Wat is HARDOX staal?

HARDOX is een speciale harde, slijtvaste staalsoort die wordt geproduceerd en geëxporteerd door de Zweedse staalproducent SSAB. Het Zweedse bedrijf was de staalproducent die er als eerste in slaagde om een moderne slijtvaste staallegering te produceren. HARDOX is hard en krasvast en slijt daardoor nauwelijks ook bij zware mechanische belasting. Daarom wordt HARDOX in de praktijk vaak toegepast als slijtplaat en wordt het materiaal ook gebruikt voor bepaalde gereedschappen in de civiele techniek en de agrarische sector. In deze tekst kun je meer te weten komen over HARDOX en de toepassing daarvan.

Waarvoor wordt HARDOX gebruikt?
Metalen hebben bepaalde eigenschappen en een metaallegering kan er voor zorgen dat de gunstige eigenschappen van bepaalde metalen aan elkaar verbonden kunnen worden. HARDOX bevat een speciale samenstelling die er voor zorgt dat het materiaal nauwelijks slijt. Daardoor is het metaal heel geschikt voor de graafbakken van graafmachines. Ook voor de graafbakken van bulldozers is het metaal zeer geschikt. De slijtlagen in kiepwagens worden eveneens vaak van HARDOX gemaakt. Omdat alle stenen en het zand in kiepwagens normaal voor veel slijtage zorgen is het HARDOX staal een prima oplossing om de duurzaamheid van de laadbak te bevorderen. Veel bedrijven die in het grondverzet werken of ondernemers die stenen en grind verhandelen maken daarom gebruik van graafmachines en kiepwagens die voorzien zijn van HARDOX staal. Deze voertuigen gaan langer mee dan wanneer deze van gewoon koolstofstaal zouden zijn gemaakt.

Eigenschappen van HARDOX
HARDOX is slijtvast en heeft een uniforme vlakheid. Daarnaast heeft het metaal een hoge hardheid en is het sterk. Het is echter niet alleen de oppervlakte van het materiaal dat hard is. Het materiaal is ook door de oppervlakte heen hard. Dat zorgt er voor dat wanneer de oppervlakte is afgesleten het materiaal hard blijft en dus niet harder gaat slijten.  Door deze eigenschappen kan het materiaal goed gebruikt worden om bijvoorbeeld op het gewicht van voertuigen te besparen. Het materiaal slijt veel langzamer dan gewoon staal waardoor bijvoorbeeld de graafschop van minder dik materiaal gemaakt hoeft te worden. Ook de laadbak van een kiepwagen hoeft van minder dik staal te worden gemaakt vanwege deze slijtvastheid. Verder kan men HARDOX goed lassen en kan het materiaal goed worden bewerkt. Bij lage temperaturen blijft het metaal goed stootvast.

Verschillende soorten HARDOX staal
HARDOX is in verschillende soorten verkrijgbaar. Een bekende soort is HARDOX 400. Deze wordt veel toegepast. Er zijn echter nog meer varianten. Hieronder volgt een opsomming:

  • Hardox 400
  • Hardox 450
  • Hardox 500
  • Hardox 550
  • Hardox 600
  • Hardox Hituf
  • Hardox Extreme

De hiervoor genoemde varianten van Hardox verschillen onderling op het gebied van sterkte. Zo zijn bepaalde Hardox varianten harder en zijn weer andere varianten taaier of buigzamer. De website van SSAB maakt veel duidelijk over de eigenschappen van Hardox en de verschillende varianten die door dit bedrijf worden geproduceerd. Op de website wordt ook duidelijk verwoord waarom Hardox zo geschikt is voor bepaalde toepassingen.

Wat is metaalindustrie?

Metaalindustrie is een verzamelnaam voor alle bedrijven die metaal uit erts produceren en op industriële wijze verwerken tot basismaterialen, halffabricaten en samengestelde constructies, machines, werktuigen en transportsmiddelen. De metaalindustrie wordt ook wel in verband met de elektrotechnische industrie genoemd. In dat geval heeft men het over metalektro, een voorbeeld hiervan is de metalektro cao.

Indeling metaalindustrie
Als men bovenstaande definitie hanteert dan komt men er achter dat de metaalindustrie een enorme omvangrijke sector is. Men kan de metaalindustrie op verschillende manieren indelen. Een voorbeeld hiervan is de volgende opsomming;

  • Basismetaalindustrie
  • Productie van enkelvoudige metalen producten
  • Productie van samengestelde metalen producten
  • Productie van onderdelen voor apparaten, machines en werktuigen
  • Productie van machines, apparaten, instrumenten en transportmiddelen

Deze verschillende segmenten van de metaalindustrie zijn in onderstaande alinea’s nader omschrijven.

Basismetaalindustrie
Bij de basismetaalindustrie begint de metaalindustrie. In dit deel van de metaalindustrie worden ertsen die ijzer en andere metalen bevatten opgespoord en wordt uit deze ertsen metaal gewonnen. In hoogovenbedrijven wordt ruwijzer geproduceerd. Daarnaast worden ook legeringen gemaakt waardoor de eigenschappen van metalen elkaar kunnen versterken. Verder wordt in de basismetaalindustrie plaatstaal, staafstaal, profielstaal en blik geproduceerd. In walserijen wordt plaatstaal gemaakt. Men kan ook oppervlaktebehandelingen toepassen zoals galvaniseren. Verder wordt staal doormiddel van harden toepasbaar voor specifieke metaalproductiebedrijven.

Productie van enkelvoudige metalen producten
In deze tak van de metaalindustrie worden eenvoudige producten gemaakt van metaal. Dit zijn vaak producten die verder in andere metaalbedrijven worden verwerkt zoals bouten, moeren en assen. Ook producten die in gieterijen worden gemaakt en in smederijen behoren tot de enkelvoudige metalen producten. Deze producten bestaan namelijk uit één geheel.

Productie van samengestelde metalen producten
Samengestelde metalen producten zijn constructies die onder andere worden vervaardigd in staalconstructiebedrijven. Deze constructies worden doormiddel lasprocessen aan elkaar bevestigd. Men heeft het in dit segment ook wel over samenstellers en lassers die constructies op basis van tekening kunnen samenstellen en aflassen. Lassers die niet kunnen samenstellen worden ook wel aflassers genoemd.

Productie van onderdelen voor apparaten en machines
Dit zijn bedrijven die toeleveranciers zijn voor de werktuigenbouw of werktuigbouw. Hier worden onderdelen en halffabricaten voor machines en apparaten geproduceerd. Dit zijn complexere producten dan de producten in het vorige segment van de metaalindustrie omdat ze uit meerdere kunnen onderdelen bestaan. Vaak worden onderdelen vervaardigd doormiddel van machinebankwerken. Er worden onderdelen doormiddel van verspaning vervaardigd. Verspaning is niet alleen draaien en frezen. Ook boren, eroderen en vonkverspaning behoort tot de verspanende technieken. Daarnaast wordt ook in dit segment samengesteld en gelast.

Productie van machines, apparaten, instrumenten en vervoersmiddelen
In dit segment zij machinefabrieken actief evenals bedrijven die zich bezig houden met de productie van transportmiddelen zoals auto’s, treinen en vliegtuigen. De scheepsbouw en de jachtbouw valt hier ook onder. Verder worden in dit segment ook landbouwwerktuigen gebouwd voor de landbouwmechanisatie. Ook huishoudelijke apparaten en elektrische gereedschappen worden hier gemaakt. Dit is een brede sector waar complexere producten worden gemaakt die uit meerdere onderdelen bestaan.

Vooroorlogs staal van de zeebodem bevat minder radio-isotopen dan jonger staal

In november 2016 kwam in de Nederlandse media het verbazingwekkende nieuws naar buiten dat er een aantal Nederlandse oorlogsschepen van de zeebodem van de Javazee zijn verdwenen. In eerste instantie zou men kunnen denken dat de schepen zijn verdwenen doordat mensen op jacht zijn gegaan naar oorlogsmateriaal. Het schenden van schepen is strafbaar. Zeeschepen die tijdens veldslagen tot zinken zijn gebracht en menselijke resten bevatten worden beschouwd als oorlogsgraven. Het schenden van deze oorlogsgraven wordt als een misdaad beschouwd ook wanneer deze oorlogsgraven in andere kustwateren dan de kustwateren van het eigen land liggen.

Het schenden van scheepsgraven zoals oorlogsschepen die zijn vergaan tijdens zeeslagen komt regelmatig voor. Meestal blijft dan echter een groot deel van het schip in tact. In de Javazee zijn de schepen vrijwel geheel van de bodem verdwenen. Het verwijderen van complete schepen van de zeebodem is echter niet eenvoudig. Dat vereist een goede voorbereiding en zeer veel inspanning van mens en machine. Daarnaast is het bergen van schepen van de zeebodem zeer kostbaar. De mensen of bedrijven die zich daar mee bezig houden moeten daardoor zeker zijn van de waarde van de schepen en moeten bereid zijn om investeringen te doen. Daarnaast moeten de bedrijven bovendien de brutaliteit en immoraliteit hebben om de scheepsgraven te schenden. Dit alles blijkt echter een aantal bedrijven en personen er niet van te weerhouden om het scheepstaal van de oorlogsschepen van de zeebodem te halen.

