De ulike ståltypene
Omtrent 90 prosent av verdens stålprodukter går til de ulegerte stålene. Ulegert stål har et karboninnhold på 0,01–2,0 prosent. Egenskapene bestemmes av karboninnholdet, selv om det også er fosfor, svovel, nitrogen og andre bestanddeler til stede. Både ulegert og legert stål kan være valset eller støpt. Noen typiske anvendelsesområder for ulegert støpestål med middels C-innhold er i maskiner, redskaper og utstyr for møller, valser og bygningskonstruksjoner. Materialer med høyt C-innhold brukes mye i verktøy som blir brukt i metallindustrien der metall skal formes. Maskinverktøy av forskjellige støpeprodukter som skal ha høy hardhet, høy stivhet og motstand mot avvirkning, produseres av denne typen materialer.
Legert stål er tilsatt større mengder legeringselementer for å oppnå ønskede kvaliteter. Legeringselementene kan være nikkel, krom, mangan, molybden, kobolt, vadium og silisium. Både ulegert og legert stål kan være valset eller støpt.
Lavlegert stål inneholder mer mangan eller silisium enn det som går med til deoksidasjonsprosessen. Utenom jern inneholder stålet 2–4 prosent andre legeringselementer.
Lavlegert støpestål brukes typisk i offshorekonstruksjoner, stempeltopper, sylinderdeksler, slitedeler, beltesko og gravemaskintenner.
Dette stålet vil inneholde hovedlegeringselementer som nikkel, krom eller molybden og små mengder med vanadium, kobber og bor. Materialet har større seighet, bedre motstandsevne mot atmosfærisk korrosjon, tåler større utmatting og slitasje og er lettere å sveise i forhold til ulegert støpestål. Stål og støpestål under denne gruppen inneholder mindre mengder med legeringstilsetninger. Tilsetningene varierer etter hvilke egenskaper som en ønsker å fremheve i produktene.
Kromstål
Kromstål har høy herdbarhet og styrke. Det er lettere å bearbeide enn nikkelstål av tilsvarende styrke. Kromstål brukes når det er behov for høy hardhet, for eksempel i senker, kulelager, sikkerhetsskap, valseruller, filer og verktøy. Kromstål har for øvrig bedre høytemperaturstyrke enn ulegert stål.
Nikkelstål
Nikkel øker fastheten og reduserer duktiliteten og seigheten forholdsvis lite. Herdbarheten forbedres slik at lengre avkjølingshastighet kan brukes, med tilhørende bedre kontroll av herdingen og av stabile dimensjoner. Skårslagheten, især ved lave temperaturer, forbedres. Ulempen er at nikkel er kostbart, og det viser seg at legeringer basert på krom og mangan ofte er like konkurransedyktige. Legeringer med opptil 6 prosent nikkel (0,1–0,5 % karbon < 0,8 % mangan) brukes blant annet til veivakslinger, veivstenger, akslinger mv. Med 20–30 prosent nikkel blir legeringene umagnetiske og seige, med lav termisk utvidelseskoeffisient, slik at disse kan brukes i motorer og turbinblader.
Nikkelkrom-stål
Nikkelkrom-stål kombinerer fordelene både med krom og nikkel i legeringen. De er karakterisert ved høy styrke, god herdbarhet, og de har god slipebestandighet. De brukes blant annet til verktøy og kulelager. Dybden på herdingen økes i forhold til nikkel- eller kromstål. Luftherding er i enkelte tilfeller mulig ved bestemte legeringer.
Krommolybden-stål
Krommolybden-stål gir til sammen både god duktilitet og seighet og tillater sponskjærende bearbeiding. Molybden utvider arbeidstemperaturen i forhold til krom, både med hensyn til styrke og seigbestandighet. Typiske sammensetninger er av størrelsesorden 1 prosent krom, 0,5 prosent molybden.
Kromvanadium-stål
Kromvanadium-stål har bedre seigbestandighet og bedre utmattingsegenskaper enn rene kromstål. Typiske anvendelsesområder ellers er akslinger, smigods til lokomotiver mv.
Hurtigstål/verktøystål
Hurtigstål/verktøystål har rundt 0,6–0,8 prosent C, 12–18 prosent W, 3–4 prosent Cr og mindre mengder andre legeringselementer, som vanadium og molybden. Noen typer har også et forholdsvis høyt innhold av kobolt (10 % og mer). Hurtigstålene beholder sin fasthet og hardhet til forholdsvis høye temperaturer på grunn av en utskilling av stabile karbider. Verktøystål har vanligvis høyt karboninnhold. De kan være både ulegerte, legerte og noen også meget høyt legerte. Sammensetningen av verktøystål varierer for å dekke ulike bruksområder. Karboninnholdet på opptil cirka 0,7–0,9 prosent gir grunnlag for dannelse av martensittisk struktur. Men når mer karbon brukes, blir overskytende mengde tilgjengelig til å danne karbider av krom, wolfram, molybden og vanadium. Slike karbider er meget harde. Wolfram- og molybdenkarbider er også meget temperaturbestandige og benyttes i hurtigstål, som kan brukes selv når de er rødglødende.
Støpestål er stål som egner seg for en endelig forming ved støping. Det anvendes til formål hvor styrke og duktilitet hos støpejernet ikke er tilstrekkelig. Samtidig kan det sveises og maskineres.
Høylegerte støpestål
Det er naturlig å dele høylegerte støpestål inn i tre grupper: varmefaste støpestål, rustfrie støpestål og slitestål. Varmefaste støpestål har god seighet, høy strekkfasthet, god motstand mot skalling og dannelse av grafittflak.
Noen typiske anvendelsesområder er varmebehandlingsovner, røsteovner og digler. Stålene anvendes også i miljøer hvor det settes krav til god motstand mot oksidasjon, temperaturpåvirkning og svovelholdige gasser.
Rustfrie støpestål
Rustfrie støpestål har stor fasthet og seighet samt gode korrosjonsegenskaper. Støpte slitestål: Dette materialet er svært slitesterkt, har god seighet, utmattingsegenskaper og herdbarhet.
En begrensning for de ulegerte og lavlegerte stålene er at de reagerer med omgivelsene. De korroderer i vann og fuktig miljø, og det dannes glødeskall ved påvirkning av høy temperatur.
Ved innlegering av større mengder krom blir det imidlertid dannet en film av kromoksid på stålet, som senker korrosjons- og oksidasjonsreaksjonene. De enkle rustfrie stålene inneholder cirka 12 prosent krom. Kvaliteter med bedre korrosjonsbestandighet har nærmere 20 prosent krom og er legert med nikkel, molybden o.l.
Definisjonen på et rustfritt stål er at det inneholder minimum 12 prosent krom (Cr). Ingen stål er i realiteten rustfrie, men motstanden mot korrosjon og rustangrep er bedre for de høylegerte enn for de lavlegerte stålene.