Metaalsoorten

Metaal als scheikundig element

Metaal is een breed begrip: allereerst zijn er de scheikundige elementen. Van de 90 stabiele elementen, zijn er 65 die gecategoriseerd zijn als ‘metalen’.

Veel van deze elementen komen niet in zuivere vorm voor en zijn niet bruikbaar voor metaalbewerking. Er is echter ook een grote groep metalen die wel geschikt is om gebruikt te worden in materialen. Dit zijn onder meer: Titanium, Vanadium, Chroom, Mangaan, IJzer, Nikkel, Koper, Zink, Zirkonium, Niobium, Molybdeen, Wolfraam, Aluminium, Zilver, Goud en Platina. Veel andere metalen bestaan uit een mix van materialen. Dit worden legeringen genoemd.

Metaal als toepassing in de industrie

Legeringen

Metaal wordt in de industrie bijna nooit in zuivere vorm toegepast. In plaats daarvan bestaan metaalsoorten vrijwel altijd uit een legering.

Een legering is een mengsel van verschillende metalen. De meest bekende is staal, een mix van IJzer, Koolstof en andere metaalelementen. Legeringen worden in verschillende samenstellingen en hoeveelheden gebruikt om metaalsoorten van verschillende eigenschappen te voorzien. Denk aan RVS, waar een hoog gehalte aan Chroom (min 11 tot 12 procent) wordt toegevoegd om het materiaal te beschermen tegen corrosie. Verschillende legeringselementen hebben invloed op de eigenschappen van het metaal. Door het toevoegen van diverse legeringen kunnen onder ander de treksterkte, hardheid, corrosiebestendigheid, rekgrens en slijtvastheid verbeterd worden.

Ferro en Non-ferro

Alle legeringen op basis van ijzer worden ferro-metalen genoemd. De metalen die geen ijzer bevatten of waar ijzer niet het hoofdbestandsdeel is, worden non-ferro metalen genoemd.

Ferro:

• Staal
• Roestvast staal
• Gietijzer
• Kobalt
• Nikkel

Non-Ferro:

• Aluminium
• Zink
• Koper
• Messing
• Goud

Staal

Staal is één van de meest gebruikte metaalsoorten en is volop aanwezig op aarde. Het is een veelgebruikt constructiemateriaal en bestaat voornamelijk uit koolstof en ijzer. Er zijn minstens drie staalsoorten te onderscheiden: constructiestaal, machinestaal en gereedschapstaal.

Lees ons uitgebreide artikel over constructiestaal

Constructiestaal

Van de drie staalsoorten is constructiestaal de meest gebruikte. Het heeft een koolstofgehalte van maximaal 0,25 %, afhankelijk van de chemische samenstelling en de toepassing van het materiaal. Bekende constructiestalen zijn S235, S275 en S355. Toepassing is zeer divers, zo wordt staal onder andere gebruikt voor bruggen, constructiewerken, schepen, trailers, graafmachines, gebouwen, treinen en werktuigen.

Constructiestaal heeft (globaal) de volgende kenmerken:

• Laag koolstofgehalte
• Relatief zacht materiaal
• Goed koud en warm te vormen
• Goede lasbaarheid (zonder hard / bros te worden)
• Grote rek

Machinestaal

Machinestaal heeft een koolstofpercentage tussen 0,3 en 0,6 %.

Het is een laag gelegeerde staalsoort met tussen de 1,5 en 5 %aan legeringselementen (zoals chroom, vanadium, nikkel en molybdeen). Zoals de naam al doet vermoeden wordt dit veel toegepast voor machines en dan voornamelijk voor de inwendige onderdelen. Hierbij valt te denken aan tandwielen of koppelingen.

Machinestaal heeft de volgende globale kenmerken:

• Sterker en harder
• Goed te snijden
• Moeilijk te vervormen (koud niet mogelijk, warm slechts beperkt)
• Hardingsverschijnselen bij het lassen
• Laag gelegeerd of hoog gelegeerd.