Waarom is het scheepsstaal van oorlogsschepen zoveel waard?
Men kan zich afvragen waarom men zo graag het staal van de oude zeeschepen wil hebben. Is dit staal bijvoorbeeld meer waard dan het staal dat op dit moment verkrijgbaar is? Ik las gisteren echter een bericht op de website van de NOS dat misschien opheldering kan bieden over deze kwestie. Dit bericht was gebaseerd op een interview dat werd gehouden met Henk Bussemaker. Toen hij het nieuws te horen kreeg van de Nederlandse oorlogsschepen die zijn verdwenen van de bodem van de Javazee kwamen er bij hem herinneringen naar boven. De vader van Henk Bussemaker was kapitein Anton Bussemaker. Deze meneer was kapitein van een Nederlandse onderzeeër die in 1941 tot zinken werd gebracht. Dit wrak werd gevonden in 1995 op de zeebodem maar bleek een aantal jaren later, in 2013, vrijwel geheel van de zeebodem te zijn verdwenen. Bussemaker maakte in Radio EenVandaag duidelijk dat het duiklichaam van de duikbodem op de zeebodem was achtergebleven en dat de rest van de duikboot van de zeebodem werd verwijderd.

Oud scheepsstaal van de zeebodem levert geld op
Henk Bussemaker heeft een boek over zijn vader geschreven. Hij heeft wel een vermoeden waarom de oude scheepswrakken van de zeebodem worden afgehaald. Dit heeft volgens hem te maken met het staal van deze schepen. Dit staal zou veel geld waar zijn. Bovendien zijn de arbeidskrachten rondom de Javazee niet duur. Deze willen voor ongeveer anderhalve cent per uur werken aldus Bussemaker. Verder zijn deze arbeidskrachten niet veeleisend op het gebied van veiligheid en gezondheid. Als er ongelukken gebeuren heeft niemand daar problemen mee. Dat is voor foute werkgevers zeer aantrekkelijk.

Het vooroorlogse schroot op de zeebodem is waardevol. Dit materiaal is meer waard dan schroot van een latere datum. Dat komt omdat er in staal dat later geproduceerd is meer radio-isotopen zitten. Deze radio-isotopen kwamen in de atmosfeer doordat er in de Tweede Wereldoorlog twee atoombommen tot ontploffing  zijn gebracht. Daardoor ging ook de achtergrondstraling overal ter wereld omhoog. Als men staal produceert komen  de isotopen in het staal. Een radio-isotoop is een isotoop dat radioactieve straling uitzend. Scheepswrakken die op de bodem van de zee lagen voor de ontploffing van de atoombommen zijn door het zeewater voldoende afgeschermd geweest voor de verhoogde achtergrondstraling.

Bij veel staalproducten is het geen probleem dat radio-isotopen tijdens de productie in het staal zijn terechtgekomen. Voor sommige staalproducten is het echter wel van belang dat het staal niet besmet is met radio-isotopen. Hierbij kan men denken aan medische apparaten en stralingsmeters. Ook voor de ruimtevaart en luchtvaart maakt men gebruikt van ‘stralingsneutraal’ staal. De heer Bussemaker geeft aan dat hij heeft gehoord dat het staal van een oude onderzeeër 1 miljoen euro kan opleveren. Voor oude kruisers zou ongeveer 8 miljoen worden betaald.  Het schenden van zeegraven is echter verboden en wordt beschouwd als grafschennis.

Wat is schooperen voor soort metaalbewerkingstechniek?

Schooperen is een techniek die wordt gebruikt in de metaalbewerking. Doormiddel van schooperen wordt metaal bestand beter tegen roest. Schooperen wordt ook wel vuurverzinken of vlamverzinken genoemd. De naam schooperen is afgeleid van de Zwitserse uitvinder M. U. Schoop. Men spreekt schooperen uit als “schoeperen”. Schooperen werd aan het begin van de 20ste eeuw ingevoerd en is een preventieve metaalbewerkingstechniek waarmee corrosie of oxidatie van een metalen oppervlak wordt tegen gegaan door een dun laagje van een ander soort metaal er op aan te brengen.

Hoe wordt schooperen gedaan?
Schooperen wordt gedaan met een vlam en een corrosievast metaal zoals aluminium en zink. Aluminium en zink oxideren weliswaar maar deze oxidatie is veel minder destructief dan de roestvorming die plaatsvindt op ferro legeringen zoals staal. In plaats daarvan is de oxide van aluminium en zink juist extra hard en beschermd het daardoor het onderliggende metaal nog beter. Daarom worden aluminium en zinklaagjes aangebracht over ferro-producten.

Doormiddel van een vlam wordt het toevoegmateriaal (zink of aluminium) gesmolten. Dit toevoegmateriaal wordt meestal in de vorm van een draad in de vlam gebracht. De hitte van de vlam zorgt er voor dat het toevoegmateriaal op het smeltpunt wordt gebracht. Het gesmolten materiaal wordt vervolgens neergeslagen op de oppervlakte van het materiaal dat beschermd moet worden. Het gesmolten zink of aluminium hecht zich als kleine spetters op het oppervlak. Naar mate het proces vordert wordt het gehele oppervlak bedekt met kleine druppeltjes zodat er een dichte ontstaat. De oxide die gevormd wordt op aluminium en zink zorgt voor een extra dichte laag waardoor het onderliggende materiaal nog beter is beschermd tegen corrosie.

Belangrijke aandachtspunten
Men kan alleen schooperen als bewerkingsproces toepassen op onvervuild schoon metaal. Daarom wordt metaal dat men wil schooperen eerst gestraald zodat er geen corrosie, verfresten of andere vervuiling meer aanwezig zijn. Verder kan men na het schooperen het product niet meer lassen op de delen waar deze laag is aangebracht. Daarom moet men geen materialen gaan schooperen die nog gelast moeten worden. 

Wat is putroest en hoe ontstaat putroest?

Putroest is een vorm van corrosie die ontstaat bij staalsoorten. Roest is een andere benaming voor de corrosie van ijzer (ferro). Roest ontstaat bij ferrometalen. Dit zijn legeringen die als hoofdbestandsdeel ijzer hebben. Zuurstof en water in de lucht zijn de belangrijkste veroorzakers van corrosie. Als men ijzer en ijzerlegeringen niet aan de buitenkant beschermd tegen de uitwerking van zuurstof en water dan treed corrosie op. Men kan ijzerlegeringen zoals staal (staal is ijzer gelegeerd met 0,1 tot 1,7 procent koolstof).

Roestvorming
Daarnaast hebben ook zuren en zouten een sterke invloed op de corrosievorming. Corrosie heeft een zeer nadelige invloed op de mechanische belastbaarheid van een stalen constructie. Corrosie verzwakt het staal en maakt het bros. Door corrosie worden delen van het oppervlak ‘opgevreten’. Het staal wordt daardoor steeds dunner en dat heeft gevolgen voor de sterkte van de constructie. Daarnaast is corrosie of roest ook zeer nadelig voor het uiterlijk van producten en constructies die van staal zijn gemaakt.

Vliegroest is de meest oppervlakkige vorm van corrosie. Deze vorm van corrosie is vaak makkelijk te verwijderen. Als men de oppervlakkige corrosie niet gaat verhelpen kan de roest dieper in het ijzer vreten. Er ontstaan op een gegeven moment blaren. Onder deze blaren gaat het roestproces verder.

Putroest
Als men het roesproces niet stopt gaat het roesten onder de roestblaren steeds verder. Hierdoor kunnen diepe putten ontstaan in het staal. Deze roestvorm noemt men daarom ook wel putroest. Als er putroest ontstaat zijn er zwakke plekken in het staal. Deze zwakke plekken vreten vaak diep in het staal maar kunnen wel verholpen worden als de mechanische belastbaarheid van het staal niet te erg is aangetast. In dat geval kan men de plekken opvullen met plamuur.

Dit gebeurd bijvoorbeeld wel in de autotechniek bij autoschadebedrijven. Als er roestschade aan de carrosserie ontstaat vult men deze op met plamuur als men de roestresten heeft verwijdert. Het plamuur strijkt men glad en laat men uitharden. Vervolgens schuurt men de plamuur op tot deze helemaal glad is. Daarna gaat men de plamuur opspuiten in de gewenste lakkleur.

Wat is een spaceframe en waar wordt deze constructie toegepast?

Spaceframe is een benaming uit het Engels en kan in het Nederlands worden vertaald met ruimtelijke constructie. Deze constructie lijkt een beetje op een vakwerkconstructie waarbij verschillende verbindingen worden gemaakt zodat een grote vrije overspanning mogelijk is.

