Dei ulike ståltypane

Opne bilete i eit nytt vindauge

CC BY-NC

Bilete: Thorfinn Bekkelund

Omtrent 90 prosent av verdas stålprodukt går til dei ulegerte ståla. Ulegert stål har eit karboninnhald på 0,01–2,0 prosent. Eigenskapane blir bestemt av karboninnhaldet, sjølv om det også er fosfor, svovel, nitrogen og andre delar til stades. Både ulegert og legert stål kan vere valsa eller støypt. Typiske bruksområde for ulegert støypestål med middels C-innhald er i maskinar, reiskapar og utstyr for møller, valsar og bygningskonstruksjonar. Materiale med høgt C-innhald blir mykje nytta i verktøy som blir brukt i metallindustrien der metall skal formast. Maskinverktøy av forskjellige støypeprodukt som skal ha høg hardleik, høg stivleik og motstand mot avverknad, blir produserte av denne typen material.

Legert stål er tilsett større mengder legeringselement for å oppnå ønska kvalitetar. Legeringselementa kan vere nikkel, krom, mangan, molybden, kobolt, vadium og silisium. Både ulegert og legert stål kan vere valsa eller støypt.

CC BY-NC-SA

Bilete: Kim Kyung-Hoon

Lavlegert stål inneheld meir mangan eller silisium enn det som går med til deoksidasjonsprosessen. Utanom jern inneheld stålet 2–4 prosent andre legeringselement.

Lavlegert støypestål blir brukt typisk i offshorekonstruksjonar, stempeltoppar, sylinderdeksel, slitedelar, beltesko og gravemaskintenner.

Dette stålet vil innehalde hovudlegeringselement som nikkel, krom eller molybden og små mengder med vanadium, kopar og bor. Materialet har større seigleik, betre motstandsevne mot atmosfærisk korrosjon, toler større utmatting og slitasje og er lettare å sveise samanlikna med ulegert støypestål. Stål og støypestål under denne gruppa inneheld mindre mengder med legeringstilsetningar. Tilsetningane varierer etter kva eigenskapar ein ønsker å framheve i produkta.

Kromstål

Kromstål har høg herdeevne og styrke. Det er lettare å tilarbeide enn nikkelstål av tilsvarande styrke. Kromstål blir brukt når det er behov for høg hardleik, til dømes i senker, kulelager, sikkerheitsskap, valserullar, filer og verktøy. Kromstål har elles betre høgtemperaturstyrke enn ulegert stål.

Nikkelstål

Nikkel aukar fastleiken og reduserer duktiliteten og seigleiken forholdsvis lite. Herdeevna blir forbetra, slik at lengre avkjølingshastigheit kan brukast, med tilhøyrande betre kontroll av herdinga og av stabile dimensjonar. Skårslagevna, især ved låge temperaturar, blir forbetra. Ulempa er at nikkel er kostbart, og det viser seg at legeringar basert på krom og mangan ofte er like konkurransedyktige. Legeringar med opptil 6 prosent nikkel (0,1–0,5 % karbon < 0,8 % mangan) blir blant anna brukte til veivakslingar, veivstenger, akslingar m.m. Med 20–30 prosent nikkel blir legeringane umagnetiske og seige, med låg termisk utvidingskoeffisient, slik at desse kan brukast i motorar og turbinblad.

Nikkelkrom-stål

Nikkelkrom-stål kombinerer fordelane både med krom og nikkel i legeringa. Dei er karakteriserte ved høg styrke, god herdbarevne, og dei har god slipestyrke. Dei blir blant anna brukte til verktøy og kulelager. Djupna på herdinga blir auka samanlikna med nikkel- eller kromstål. Luftherding er i enkelte tilfelle mogleg ved bestemte legeringar.

Krommolybden-stål

Krommolybden-stål gir til saman både god duktilitet og seigleik og tillèt sponskjerande tilarbeiding. Molybden utvidar arbeidstemperaturen samanlikna med krom, både når det gjeld styrke og seigherdsle. Typiske samansetjingar er av storleik 1 prosent krom, 0,5 prosent molybden.

Kromvanadium-stål

Kromvanadium-stål har betre seigherdsle og betre utmattingseigenskapar enn reine kromstål. Typiske bruksområde elles er akslingar, smigods til lokomotiv m.m.

Hurtigstål/verktøystål

Hurtigstål/verktøystål har rundt 0,6–0,8 prosent C, 12–18 prosent W, 3–4 prosent Cr og mindre mengder andre legeringselement, som vanadium og molybden. Somme typar har også eit forholdsvis høgt innhald av kobolt (10 % og meir). Hurtigståla beheld fastleiken og hardleiken sin til forholdsvis høge temperaturar på grunn av en utskiljing av stabile karbidar. Verktøystål har vanlegvis høgt karboninnhald. Dei kan vere både ulegerte, legerte og somme også svært høgt legerte. Samansetjinga av verktøystål varierer for å dekke ulike bruksområde. Karboninnhaldet på opptil cirka 0,7–0,9 prosent gir grunnlag for danning av martensittisk struktur. Men når meir karbon blir brukt, blir overskytande mengde tilgjengeleg til å danne karbidar av krom, wolfram, molybden og vanadium. Slike karbidar er svært harde. Wolfram- og molybdenkarbidar er også svært temperaturherdige og blir brukte i hurtigstål, som kan brukast sjølv når dei er raudglødande.

Støypestål er stål som eignar seg for ei endeleg forming ved støyping. Det blir brukt til formål der styrke og duktilitet hos støypejernet ikkje er tilstrekkeleg. På same tid kan det sveisast og maskinerast.

Høglegerte støypestål

Det er naturleg å dele høglegerte støypestål inn i tre grupper: varmefaste støypestål, rustfrie støypestål og slitestål. Varmefaste støypestål har god seigleik, høg strekkfastleik og god motstand mot skalling og danning av grafittflak.

Nokre typiske bruksområde er varmebehandlingsomnar, røsteomnar og digler. Ståla blir også brukte i miljø der det blir sett krav til god motstand mot oksidasjon, temperaturpåverknad og svovelhaldige gassar.

Rustfrie støypestål

Rustfrie støypestål har stor fastleik og seigleik og gode korrosjonseigenskapar. Støypte slitestål: Dette materialet er svært slitesterkt, har god seigleik, utmattingseigenskapar og herdbarevne.

Opne bilete i eit nytt vindauge

CC BY-NC-SA

Bilete: NTB scanpix, Corbis

Ei avgrensing for dei ulegerte og låglegerte ståla er at dei reagerer med omgivnadene. Dei korroderer i vatn og fuktig miljø, og det blir danna glødeskal ved påverknad av høg temperatur.

Ved innlegering av større mengder krom blir det likevel danna ein film av kromoksid på stålet, som senkar korrosjons- og oksidasjonsreaksjonane. Dei enkle rustfrie ståla inneheld cirka 12 prosent krom. Kvalitetar med betre korrosjonsherdsle har nærmare 20 prosent krom og er legert med nikkel, molybden o.l.

Definisjonen på et rustfritt stål er at det inneheld minimum 12 prosent krom (Cr). Ingen stål er i realiteten rustfrie, men motstanden mot korrosjon og rustangrep er betre for dei høglegerte enn for de låglegerte ståla.