Gereedschapstaal

Gereedschapstaal heeft een koolstofpercentage tussen 0,6 en 1,5 %. Het is een hoog gelegeerde staalsoort met meer dan 5 %aan legeringselementen.

Gereedschapstaal wordt ook wel snelstaal of High Speed Steel (HSS) genoemd. Het materiaal behoudt ook bij hogere temperaturen zijn hardheid en is daardoor zeer geschikt voor gereedschap dat heet kan worden, zoals metaal- en betonboren, hamers, snijgereedschap, tasters en meetgereedschap. De sterkte en hardheid worden onder andere bepaald door de chemische samenstelling van het materiaal en verhittingsprocessen.

De kenmerken van gereedschapstaal zijn:

• Sterk en hard
• Bestendig tegen stoten
• Eenvoudig te bewerken
• Hoog gelegeerd

Hoogsterkte staal

Staalsoorten met een rekgrens hoger dan 355 N/mm² worden gekenmerkt als hoogsterkte staal. Hoogsterkte staal wordt veelzijdig toegepast in bijvoorbeeld de bruggenbouw, mijnbouw, kraanbouw, hijs- en heftechniek en offshore industrie. Kenmerkend is de grote belastbaarheid, hoge rekgrens en een laag koolstofpercentage. Bekende hoogsterkte staalsoorten zijn bijvoorbeeld Strenx®, Optim QC en Dillimax.

Hier vind u uitgebreide informatie: hoogsterkte staal

Strenx®

Strenx® is een hoogsterkte staalsoort van de Zweedse staalfabrikant SSAB.

Strenx® is in bandplaat verkrijgbaar tot en met een treksterkte van 960 N/mm². In kwartoplaat is Strenx® zelfs verkrijgbaar tot een treksterkte van 1.300 N/mm². Strenx® platen worden thermomechanisch gewalst onder sterk gecontroleerde omstandigheden. Strenx® heeft een hoge taaiheid en wordt in een veelheid van last dragende constructies toegepast. Het materiaal heeft een hoge uniformiteit, is uitstekend te lassen en kan in een kleine radius gebogen worden. De chemische samenstelling van Strenx® bevat naast het hoofbestandsdeel ijzer ook een laag percentage koolstof, silicium, mangaan, chroom, nikkel, molybdeen, borium en koper.

Metaalbewerking & toepassing van Strenx

Het snijden, zetten, frezen of lassen van Strenx® is zeer goed mogelijk. Strenx® is ontwikkeld om uitstekende lasbaarheid te combineren met sterkte en stevigheid. Daarnaast is Strenx® goed te buigen en te verspanen. Door hogere sterkte zijn lichtere constructies te maken, dit levert kostenbesparing op voor materiaalkosten, lassen en transport. Het metaal is o.a. geschikt voor toepassing in:

• On & Offshore constructies
• Heavy lifting equipment
• Hijskranen
• Buizen voor graan
• Vrachtwagencarrosserieën en trailerbouw
• Grijpmachines, grondverzetmachines en landbouwwerktuigen
• Bruggen
• Diverse soorten werktuigen

Dillimax

Dillimax is een hoogsterkte staal van de Duitse firma Dillinger.

Dillimax is een kwartoplaat met een maximale treksterkte van 1.100 N/mm². Kenmerkend aan de Dillimax kwarto-plaat is dat deze gehard en getemperd is, waardoor in combinatie met de legering en de fijnkorrelige structuur een zeer hoge sterkte bereikt wordt. Afhankelijk van de koolstofequivalent bevat Dillimax de volgende elementen: koolstof, mangaan, chroom, molybdeen, vanadium, koper, nikkel en borium.

Metaalbewerking & toepassing van Dillimax

Dillimax heeft ondanks de hoge sterkte nog uitstekende bewerkingseigenschappen. Dillimax is geschikt voor koud vervormen en verspanen/machineren. Bovendien is Dillimax zeer goed te lassen en is nagloeien/ontharden bijna nooit nodig. Het metaal is o.a. geschikt voor toepassing in:

• Kraanarmen en gieken
• Heavy duty trailers en graafwerktuigen
• Offshore constructies
• Bruggen

Overige hoogsterkte stalen

Naast Strenx® en Dillimax zijn er nog vele andere hoogsterkte stalen.