Hoe ziet een spaceframe er uit?
Een spaceframe kan verschillende vormen en afmetingen hebben. Kenmerkend voor een spaceframe is dat deze uit verschillende verbindingen bestaat om een grote ruimte te voorzien van een bepaalde stevigheid. Over het algemeen wordt gebruik gemaakt van buizen van aluminium of staal. Buizen die gemaakt zijn van staal zijn goedkoper maar wel zwaarder. Daarom wordt regelmatig voor aluminium gekozen. Een spaceframe bestaat uit verschillende (driehoekige) verbindingen. Door de toepassing van aan elkaar geschakelde regelmatige viervlakken kan een sterke constructie worden gemaakt. Naast driehoekige constructies kan men ook gebruik maken van gebogen constructies.

Waar worden spaceframes toegepast?
Spaceframes worden onder andere in de werktuigbouwkunde toegepast bijvoorbeeld bij fietsen, auto’s en motorfietsen als er geen gebruik wordt gemaakt van een zelfdragende carrosserie of monocoque. Een spaceframe is in de voertuigentechniek een buisconstructie of een buisframechassis. Hierbij wordt de motor, de carrosserie en de wielophanging bevestigd aan het spaceframe. In tegenstelling tot de toepassing van een monocoque wordt er bij een spaceframe geen gebruik gemaakt van een carrosserie met structurele sterkte.

Daarnaast worden spaceframes ook toegepast in grote staalconstructies zoals de bouw van grote loodsen en bedrijfshallen. Hierbij moeten vaak grote afstanden worden overbrugd door gebruikt te maken van verschillende driehoekverbindingen om een dak te kunnen dragen. Ook bij grote sportcomplexen en voetbalstadions wordt meestal gekozen voor spaceframs. Hierdoor kunnen bovendien zeer fraaie (kubistische) vormen worden gemaakt waardoor er voor de architect veel mogelijkheden zijn om een gebouw aan te passen aan de esthetische wensen van de opdrachtgever en de omgeving.

Kun je zink lassen?

Veel metalen constructiedelen worden verzinkt. Dit beurt meestal in speciale zinkbaden waar de staalconstructiedelen thermisch verzinkt worden. Dit verzinken wordt gedaan om de constructiedelen te beschermen tegen corrosie. Hoewel zink minder edel is dan staal is de weerstand van zink tegen corrosie beter. In tegenstelling tot de roest die ontstaat op staal (ferro) is de zinkoxide een stevige beschermlaag die de onderliggende materiaal laag nauwelijks verteerd. Roest of ijzeroxide lost langzamerhand de onderliggende materiaallagen op maar zinkoxide is zeer duurzaam. Om roestvorming te voorkomen kan men staal naast verzinken ook coaten en verven.

Lassen
Het maken van een las is een veel voorkomende techniek om constructiedelen met elkaar te verbinden in de werktuigbouwkunde. Een lasverbinding is een sterke verbinding als deze goed wordt gemaakt. Een lasverbinding is onuitneembaar. Dit houdt in dat een lasverbinding permanent is tenzij men met geweld deze verbinding uit elkaar wil halen doormiddel van slijpen, zagen, gutsen of snijden. Door deze technieken wordt de las verwijdert en is de verbinding verdwenen.

Lassen van staal
Het lassen van staal komt veel voor. Staal is in feite ijzer met een klein percentage koolstof (lager dan 1,9 procent). Dit koolstofpercentage kan eventueel nog lager zijn indien dat gewenst is. Hoe lager het koolstofpercentage hoe elastischer het staal. De hardheid van het staal neemt dan echter wel af en men zal ook specifieke lastoevoegmaterialen moeten gebruiken bij speciale staalsoorten. Staal kan op verschillende manieren worden gelast. Meestal gebruikt men MIG/MAG lassen maar elektrode lassen (BMBE) en ook TIG lassen wordt regelmatig gebruikt. Autogeen lassen is een lasproces dat in de (dikwandige) installatietechniek wordt gebruikt voor het maken van verbindingen tussen stalen buizen.

Zink lassen
Zink reageert anders op lasprocessen dan staal. Als men zink last komt er een vreemde witte rook vrij. Dit is een rook die vrijkomt van zinkoxides en heeft een zure geur. Zink en zinkoxides worden niet apart genoemd op de MAC waarde lijst. Dit is een lijst met stoffen die giftig zijn. Hoewel zink in het lichaam van een mens voorkomt reageert het lichaam van een mens sterk op de lasrook die vrijkomt bij het lassen van zink. Dit wordt ook wel zinkkoorts genoemd. De term ‘koorts’ verwijst naar de reacties die het lichaam vertoont als men wordt blootgesteld aan de rook. Deze reacties zijn koude rillingen, verhoogde speekselproductie en daarnaast kan men ook gaan overgeven. De zinkkoorts verschijnselen verdwijnen meestal na 24 uur of hooguit 48 uur.

Voorzorgsmaatregelen voor zink lassen
Zinkkoorts is alles behalve goed voor de gezondheid. Het is onduidelijk of er blijvend letsel optreed wanneer men regelmatig zink last. Daarom is het verstandig om de lasser zo goed mogelijk te beschermen tegen de lasrook die vrijkomt bij het lassen van zink. Het beste kan men er voor zorgen dat men geen lasrook van zinkoxides krijgt. Dit kan men voorkomen door de zinklaag van de constructiedelen eerst zorgvuldig weg te slijpen (daarbij uiteraard gebruikmaken van de voorgeschreven gelaatsbescherming). Vervolgens kan men het staal onder de zinklaag gaan lassen. Men kan er daarnaast voor zorgen dat er een goed rookafzuiging is op de werkplek. Ook adembescherming is een goed beschermingsmiddel voor de lasser. Meestal wordt dit gedaan door gebruik te maken van een lashelm met verse luchttoevoer.

Wat is een laagoven en waar werd deze voor gebruikt?

Tegenwoordig hoor je vaak het woord hoogoven als het gaat om het winnen van ijzer uit ijzererts. Vroeger werd echter gebruik gemaakt van laagovens, dit waren de voorlopers van hoogovens. Een laagoven is zoals de naam al doet vermoeden een lage oven. Deze oven is hooguit twee meter hoog. In deze ovens werd ijzererts ingebracht samen met houtskool. De lagen ijzererts werden boven op de houtskool gestapeld.

Een laagoven kon niet de hoge temperatuur bereiken van hoogovens. Laagovens kunnen namelijk een maximale temperatuur bereiken van 1200 °C en hoogovens halen een temperatuur van 1500 °C. Daarnaast hebben laagovens nog een nadeel want in laagovens kan ijzer niet in vloeibare vorm worden gewonnen. In plaats daarvan komt ijzer in laagovens als gesinterde massa naar voren met daarin de slak die bestaat uit de resten van de erts en de verbrande houtskool.

Dit ijzer had door de vermenging met erts en slak geen homogene massa en was daardoor niet sterk. Toen het later mogelijk was om ijzer te laten smelten ontstond gietijzer. Door verhitten en afkoelen van ijzer en het hameren daarvan kon het koolstofgehalte worden verlaagd. Hierdoor kon smeedijzer of welijzer worden gemaakt. Dit was in feite een soort staal en was sterker dan het gietijzer dat vrij bros is door het hoge koolstofgehalte.

Wat zijn halffabricaten of halffabrikaten?

Halffabricaten zijn producten die worden gemaakt door de basisindustrie. Het woord ‘halfabricaten’ wordt soms ook geschreven als ‘halffabrikaten’, hiermee worden producten bedoelt die nog verwerkt moeten worden tot een eindproduct. De halffabricaten die worden geproduceerd in de basisindustrie staan aan de basis van verschillende productieprocessen. Een halffabricaat is dus een soort tussenvorm tussen een materiaal en een eindproduct. Een halffabricaat is een grondstof die al is bewerkt maar het product is nog niet gereed voor de eindgebruiker.

Voorbeelden van halffabricaten
Halffabricaten zijn er in verschillende soorten. Deze worden gemaakt in basisindustrieën zoals de olieraffinaderijen en de hoogovens. Uit ijzererts wordt bijvoorbeeld ijzer gewonnen. Dit ijzer wordt in hoogovens verwerkt tot staal. Dit staal kan vervolgens worden verwerkt tot stalen platen en profielen. Deze platen en profielen kunnen worden beschouwd als halffabricaten. Ook de aluminium profielen en aluminium platen zijn voorbeelden van halffabricaten.

Sommige bedrijven maken van deze halffabricaten nog kleine samengestelde halfabricaten die weer worden verwerkt door andere bedrijven tot eindproducten. In verschillende productieprocessen worden producten in een aantal stappen vervaardigd. De producten die dan tijdens deze verschillende stappen ontstaan zijn in feite ook halffabricaten totdat het eindproduct tot stand is gekomen.

Wat passiveren voor soort bewerkingstechniek?

