zijn enorm veel dingen die mensen van staal maken. Het is een van de meest voorkomende en nuttige metalen. Veel voorwerpen die vroeger van ijzer werden gemaakt, worden nu van staal gemaakt. Enkele daarvan zijn:

• Gereedschap
• Machines
• Motoren en motoren
• Draden
• Rails voor treinen
• Gebouwen
• Bruggen
• Staven voor het maken van gewapend beton
• Scheepsrompen en grote boten
• Auto- en treincarrosserieën
• Grote apparaten
• Bestek en messen