Zo produceert Tata steel Ympress, Arcelor Mittal Amstrong, Thyssenkrupp N-A-XTRA en XABO en Voestalpine heeft Alform X-treme in hun programma. Deze staalsoorten zijn verkrijgbaar in verschillende treksterktes van tot een maximum van 1.100 N/mm².

Ruukki en SSAB

In 2015 is Ruukki opgegaan het het Zweedse staalbedrijf SSAB. De staalsoorten Domex, Optim en Weldox zijn vervangen voor een nieuwe staalsoort, Strenx® genaamd.

Tosec kan vrijwel alle staalsoorten met een hoge sterkte verwerken. Een groot deel van de bovenstaande materiaalkwaliteiten zijn bovendien vanuit voorraad leverbaar, waardoor wij u snel kunnen helpen!

Slijtvast staal – slijtvaste plaat

Slijtvast staal is zoals de naam al doet vermoeden een staalsoort met een hoge weerstand tegen slijtage.

Taaiheid, hardheid en slijtvastheid zijn de kenmerkende eigenschappen van deze metaalsoort. De weerstand tegen slijtage door wrijving of impact van granulaat (stenen, grind, zand, puin en metaal) wordt verkregen door het materiaal te harden. Het materiaal met de hoogste hardheid zal het materiaal met de lagere hardheid doen slijten. Daarom is het van belang dat slijtvaste platen een zeer hoge hardheid hebben. Hardheid alleen is echter niet voldoende. Het materiaal moet ook taai zijn om weerstand te kunnen bieden te kunnen bieden tegen directe impact. Als het materiaal niet taai is, zal het geneigd zijn om bij harde klappen te breken.

Slijtvast staal wordt ingezet in verschillende sectoren:

• Mijnbouw
• Steengroeven
• Cementfabrieken
• Betoncentrales
• Asfaltcentrales
• Landbouwmachines
• Grondverzetmachines en graafwerktuigen
• Recyclingwerktuigen
• Offshore-sector
• Bulkoverslag zoals kolen- en en ijzerertsoverslag
• Transportbandinstallaties

Bekende slijtvaste staalsoorten zijn Hardox® wear plate, Dillidur, Durabor.

Lees ons uitgebreide artikel over Hardox® wear plate

Chemische samenstelling slijtvast staal

Net als bij andere staalsoorten is ook bij slijtvast staal de chemische samenstelling van groot belang.

Slijtvast staal bevat een relatief hoog percentage koolstof, hierdoor wordt de hardheid gewaarborgd. Andere legeringselementen die een positieve invloed hebben op de slijtvastheid zijn mangaan, chroom, nikkel, borium en vanadium. Deze eigenschappen zorgen in de juiste samenstelling voor de juiste hardingsdiepte, slijtvastheid en corrosiebestendigheid.

Slijtvast staal is vanwege de hoge koolstofequivalent, de chemische samenstelling en de hardheid van het materiaal moeilijk te verspanen. Om deze eigenschappen te kunnen bewaren is het bovendien raadzaam om zo min mogelijk warmte in te brengen (bijvoorbeeld tijdens het lassen). Wij hebben ervaring met alle bekende slijtvaste staalsoorten en kunnen u adviseren over de meeste geschikte materialen en de bewerking ervan.

Hardox® wear plate

Hardox® wear plate is een slijtvast staal dat net als Strenx® geproduceerd wordt door SSAB. Hardox® wear plate is één van de bekendste slijtvaste staalsoorten en heeft een hoge hardheid, is taai en heeft goede bewerkingseigenschappen. Daarnaast is Hardox® wear plate een slijtvast staal met een hoge sterkte, waardoor het mogelijk is om dunnere platen te gebruiken. Hierdoor is een aanzienlijke gewichtsbesparing te realiseren. Bovendien is Hardox® wear plate ook bij lage temperaturen slijtvast.