Binnen de techniek worden verschillende bewerkingen uitgevoerd. Er zijn bewerkingen die worden gebruikt om producten en werktuigen vorm te geven en te ontwikkelingen. Daarnaast zijn er ook bewerkingstechnieken die er voor moeten zorgen dat de gemaakte producten goed worden beschermd tegen bijvoorbeeld corrosie. Passiveren is één van deze bewerkingstechnieken. Passiveren wordt ook wel passivatie genoemd en is gericht op het herstellen van de passivatielaag. Deze laag biedt bescherming tegen corrosievorming. Deze bewerkingstechniek wordt meestal gedaan nadat men heeft gebeitst en gespoeld.

Passiveren van roestvast staal
Chroom is een bestandsdeel van de rvs-legering en zorgt er voor dat het materiaal een goede corrosiebescherming heeft. Rvs bevat minimaal 12% vrije chroom. Het chroom zorgt voor een zeer dunne beschermlaag tegen corrosie. Deze volledig afsluitende beschermlaag wordt ook wel oxidehuid genoemd.

Roestvast staal (rvs) en de oxidehuid rondom het rvs kan doormiddel van mechanische beschadiging en lasprocessen worden aantast. Vreemde metaaldeeltjes kunnen er door beschadiging voor zorgen dat roestvast staal niet meer roestvast is. De chroomoxidehuid van het rvs kan door beschadigen van ijzer (ferro) en ijzerlegeringen worden aangetast waardoor het rvs kan gaan roesten. Doormiddel van een beitsbehandeling worden de vreemde metaaldeeltjes verwijdert van het oppervlak van rvs.

Vervolgens gaat men roestvast staal passiveren door het rvs in een bad te doen met salpeterzuur. Hierdoor hersteld het laagje chroomoxide en keert de passieve toestand terug. Doordat de chroomoxidelaag op het rvs weer wordt hersteld is het staal weer roestvast geworden.

Staal kan men ook passiveren. Staal wordt doormiddel van citroenzuur behandeld. Citroenzuur is hierbij de passiveervloeistof. Door het passiveerproces van deze vloeistof wordt het materiaal zilvergrijs. Staal wordt doormiddel van passiveren behandelt zodat vliegroest wordt voorkomen.

Wat is S690 en S690QL?

Staal 690 wordt ook wel aangeduid met S690. De letter ‘S’ staat hierbij voor de Engelse aanduiding structural. De cijfers 690 geven de minimale rekgrens aan in megapascal in N/mm². Dit is constructiestaal met een zeer hoge treksterkte daarom wordt dit staal tot de hoogsterkte staalsoorten gerekend.

S690QL
Achter de aanduiding van staal 690 staan ook wel de letters QL, hierdoor ontstaat de staalaanduiding . Dit is constructiestaal met een zeer grote treksterkte en wordt geproduceerd volgens EN 10025:6:2004. De letter ‘Q’ staan voor Engelse aanduiding: Quenching & Tempering. In het Nederlands staat dit voor Afschrikken & Tempering, dit geeft aan dat het om getemperd staal gaat. Temperen is een warmtebehandeling en wordt gedaan om de sterkte van metaal en metaallegeringen te vergroten en de hardheid te verlagen.  De letter ‘L’ staat voor de Engelse aanduiding “Low notch toughness testing temperature’. Dit  betekend in het Nederlands: ‘Lage kerftaaiheid testtemperatuur’.

De prijs per kilogram van S690 is hoger dan de prijs van gebruikelijke staalsoorten zoals S235, S275 en S355. De hogere kiloprijs van S690 heeft te maken met de grotere belastbaarheid van het materiaal.

Waarvoor wordt S690 en S690QL gebruikt?
Ondanks de hogere kiloprijs kan het gebruik van staal 690 toch economisch voordelig zijn. Door gebruik te maken van staalsoorten met een hoge treksterkte hoeft men over het algemeen minder staal te gebruiken voor een staalconstructie. Hierdoor heeft niet alleen minder staal te worden gebruikt, het totale gewicht van de constructie kan ook worden gereduceerd.

Staal 690 en S690QL worden onder andere toegepast voor de constructies van kranen die zeer zwaar belast worden. Zowel de beweegbare arm van de kraan als de graafbak kunnen van S690 worden vervaardigd. Daarnaast kan het chassis ook van deze sterke staalsoort worden gemaakt zodat de gehele constructie zeer sterk is en bestand is tegen grote krachten. Ook in grondverzetmachines en kipperbakken  worden dikwijls vervaardigd uit S690 en S690QL.

Lassen van S690
Staal 690 is een hoogwaardige staalsoort daarom worden aan het lassen van deze staalsoort hoge eisen gesteld. De specifieke eisen die aan het lasproces worden gesteld zijn beschreven in een lasmethodebeschrijving (LMB), dit document wordt ook wel aangeduid Welding Procedure Specification (WPS). Daarin staan eisen met betrekking tot voorverwarming, toevoegdraad en lasmethode. De lasser dient deze voorschriften op te volgen.

Constructies die uit S690 bestaan worden in de praktijk zwaar belast daarom moet men er zeker van zijn dat de las door een gekwalificeerde lasser is gemaakt. Deze lasser moet in bezit zijn van een lasserkwalificatie, dit is een document dat ook wel een lascertificaat genoemd. In dit document staat de materiaalsoort, materiaaldikte en de laspositie waarvoor de lasser gecertificeerd is. Een lasserkwalificatie is persoonsgebonden en daarnaast gebonden aan een datum.

Een S690 lascertificaat is geen eenvoudige lasserkwalificatie. Deze kwalificatie wordt over het algemeen door zeer ervaren lassers gehaald omdat de materiaalsoort zeer hoogwaardig is. Staalsoorten zoals S235, S275 en S355 zijn eenvoudiger te lassen.

Wat is metaalbewerking en welke metaalbewerkingsprocessen zijn er?

Metaalbewerking is een algemene benaming die wordt gebruikt voor het bewerken van metalen. Sinds de ontdekking van metaal in ertsen heeft de mensheid verschillende periodes gehad die zich kenmerkten door een bepaald metaal of metaalbewerking. Zo kende men de bronstijd en de ijzertijd.

Tegenwoordig wordt in metaalbewerking gebruik gemaakt van uiteenlopende metalen en metaallegeringen. In de metaaltechniek wordt vooral staal toegepast. Dit is ijzer met een klein percentage koolstof. Daarnaast wordt ook aluminium gebruikt en worden legeringen gemaakt zoals roestvast staal (RVS).

De doelstelling van metaalbewerking is het maken van individuele onderdelen, halffabricaten,  assemblages of complete constructies. Metaalbewerking is een zeer brede term die onder de metaaltechniek valt. Doormiddel van het bewerken van metalen kunnen uiteenlopende werkstukken en constructies worden vervaardigd. Hierbij kan gedacht worden aan:

  • Bruggen
  • Schepen
  • Jachten
  • Machineframes
  • Balustrades
  • Puiconstructies
  • Kunstwerken

Ook sieraden en horloges worden van metalen gemaakt. Hiervoor worden meestal edelmetalen gebruikt die zeer nauwkeurig worden gewerkt. Daarnaast wordt in de machinebouw en de medische sector ook gebruik gemaakt van metalen in verschillende soorten, maatvoeringen en toleranties. De metaalbewerking is daardoor een zeer brede sector waarin grote en kleine en kleine producten worden gemaakt voor verschillende sectoren: van juwelier tot de bouwbranche.

Metaalbewerkingsprocessen
In de bronstijd, ongeveer 3000 tot 800 voor Christus, maakten mensen vooral gebruik brons. Hiervoor had men kopererts en tinerts nodig. Koper en tin werden samengesmolten en vervolgens in de gewenste vorm gegoten. Brons is echter niet smeedbaar. De ijzertijd zorgde voor een grote verandering. Deze periode begon in Europa vanaf ongeveer 800 voor Christus. IJzer is in tegenstelling tot brons wel smeedbaar en daarnaast kan het ook nog gegoten worden in vormen zoals bij gietijzer en gietstaal gebeurd.

Door de komt van ijzer nam het aantal bewerkingsprocessen in de metaalbewerking toe. Er ontstonden smederijen waarbij een smid ijzer doormiddel van vlamovens op temperatuur bracht en vervolgens met een hamer op een aanbeeld in de gewenste vorm sloeg. Hierdoor ontstond smeedijzer en smeedstaal.

Tegenwoordig worden vooral machines gebruikt voor het bewerken van metaal. Hierbij maakt men onder andere gebruik van werktuigmachines. De moderne metaalbewerkingsprocessen zijn zeer divers en worden wel in twee groepen verdeeld:

  • De verspanende metaalbewerking. Deze metaalbewerking omvat verschillende metaalbewerkingsprocessen waarbij het basismateriaal doormiddel van verspaning in de juiste vorm wordt gebracht. Er worden hierbij kleine spaantjes van het materiaal verwijdert tot de juiste vorm en afmeting is ontstaan. Voorbeelden van verspanende bewerkingstechnieken zijn: boren, slijpen, draaien, frezen, schaven en zagen.
  • De niet-verspanende metaalbewerking. Binnen deze groep zijn uiteenlopende metaalbewerkingsprocessen aanwezig. Dit kunnen plaatbewerkingstechnieken zijn zoals: walsen, zetten en snijden. Ook smeden en gieten behoren tot de niet-verspanende metaalbewerking. Lassen is een hele bekende vorm van niet-verspanende metaalbewerking en wordt veel in de metaalbewerking toegepast. Doormiddel van lassen worden een niet-uitneembare verbinding gemaakt tussen metalen (of kunststoffen). Lassen behoort tot verbindingsprocessen in de metaalbewerking. Hier valt ook solderen onder.

Wat is een puddeloven en waar wordt deze oven voor gebruikt?

De puddeloven is een oven die wordt gebruikt voor het maken van smeedijzer of staal. Het is een liggende vlamoven die is uitgevonden in 1784 door Henry Cort. In een puddeloven wordt ijzer verhit door een vlam die er overheen strijkt. Hierdoor verandert het ijzer in een deegachtige massa die vervolgens in de juiste vorm kan worden gesmeed. Het ijzer wordt dus in een puddeloven niet gesmolten tot een vloeibare massa. Het smeden van het ijzer werd door een smid gedaan voor het vervormen en voor het verwijderen van de slak.

Een puddeloven werd over het algemeen verhit met steenkool. Door steenkool te verbranden ontstaat een groot vuur. De vlammen van het vuur worden gebruikt voor het verhitten van het ijzer dat in de over wordt gebracht. Daardoor wordt de puddeloven een vlamoven genoemd. De puddeloven heeft vroeger de Frischhaard vervangen. De Frischhaard werd vooral gestookt op houtskool. Deze brandstof werd echter steeds schaarser. Steenkool was als brandstof makkelijker verkrijgbaar vandaar dat de puddeloven efficiënter werd dan de Frischhaard.

Puddelstaal
Het verwerkingsproces van gietijzer naar smeedijzer of staal wordt ook wel puddelen genoemd. Het product dat door dit proces wordt vervaardigd noemt men ook wel puddelijzer. Henry Cort vond in 1784 het dry puddling uit. Later werd in 1839 door Joseph Hall het wet puddling-procedé ontwikkelt. Hierbij werd aan het puddelen ook schroot toegevoegd en later ook ijzerschilfers. Door deze toevoeging werd het puddelproces heftiger en verliep het sneller en efficiënter. Er kon meer worden geproduceerd.

Puddelijzer bevatte in eerste instantie meer koolstof dan smeedijzer. Pas sinds 1835 werd het mogelijk om tijdens het puddelen het koolstofpercentage zover om laag te brengen dat puddelstaal ontstond. Puddelstaal heeft een lager koolstofpercentage dan puddelijzer en gietijzer. De bereiding van puddelstaal vond pas sinds 1850 op industriële schaal plaats. Toch is puddelstaalbereiding nooit heel populair geworden. Er werden namelijk nieuwe processen ontwikkelt voor de bereiding van staal.

Bessemerprocedé
In 1855 deed het Bessemerprocedé zijn intrede. Dit proces werd ontwikkeld door Henry Bessemer (1813-1898’. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een convertor die ook wel Bessemerconverter wordt genoemd. Deze wordt met ruwijzer gevuld dat uit hoogovens afkomstig is. Tijdens het Bessemerprocedé wordt dit ruwijzer omgezet in staal. Het koolstofpercentage wordt omlaag gebracht door de koolstof te laten oxideren. Daarvoor wordt lucht door het gesmolten ruwijzer geblazen. Hierdoor verbrand de koolstof en dient de koolstof tevens als brandstof. Dit is een zeer economisch systeem. Als het proces eenmaal in werking werd gezet bleef het op gang.

Vlamoven
Vlamovens werden echter steeds beter en efficiënter. Uiteindelijk zouden vlamovens het Bessemerproces verdringen. Hierbij worden ruwijzer uit de hoogoven vermengd met ijzererts en schroot. De verhoudingen tussen deze verschillende onderdelen van het mengsel dienen zo optimaal mogelijk te zijn. Als dat het geval is verdwijnt een groot deel van de koolstof en zuurstof uit het mengsel in de vorm van koolstofmonoxide. Dit gas werd vervolgens gebruikt om de luchtstroom te verhitten.

Siemens-Martinproces
In 1865 werd het voor het eerst het Siemens-Martinproces toegepast op industriële schaal. Dit is een  raffinageproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een oven. Deze oven wordt op temperatuur gehouden door warmte extern toe te voegen. Hiervoor wordt brandstof in de vorm van olie of gas verstookt. De oven wordt gevuld met schroot, kalksteen en ruwijzer. De kalksteen zorgt er voor dat de silicaten uit het ganggesteente worden gebonden tot een slak. De slak drijft op het vloeibare staal en wordt afgegoten in een slakkenpan. Door de oxidatie en verbranding reduceert het koolstofpercentage van het gesmolten ruwijzer en schroot. Hierdoor ontstaat staal.

Oxystaalproces
Het oxystaalproces heeft in de twintigste eeuw vrijwel geheel het Siemens-Martinproces vervangen. Tijdens dit proces wordt oxystaal vervaardigd. Dit wordt ook wel geschreven als oxistaal. Dit staal wordt vervaardigd in een convector die gevuld is met staalschroot en vloeibaar ruwijzer. Het percentage schroot is vijfentwintig procent en de overige vijfenzeventig procent bestaat uit vloeibaar ruwijzer. Aan de bovenkant van de convector wordt met een lans zuiver zuurstof op het gesmolten schroot en ruwijzer geblazen. Dit zorgt er voor dat de koolstof oxideert en verbrand. Dit gebeurd ook met de magnesium en silicium die zich in het mengsel bevinden. Het oxystaalproces verloopt heel snel. Daardoor kan ik een korte tijd veel oxystaal worden geproduceerd. De snelle productie zorgt er voor dat een groot deel van het staal in de wereld wordt vervaardigd doormiddel van het oxystaalproces.

Wat is gietstaal en waar wordt dit toegepast?

Gietstaal wordt ook wel afgekort met GS is staal dat in verschillende vormen gegoten kan worden. Hierdoor lijkt gietstaal op gietijzer. De eigenschappen van gietstaal zijn echter anders dan de eigenschappen van gietijzer. Oorspronkelijk was gietstaal het welstaal dat uit erts gewonnen werd en vervolgens uit de puddeloven werd omgesmolten in een smeltkroes. Deze methode werd gebruikt om de slak te verwijderen en een hoogwaardiger materiaal te verkrijgen. Door deze methode toe te passen hoefde men niet te smeden.

In omstreeks  1740 werd de omsmeltmethode ontwikkeld door Benjamin Huntsman. De manier waarop gietstaal werd bereid was geheim. De samenstelling van de vuurvaste bekleding van de kroezen werd niet vrijgegeven. Daarnaast werden ook de toeslagstoffen niet bekend gemaakt door bedrijven die gietstaal produceerden. De reden voor deze geheimzinnigheid was de concurrentie. Men wilde deze productieprocessen zo geheim mogelijk houden zodat men in staat was om betere producten te produceren van gietstaal dan de concurrenten. In Duitsland produceerde de Krupp staalfabrieken in 1815 gietstaal en Jacob Mayer in 1836.

In eerste instantie werd gietstaal in coquilles gegoten. Deze werden dan vervolgens in blokken verkocht aan andere bedrijven die hier producten van konden maken. Dit waren bijvoorbeeld de smederijen. Een smid kon van deze blokken gietstaal verschillende gebruiksvoorwerpen maken. Ook gereedschappen en machineonderdelen werden door een smid vervaardigd. Jacob Mayer was er in 1851 in geslaagd om staal rechtstreeks in bepaalde giervormen te gieten. Hierdoor werd het werk van de smid overbodig. Staal hoefde niet meer in een bepaalde vorm gesmeed te worden. Staal kon in de juiste vorm worden gebracht door het gietproces. Toch waren smeden nog steeds nodig omdat niet alle vormen geschikt zijn om gegoten te worden. Staalgieten werd vooral toegepast voor het produceren van wielbanden en schrijven voor spoorwegen. Ook voor het vervaardigen van scheepsonderdelen en onderdelen voor machines werd staalgieten gebruikt.

Tegenwoordig wordt staalgieten nog steeds toegepast. Gietstaal is in verschillende legeringen verkrijgbaar. Daardoor zijn de eigenschappen van gietstaal verschillend. Over het algemeen wordt gietstaal ingedeeld in ongelegeerd gietstaal, laag gelegeerd gietstaal  en hooggelegeerd gietstaal.

  • Ongelegeerd gietstaal bevat maximaal 0,30% Koolstof en 1,5% Mangaan. Dit staal is vooral voor algemeen gebruik geschikt bijvoorbeeld voor de industrie en machinebouw. Vooral in een omgeving, waar hoge mechanische eigenschappen worden gevraagd van onderdelen, wordt gietstaal gebruikt.
  • Laaggelegeerd gietstaal  bevatten verschillende legeringselementen. Het percentage Koolstof is <0,30%. Daarnaast bevat laaggelegeerd gietstaal een percentage Chroom (1 – 5%)  en Molybdeen (max. 1,75%) ook Wolfram, Titanium en Vanadium kunnen worden toegevoegd. De keuze voor deze metalen is afhankelijk van de eisen die aan het product worden gesteld.
  • Hooggelegeerd gietstaal wordt vooral gebruikt voor het vervaardigen van onderdelen en gereedschappen waaraan specifieke eisen worden gesteld. Hierbij kan gedacht worden aan corrosiebestendigheid, slijtvastheid en hittebestendigheid.