Metaalbewerking & toepassing van Hardox® wear plate

Hardox® wear plate bevat een relatief laag percentage koolstof en relatief hoog percentage mangaan, chroom en nikkel. Het heeft een hoge slijtvastheid tegen steen, rots, metaal, grind, kolen en ander abrasief materiaal. Hardox® wear plate is uitstekend te lassen, te snijden en te buigen. Ook het verspanen, boren en frezen van Hardox® wear plate is mogelijk.

Deze slijtvaste staalsoort vind zijn toepassing in:

• Containers, vuilniswagens, kiepbakken
• Grijperarmen, graafbakken, slijtmessen en slijtplaten
• Hakselaars, slagmolens en zeefinstallaties
• Transportbandinstallaties, vultrechters en bunkers
• Asfaltcentrales, recyclinginstallaties, betoncentrales, mijnbouw en kolenoverslag

Hardox® wear plate verkrijgt zijn mechanische eigenschappen door een serie warmtebehandelingen. Daarom is het niet meer bedoeld om door de gebruiker nog een warmtebehandeling te ondergaan omdat dan de materiaaleigenschappen veranderen.

Dillidur

Dillidur is een slijtvast staal van de Duitse staalfabrikant Dillinger Dillidur combineert een maximale weerstand tegen slijtage met een laag materiaalverbruik en uitzonderlijk goede bewerkingseigenschappen.

Dillidur wordt toegepast in constructies waarbij conventioneel staal vernietigd zou worden door de abrasieve materialen. Dillidur wordt toegepast in grondverzet- en mijnbouwwerktuigen. Dit slijtvaste staal is verkrijgbaar met een hardheid van 325 HBW tot 500 HBW. Door de verhoogde levensduur is er minder stilstand van de machines en dat brengt grote economische voordelen met zich mee.

Metaalbewerking & toepassing van Dillidur

Dillidur bevat een relatief hoog percentage mangaan en chroom, waardoor het zijn uitstekende slijtvaste eigenschappen verkrijgt. Het materiaal is met de juiste kennis en ervaring uitstekende te lassen, te buigen en te snijden. Ook het verspanen van Dillidur is mogelijk, wanneer de juiste gereedschappen worden gebruikt.

Dillidur wordt gebruikt in:

• Baggerschepen
• Heftrucks
• Transportbandinstallaties
• Grondverzetmachines
• Recyclingwerktuigen

Overige slijtvaste staalsoorten

Er zijn nog veel meer slijtvaste platen verkrijgbaar van staalfabrikanten over de hele wereld.

Naast de bekende Hardox® wear plate en Dillidur is er bijvoorbeeld ook nog Creusabro van Arcelor Mittal, XAR van Thyssenkrupp en het merkloze, slijtvaste mangaanstaal. Mangaan is één van de legeringselementen om slijtvast staal te verkrijgen maar wordt ook apart als mangaanstaal verkocht. De officiële benaming van mangaanstaal is 42MnV7 of 42MnV7N. Wij hebben ervaring met bijna alle slijtvaste staalsoorten en veel materiaalvarianten zijn rechtstreeks uit voorraad leverbaar. Vraag ons naar de mogelijkheden om slijtvast staal voor u te bewerken.

Staal met bijzondere eigenschappen

Naast de meer standaard constructiestalen, de roestvaste stalen, hoge sterkte en slijtvaste staalsoorten zijn er nog meer staalsoorten met bijzondere eigenschappen. Dit zijn alle staalsoorten die niet in de eerder genoemde categorieën passen.

Roestvast staal – RVS

Roestvast staal of RVS is een staalsoort met uitstekende corrosiebestendige eigenschappen.

RVS bestaat uit een mengsel van voornamelijk ijzer, chroom, nikkel en koolstof. RVS wordt o.a. toegepast in de machinebouw, offshore en petrochemie.