Waar wordt gietstaal toegepast?
Gietstaal wordt vooral toegepast in de industrie en de machinebouw. Het is vooral geschikt voor onderdelen die zwaar belast worden. Verder is gietstaal goed lasbaar. Gietstaal wordt op verschillende manieren aangeduid. De aanduiding geeft aan waar het gietstaal geschikt voor is.

  • G: is gewoon gietstaal
  • GS: gietstaal, de letter ‘S’ staat voor de Engelse term: Sructural steel. Dit is gietstaal voor staalconstructie doeleinden en moeten tegen een zware belasting kunnen.
  • GP: gietstaal, de letter  ‘P’ staat voor de Engelse term: Pressure. Dit gietstaal is vooral geschikt voor drukvaten en pomphuizen. Dit zijn apparaten die onder grote druk komen te staan.
  • GE: gietstaal, de letter ‘E’ staat voor de Engelse term: engineering. GE: gietstaal wordt vooral gebruikt in de machinebouw.

Na de bovengenoemde letters worden in de aanduiding van gietstaal ook cijfers genoemd. Deze cijfers kunnen de Minimum rekgrens in N/mm2 aanduiden, ook kunnen de cijfers worden gebruikt om de legering aan te duiden.

Wat is smeedijzer en hoe wordt smeedijzer gemaakt?

Smeedijzer is ijzer (ferro) dat doormiddel van smeden wordt gemaakt. Het smeden is een oude ambacht die vroeger veelvuldig werd uitgeoefend. Bijna elk dorp of stad had een smederij waar een smid doormiddel van het smeden ijzeren voorwerpen maakte of herstelde. Een smid maakte en herstelde over het algemeen voorwerpen die gebruikt werden door boeren, bedrijven, fabrieken en burgers. Daarnaast maakten smeden ook wel siervoorwerpen en hekwerken. Tegenwoordig zijn er veel minder smeden en smederijen in Nederland. IJzer dat doormiddel van smeden wordt vormgegeven wordt ook wel smeedijzer genoemd.

Hoe komt smeedijzer tot stand?
Voor het maken van smeedijzer is een steenkoolvuur nodig. In dit vuur wordt het ijzer door de smid verhit. Smeedijzer kan goed gesmeed worden omdat het niet snel uithard na verhitting. De verhitting zorgt er voor dat het ijzer vervormd kan worden. Het hete smeedijzer wordt doormiddel van een hamer in de juiste vorm gebracht. Hiervoor gebruikt de smid naast een hamer vaak ook een aanbeeld. Op het aanbeeld werd het smeedijzer geplaatst en vervolgens met een hamer in een bepaalde vorm geslagen. Dit hameren zorgde niet alleen voor de gewenste vorm. Hameren zorgde er namelijk ook voor dat onzuiverheden zoals erts en slak werden verwijderd. Ook het overtollige koolstof kon door het hameren en verhitten worden verbrand. Smeedijzer is door dit proces een betrekkelijk zuivere vorm van ijzer en heeft een veel betere treksterkte dan bijvoorbeeld gietijzer. Smeedijzer heeft echter wel een lager druksterkte. Naast hameren kan het hete ijzer door de smid ook gebogen worden in verschillende vormen.

Smeedijzer tegenwoordig
Het aantal smederijen in Nederland is behoorlijk vermindert. De meeste smederijen zijn verdwenen of zijn verandert in metaalbedrijven of constructiebedrijven. Sommige ambachtelijke smeden hebben een smederij voor de hobby. Deze smederijen werken meestal als siersmeden en maken verschillende sierproducten van smeedijzer. Hierbij kan gedacht worden aan hekwerken en sierpoorten. Ook schoorsteenkappen en hoefijzers kunnen door smeden worden gemaakt. Daarnaast kunnen ze van smeedijzer ook kunstwerken maken. Het beroep smid is tegenwoordig echter in Nederland niet meer zo bekend als vroeger.

Wat is constructiestaal en waar wordt dit staal voor gebruikt?

Constructiestaal is staal dat wordt gebruikt voor de productie van schepen, loodsen, gebouwen, bruggen en andere staalconstructies. Onder de verzamelnaam constructiestaal vallen verschillende laaggelegeerde staalsoorten. Deze staalsoorten hebben verhoudingsgewijs een hoog koolstofgehalten ten opzicht van bijvoorbeeld roestvast staal (RVS). Het hoofdbestandsdeel van staal is ijzer, dit wordt ook wel met de Latijnse naam ferro aangeduid.

Ferro is een scheikundig element met atoomnummer 26 in het periodiek systeem der elementen. Het materiaal heeft een grijze kleur en is een overgangsmetaal. Door aan  ijzer een klein percentage koolstof te voegen worden de mechanische eigenschappen van het materiaal aanzienlijk verbeterd. IJzerlegeringen met een koolstofgehalte van minder dan 1,9% procent worden staal genoemd. Staal heeft een lager koolstofpercentage dan gietijzer. Het laatste materiaal bevat 2,5%-6,67% koolstof en is daardoor brosser.

Constructiestaalsoorten
Staal bestaat uit een legering tussen ijzer een percentage koolstof dat lager is dan 1,9%. Het percentage koolstof in constructiestaal is maximaal 0,25%. Dit is afhankelijk van de toepassing van het materiaal en de chemische samenstelling. Er zijn verschillende soorten staal die onder constructiestaal vallen zoals bijvoorbeeld S235, S275 en S355. Naast deze staalsoorten zijn er nog verschillende andere staalsoorten die als constructiestaal kunnen worden beschouwd. De letter ‘S’ in de staalaanduiding staat voor het Engelse woord ”structural”. Dit woord kan in het Nederlands worden vertaald met staal of constructiestaal. De cijfers die er achter staan geven de vloeigrens aan van 16 mm staal in megapascal in N/mm².  Staal met de aanduiding S275 zal met een trekkracht van 275 megapascal gaan vloeien. Door het overschrijden van de vloeigrens zal het staal plastisch vervormen. Dit houdt in dat het staal dusdanig is opgerekt dat het bij het wegnemen van de belasting niet meer in de oorspronkelijk vorm terugkeert.

Eigenschappen van constructiestaal
Constructiestaal heeft  verschillende eigenschappen die het materiaal geschikt maken voor staalconstructies. Het materiaal heeft een laag koolstofgehalte en heeft een behoorlijk grote treksterkte en rek. Daarnaast kan constructiestaal goed worden gelast en is het materiaal goed te bewerken. Constructiestaal kan goed worden vervormd doormiddel van koude of warme bewerkingen. Verder is constructiestaal goedkoop en is het, ten opzichte van edele metalen, corrosiegevoelig. Daarom moet constructiestaal worden beschermd tegen de uitwerking van zuurstof en chemische stoffen.

Wat is elektrostaalproces en hoe verloopt het elektrostaalproces?

Voor de bereiding van staal kunnen verschillende methodes worden gebruikt. Aan het begin van de twintigste eeuw werd veel gebruik gemaakt van het Siemens-Martinproces voor de productie van staal. Halverwege deze eeuw werd het oxistaalproces proces / oxystaalproces populairder. Het oxistaalproces verloopt beduidend sneller dan het Siemens-Martinproces daardoor kan in een kleiner tijdsbestek meer staal worden geproduceerd. Tegenwoordig wordt ook een ander staalbereidingsproces toegepast. Dit is het elektrostaalproces. Doormiddel van het elektrostaalproces kan staal worden geproduceerd van een zeer hoogwaardige kwaliteit. Dit komt doordat de chemische reacties in het smeltbad goed geregeld kunnen worden.

Hoe verloopt het elektrostaalproces?
Voor het elektrostaalproces maakt men gebruik van een elektrovlamboogoven. Deze oven wordt ook wel elektro-oven genoemd. In het elektrostaalproces wordt schroot gerecycled tot staal. Aan het begin van het elektrostaalproces wordt schroot doormiddel van een soort stalen mand in de elektro-oven geladen. Deze stroken waar deze stalen mand uit bestaat zijn aan de onderkant aan elkaar verbonden met een touw. Zodra deze aaneengebonden mand boven de oven hangt en langzaam naar beneden wordt gebracht zorgt de hitte van de elektro-oven er voor dat het touw verbrand. Hierdoor gaan de stroken van de mand uitelkaar en valt het schroot door de zwaartekracht in de oven.

Het schroot moet worden gesmolten op een bepaalde temperatuur. Deze warmte wordt toegevoerd door gebruik te maken van elektrische lichtbogen. Deze lichtbogen ontstaan tussen die elektroden die in de oven naar beneden worden gebracht en de aanwezige lading. De elektroden zijn koolstaven en de lading bestaat uit het staalschroot dat in de oven is gebracht met de mand. De drie elektrodes worden gevoed met een driefasige wisselstroom.

De lading en de elektroden zorgen voor de lichtbogen en deze creëren vervolgens de benodigde hitte voor de oven zodat het schroot smelt. De chemische reacties die hierbij ontstaan kunnen goed worden geregeld. Het is zelfs mogelijk om verzinkt staal in elektro-ovens te recyclen. Dit zorgt er voor dat de kwaliteit van staal dat met het elektrostaalproces is gefabriceerd van hoge kwaliteit kan worden gemaakt. De slak wordt verwijdert en in een slakkenpan afgegoten. Vervolgens wordt het staal afgegoten in een gietpan. In totaal duurt de staalbereiding middels het elektrostaalproces twee tot vier uur. De overcapaciteit van de elektro-ovens verschilt. Gemiddeld is de capaciteit van deze ovens tussen de 100 en 300 ton staal.

Waarvoor wordt het elektrostaalproces gebruikt?
Het oxistaalproces wordt gebruikt voor de raffinage van ruwijzer. Dit is niet het geval bij het elektrostaalproces. Dit proces wordt gebruikt voor het maken van staal op basis van schroot. Het elektrostaalproces wordt gebruikt voor staalsoorten met een hoogwaardige legering. Daarnaast wordt het proces ook gebruikt voor het recyclen van ongelegeerd staal. Voor de fabricage van ongelegeerd staal wordt meestal gebruik gemaakt van grote elektro-ovens. Voor staal met speciale legeringen wordt meestal gebruik gemaakt van kleinere ovens maar dat hoeft niet. Staal van hoogwaardige legeringen wordt ook wel speciaalstaal genoemd. Metallurgen zijn technisch specialisten en hebben veel kennis van de eigenschappen van metalen. Hun vakgebied heet metallurgie. Metallurgen kunnen de eigenschappen van staalsoorten goed op elkaar afstemmen zodat de een legering met de gewenste kwaliteiten kan ontstaan. De metallurg maakt een duidelijke verhouding tussen de verschillende hoeveelheden van bepaalde metaalsoorten die samengevoegd moeten worden. Het elektrostaalproces kan worden gebruikt om de staallegering daadwerkelijk te vervaardigen. De kwaliteit van deze staallegeringen is hoog. Daar moet ook voor betaald worden. Het oxistaalproces wordt in de praktijk nog steeds veel gebruikt voor de productie van staal. Inmiddels neemt echter het elektrostaalproces twintig procent van de totale staalproductie voor zijn rekening.

Wat is galvaniseren of galvanotechniek en waar wordt deze techniek voor gebruikt?

Galvaniseren is een techniek die kan worden gebruikt voor het aanbrengen van een corrosiebestendige metaallaag over metalen die corrosiegevoelig zijn. Galvaniseren wordt ook wel galvano, galvanotechniek of elektroplating genoemd. Voor deze techniek wordt gebruik gemaakt van elektriciteit. Galvaniseren kan doormiddel van elektrolytisch verzinken gebeuren. Hierbij wordt een zinklaagje aangebracht op bijvoorbeeld koolstofstaal (ijzer met een laag  percentage koolstof). Daarnaast kan men ook verchromen, hierbij wordt een laagje chroom aangebracht op bijvoorbeeld koolstofstaal. Vernikkelen is een proces waarbij een laagje nikkel op een metaal wordt aangebracht. De metalen chroom, nikkel en zink zijn corrosievast en behoren tot de non-ferro metalen. Ferro-metalen bestaan voor minimaal 50 procent uit ijzer. Hierdoor zijn deze metalen corrosiegevoelig. Een ander woord dat voor de corrosie van ferro wordt gebruikt is roest. Als ferro niet goed wordt beschermd tegen roest vreet de roest op den duur steeds meer dunne laagjes van het ferro weg. Hierdoor wordt het ferro-object dunner en gaan de mechanische eigenschappen achteruit. Het is daarom belangrijk dat objecten die gevoelig zijn voor roest voldoende worden beschermd.

Ferro-metalen beschermen tegen corrosie
Metalen die voor een groot deel uit ijzer bestaan zijn over het algemeen gevoelig voor corrosie (roest). Doormiddel van legeringen kan het metaal corrosievaster worden gemaakt. Hierbij kan gedacht worden aan roestvaststaal. Ook cortenstaal of COR-TEN ®-staal is een voorbeeld van ferro  waaraan verschillende metalen zijn toegevoegd om het corrosieproces te vertragen. In legeringen kunnen de eigenschappen van metalen elkaar versterken. Een legering is echter niet altijd een geschikte oplossing. Dit kan te maken hebben met de prijs maar ook met de ongunstige mechanische eigenschappen van de legering. Metallurgen hebben veel verstand van de eigenschappen van metalen. Hun vakgebied heet metallurgie. Vaak hebben metallurgen ook verstand van corrosie omdat het corrosieproces een belangrijke eigenschap is van een metaal. De corrosieleer valt onder de metaalkunde en onderzoekt hoe corrosie ontstaat door elektrochemische reacties bij verschillende metalen.

Corrosie kan ook worden tegengegaan door het aanbrengen van een beschermlaag over ferro-metalen. Dit kan door gebruik te maken van bijvoorbeeld menie of ijzermenie. Daarnaast kunnen metalen ook worden voorzien van poedercoating. Het galvaniseren waarover in de inleiding is geschreven kan ook worden toegepast om ferro-metalen te beschermen tegen roest.

Verzinken of galvaniseren
In de praktijk haalt men galvaniseren en verzinken regelmatig door elkaar. Het aanbrengen van een zinklaag op een metaal kan op twee verschillende manieren gebeuren. Een zinklaag kan worden aangebracht door thermisch verzinken, waarbij men gebruik maakt van een zinkbad. Daarnaast kan men elektrolytisch verzinken. In het laatste geval spreekt men van galvaniseren omdat hierbij elektrische stroom wordt gebruikt. Verzinken kan dus gebeuren doormiddel van galvaniseren en thermisch verzinken. Metaal dat verzinkt is kan daardoor zowel thermisch verzinkt zijn als gegalvaniseerd. Over thermisch verzinken is op de website technisch werken een uitgebreide tekst te vinden. Hieronder is kort beschreven wat galvaniseren is.

Wat is galvaniseren precies?
Hierboven is al een beetje informatie weergegeven over galvaniseren. In bovenstaande tekst wordt duidelijk dat galvaniseren wordt toegepast om de corrosievastheid van metalen te bevorderen. Daarnaast is aangegeven dat verschillende non-ferro metalen kunnen worden aangebracht doormiddel van galvanotechniek. Galvanotechniek omvat alle elektrochemische bedekkingstechnieken die in de metaaltechniek worden toegepast. Hieronder worden ook de autokatalytische processen geplaatst. Galvaniseren kan doormiddel van twee verschillende methodes worden gedaan. Het kan worden gedaan door gebruik te maken van een externe stroombron en doormiddel van een reductiemiddel dat aanwezig is in elektrolyt.

Doel van galvanotechniek
Galvanotechniek is een techniek waarbij een metaallaag over een andere metaalsoort wordt aangebracht. De eigenschappen van de metalen kunnen elkaar op die manier versterken. Staal bestaat bijna volledig uit ijzer en is daardoor gevoelig voor roest. Staal is echter goedkoop en beschikt over goede mechanische eigenschappen. Daarom wordt staal in de werktuigbouwkunde en in de bouw veel toegepast. Staal kan echter roesten en daarom afhankelijk van een goede beschermlaag. Zink is minder edel dan staal maar is wel beter bestand tegen roest. Doormiddel van galvaniseren wordt het corrosie vaste zink aangebracht op het sterkere staal. Hierdoor versterken de twee metalen elkaar. De voordelen van galvanotechniek kunnen als volgt worden opgesomd:

  • Galvaniseren zorgt voor een betere weerstand tegen corrosie,
  • Galvaniseren kan voor een beter uiterlijk zorgen van een constructie of machine. Met name verchromen wordt veel gebruikt voor het verbeteren van het uiterlijk van metalen.
  • Galvaniseren kan er ook voor zorgen dat het metaal beschermd wordt tegen beschadiging en krassen.
  • Galvaniseren heeft invloed op elektrische eigenschappen waaronder de geleidbaarheid van metalen.

Wat is het Siemens-Martinproces en hoe wordt dit raffinageproces uitgevoerd?

Voordat het oxystaalproces werd ingevoerd maakte men bij de productie van staal veelal gebruik van het Siemens-Martinproces. Het Siemens-Martinproces wordt ook wel afgekort met SM-proces en is vernoemd naar de uitvinders Carl Wilhelm Siemens (1823-1883) en Pierre-Émile Martin (1824-1915). en Het Siemens-Martinproces is een raffinageproces voor de vervaardiging van staal uit ruwijzer, waarbij gebruik wordt gemaakt van een vlamoven. Deze vlamoven wordt ook wel Siemens-Martinoven (SM-oven) genoemd en is gasgestookt of oliegestookt. Hieronder is het SM-proces samengevat.