Wanneer RVS in contact komt met zuurstof wordt een chroomoxidehuid gevormd, die het oppervlak en het materiaal beschermt tegen corrosie. Hierdoor wordt verdere roestvorming tegengegaan. Om de corrosiebestendige eigenschappen te verkrijgen is er minimaal 11 tot 12% chroom en maximaal 1,2% koolstof nodig. Naast chroom, nikkel en koolstof zijn er ook andere legeringselementen als molybdeen, titanium, mangaan, stikstof en silicium in RVS terug te vinden.

Door het toevoegen van andere elementen (bijvoorbeeld nikkel of molybdeen) wordt het materiaal sterker en corrosiebestendiger. Door het toevoegen van elementen ontstaan meer toepassingsmogelijkheden, maar wordt het materiaal ook duurder.

Verschillende RVS soorten

Om RVS materiaal te kunnen kwantificeren op de corrosieweerbaarheid wordt gewerkt met de Pitting Resistence Equivalent. Hoe hoger deze zogenaamde PRE-waarde, hoe beter het staal bestand is tegen corrosie.

De PRE-waarde wordt als volgt berekend: PRE = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N

Als de PRE-waarde hoger is dan 23, is het materiaal geschikt voor toepassing in de buitenlucht. Vanaf een PRE-waarde van 40 is het roestvast staal geschikt voor toepassing in zeewater.

RVS soorten

Twee veelgebruikte RVS soorten zijn AISI 304 (werkstofnummer 1.4301) en AISI 316 (werkstofnummer 1.4401). AISI is de benaming volgens de Amerikaanse normering en het werkstofnummer is volgens de NEN-EN 10088. Van deze twee austenitische RVS-soorten is AISI 316 het meest geschikt voor gebruik in de buitenlucht, aangezien deze de hoogste PRE-waarde heeft.

RVS Passiveren

Een passieve laag chroomoxide beschermt het metaal tegen corrosie. Echter, door diverse bewerkingen (lassen, buigen of verspanen) kan deze passieve laag aangetast worden, waardoor deze actief wordt. Hierdoor kan de passieve laag niet herstellen en kan corrosie optreden. Door het materiaal te passiveren is het mogelijk om de balans te herstellen waardoor verdere corrosie voorkomen wordt.

Aluminium

Aluminium is een bijzonder metaalsoort. Aluminium is een onedel metaal dat onbehandeld direct een oxidelaag vormt. Deze natuurlijke oxidelaag is 3 tot 10 nanometer dik en beschermt het onderliggende materiaal tegen corrosie. Aluminium is drie keer zo licht als staal, is sterk en in overvloed aanwezig.

Al bij kleine percentages hebben legeringselementen forse impact op de eigenschappen van aluminium. Zuiver aluminium is van zichzelf een zacht metaal met een geringe sterkte. Door legeringselementen toe te voegen worden de mechanische en fysische eigenschappen sterk verbeterd.

Aluminium is iets langer dan een eeuw beschikbaar en is niet meer weg te denken uit de wereld.

Kenmerken van aluminium zijn:

• Goede elektrische geleider
• Licht en sterk
• Corrosiebestendig
• Niet ferromagnetisch
• Duurzaam en 100 % recyclebaar
• Makkelijk te vervormen

Metaalbewerking & toepassing van Aluminium

Aluminium is geschikt voor alle bekende plaatbewerkingen. Het metaal kan vervormd, verspaand en gelast worden. Aluminium is ook geschikt voor lasersnijden en plasmasnijden. Vanwege de lage smelttemperatuur (660 ℃) vereist het lassen van aluminium veel ervaring en kennis.

Aluminium is daarmee het constructiemateriaal bij uitstek voor de vliegtuig- en ruimtevaartindustrie, maar wordt ook in andere sectoren wordt aluminium veelvuldig gebruikt. Aluminium is onder andere terug te vinden in de machinebouw, apparatenbouw, carrosseriebouw, trailerbouw en constructiebouw, maar ook in de offshore en defensie wordt aluminium veel toegepast.