Hoe werkt het Siemens-Martinproces?
Bij dit raffinageproces wordt gebruik gemaakt van een oven. Deze oven wordt doormiddel van extern toegevoegde warmte op temperatuur gehouden. Hiervoor wordt gas of olie verstookt. De SM-oven wordt gevuld met ruwijzer, schroot en kalksteen. Het kalksteen wordt toegevoegd om de silicaten en het ganggesteente te binden tot een dunne slak die op de vloeibare massa drijft.

Het schroot wordt via een laadmachine in de oven gebracht. Daarnaast worden ook het vloeibaar ruwijzer in de oven gebracht en het kalksteen. De verhoudingen tussen het schroot en het ruwijzer dat wordt toegevoerd kunnen onderling sterk verschillen.  Gasbranders en oliebranders worden gebruikt om de gewenste temperatuur in de oven op pijl te houden. Het schroot en het ruwijzer vormen één grote gesmolten massa. Daarbovenop drijft de slak die door de toegevoegde kalksteen wordt gebonden. Deze slak bevat verontreinigingen en wordt opgevangen in een zogenoemde slakkenpan. Daarna wordt de slak gegranuleerd. De slak die tijdens het Siemens-Martinproces vrijkomt dient onder andere gebruikt als grondstof voor de fabricage van cement.

Onder de slak bevindt zich het vloeibare mengsel van ruwijzer en schroot. Doormiddel van oxidatie reduceert het koolstofgehalte in deze massa en ontstaat vloeibaar staal. Het vloeibare staal dat zich onderin de SM-oven verzamelt wordt afgetapt met regelmatige tussenpozen. Tijdens het aftappen kan het vloeibare staal worden voorzien van verschillende toeslagstoffen. De temperatuur in de SM-oven is goed regelbaar en daardoor is het Siemens-Martinproces goed beheersbaar. Dit zorgt voor een hoge staalkwaliteit. In tegenstelling tot het oxystaalproces kan bij het Siemens-Martinproces meer staalschroot worden toegevoegd. Bij het oxystaalproces mag maximaal 25 procent staal worden toegevoegd. Bij het Siemens-Martinproces mag deze toevoeging hoger zijn en hoeft men niet te werken met een vaste verhouding tussen het toegevoegde staalschroot en het vloeibare ruwijzer. Men kan er zelfs voor kiezen om vast ruwijzer toe te voegen. In de SM-oven wordt het ruwijzer namelijk door de hitte alsnog vloeibaar gemaakt.

Nadelen van het Siemens-Martinproces
De hoge staalkwaliteit en de beheersbaarheid van het raffinageproces kunnen het vermoeden wekken dat het SM-proces een populair proces is dat veel wordt gebruikt voor het produceren van staal. Dit is echter niet het geval. Het Siemens-Martinproces werd in 1865 voor het eerst toegepast op industriële schaal. De gehele cyclus van het laden van de oven, de raffinage en het aftappen van vloeibaar staal duurt gemiddeld meer dan 8 uur. Een gemiddelde SM-oven heeft een capaciteit van 400 ton maar de langdurige productie zorgt er voor dat het Siemens-Martinproces erg kostbaar is. Daarom wordt dit proces tegenwoordig vrijwel geheel vervangen door het oxystaalproces. In Nederland werd het Siemens-Martinproces bij de Koninklijke Hoogovens in IJmuiden toegepast in de periode van 1939 tot 1972. Toen is ook in Nederland gekozen voor het oxystaalproces.

Wat is oxystaal en hoe verloopt het oxystaalproces?

Oxystaal en het oxystaalproces hebben te maken met de productie van staal uit ruwijzer. Voordat men staal heeft moet men ruwijzer zuiveren. Ruwijzer komt uit hoogovens. Dit is echter nog niet geschikt op producten van te vervaardigen. De reden hiervoor is dat ruwijzer een te hoog koolstofgehalte heeft. Het koolstofpercentage van ruwijzer ligt tussen de 3 tot 4,5 procent. Dit hoge koolstofpercentage zorgt er voor dat ruwijzer veel te breekbaar en te bros is om in constructies te verwerken. Daarnaast bevat ruwijzer nog andere elementen die de kwaliteit van dit ijzer nadelig beïnvloeden. Voorbeelden van deze elementen zijn magnesium, zwavel, silicium en fosfor. Deze ongunstige elementen moeten uit het ruwijzer worden verwijdert daarnaast moet het koolstofpercentage omlaag worden gebracht.

Toevoegen van zuurstof
Voor het reduceren van het koolstofpercentage en het verwijderen van ongunstige elementen laat men zuurstof op het vloeibare en hete ruwijzer inwerken. De toevoeging van zuurstof kan op twee verschillende manieren gebeuren.

  • De eerste manier is het toevoegen van zuurstof in een reactievat. Dit vat wordt ook wel convector genoemd. Bij deze zuurstoftoevoeging vind geen warmtetoevoer plaats van buitenaf.
  • De tweede manier waarop zuurstof kan worden toegevoerd is in een oven. Hierbij wordt wel uitwendige warmte toegevoerd.

De eerste methode van zuurstoftoevoeging wordt gebruikt voor de vervaardiging van oxystaal.

Hoe verloopt het oxystaalproces?
Oxystaal wordt ook wel geschreven als oxistaal en is het product dat ontstaat na de toepassing van het oxystaalprocedé. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een convector. Deze convector wordt gevuld met vloeibaar ruwijzer en staalschroot. De verhouding die hierbij wordt toegepast is 75 procent vloeibaar ruwijzer en 25 procent schroot. Na het vullen en rechtzetten van de convector wordt de volgende stap in het oxystaalproces uitgevoerd. Dit is het toevoegen van zuurstof. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een watergekoelde holle lans. Met deze lans wordt aan de bovenkant van de convector zuivere zuurstof geblazen op het mengsel dat zich in de convector bevind. Hierdoor oxideert en verbrand een groot deel van het koolstof dat zich in het mengsel bevindt. Ook het magnesium en het silicium verbranden door de toevoeging van zuiver zuurstof. Bij het oxystaalproces komt door de toevoeging van zuiver zuurstof zeer veel warmte vrij. De temperatuur is zo hoog dat het niet nodig is om van buitenaf warmte toe te voegen om het mengsel in de convector vloeibaar te houden. Het schroot wat is toegevoegd zorgt er tevens voor dat de temperatuur in de convector niet te hoog wordt.

Wat is staal
Staal wat vervaardigt is volgens het oxystaalproces wordt oxystaal genoemd. Staal heeft betere eigenschappen dan ruwijzer. Er zitten minder ongunstige elementen in omdat deze door het oxystaalproces zijn verwijdert. Daarnaast is het koolstofpercentage gereduceerd waardoor de mechanische eigenschappen zijn verbetert. Staal bevat in tegenstelling tot ruwijzer een laag koolstofpercentage. Het koolstofpercentage van staal is 0,1 tot maximaal 1,7 procent. Hierdoor is staal sterk, goed smeedbaar en taai. Staal wordt in de werktuigbouwkunde en metaaltechniek veel toegepast in uiteenlopende constructies, machines en werktuigen. Staal bevat ijzer (ferro)  daardoor kan staal wel oxideren. Vaak wordt op staalprofielen en staalproducten een beschermlaag aangebracht die het staal beschermen zodat het geen reactie kan aangaan met zuurstof. Dit zorgt er voor dat staal niet oxideert en de levensduur van staalproducten aanzienlijk langer wordt.

Oxystaalovengas
Het oxystaalproces wordt gebruikt voor het produceren van staal. Het belangrijkste product is staal. Daarnaast komt tijdens het oxystaalproces veel koolmonoxide vrij. Dit komt doordat de aanwezige koolstof in het vloeibare ruwijzer slechts gedeeltelijk kan worden geoxideerd en verbrand. De koolstofmonoxide die vrijkomt tijdens het oxystaalproces wordt ook wel oxystaalovengas genoemd. Dit gas kan worden teruggewonnen. Het oxystaalovengas wordt verstookt en kan daarbij worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit of proceswarmte. Daarbij wordt oxystaalovengas meestal gemengd met hoogovengas en cokesovengas.

Voordeel van het oxystaalproces
Het oxystaalproces heeft een belangrijk voordeel. Het proces verloopt zeer snel. In een tijdsbestek van 20 minuten kan 200 ton oxystaal worden geproduceerd. Wanneer men echter ook het inladen en het aftappen van de convector meerekent kan men in minder dan een uur tijd ongeveer 250 ton staal van goede kwaliteit produceren via het oxystaalproces. In 1958 ging in Nederland bij de Koninklijke Hoogovens de eerste oxystaalfabriek in productie. Daarna heeft het oxystaalproces het gebruikelijke Siemens-Martinprocedé vervangen. Tegenwoordig wordt ongeveer 70 procent van al het staal dat wordt gefabriceerd via het oxystaalproces gedaan.