Koolstofstaal¶
Samenvatting¶
Koolstofstaal is één van de meest gebruikte constructiematerialen ter wereld. Het bestaat voornamelijk uit ijzer (Fe) en een relatief kleine hoeveelheid koolstof (C). Door de hoeveelheid koolstof aan te passen, kunnen de sterkte, hardheid en bewerkbaarheid van het staal worden beïnvloed.
In vergelijking met roestvast staal is koolstofstaal goedkoper, eenvoudiger verkrijgbaar en vaak gemakkelijker te lassen en te verspanen. Het grote nadeel is dat het nauwelijks bestand is tegen corrosie. Zonder bescherming zal koolstofstaal in contact met vocht en zuurstof gaan roesten.
Binnen de machinebouw wordt koolstofstaal daarom veel toegepast voor constructiedelen, frames en ondersteuningen. Wanneer bescherming tegen corrosie nodig is, wordt het materiaal meestal voorzien van een coating, verzinking of een andere oppervlaktebehandeling.
Theorie¶
Wat is koolstofstaal?¶
Koolstofstaal is een staalsoort waarbij koolstof het belangrijkste legeringselement is. Naast ijzer en koolstof bevat het vaak kleine hoeveelheden elementen zoals mangaan, silicium of fosfor, maar veel minder legeringselementen dan roestvast staal.
De hoeveelheid koolstof bepaalt voor een groot deel de eigenschappen van het materiaal:
- Lage koolstofgehaltes zorgen voor een taai en goed lasbaar staal.
- Hogere koolstofgehaltes maken het staal harder en sterker, maar ook moeilijker te lassen.
Voor constructies wordt meestal laag-koolstofstaal gebruikt.
Waarom is koolstof belangrijk?¶
Koolstof beïnvloedt de structuur van staal.
Door meer koolstof toe te voegen:
- neemt de sterkte toe;
- wordt het materiaal harder;
- neemt de slijtvastheid toe.
Daar staat tegenover dat:
- de taaiheid afneemt;
- de lasbaarheid vermindert;
- het materiaal gevoeliger wordt voor scheurvorming tijdens het lassen.
Het kiezen van het juiste koolstofgehalte is daarom altijd een afweging tussen sterkte en verwerkbaarheid.
Eigenschappen van koolstofstaal¶
Hoge sterkte¶
Koolstofstaal heeft uitstekende mechanische eigenschappen en is geschikt voor constructies die grote belastingen moeten opnemen.
Daarom wordt het veel gebruikt voor:
- machineframes;
- draagconstructies;
- fundaties;
- ondersteuningen.
Goede bewerkbaarheid¶
Laag-koolstofstaal is relatief eenvoudig te:
- zagen;
- draaien;
- frezen;
- boren;
- lassen.
Hierdoor is het populair in de machinebouw.
Lage materiaalkosten¶
Vergeleken met RVS, Duplex of Hastelloy is koolstofstaal aanzienlijk goedkoper.
Dit maakt het aantrekkelijk voor onderdelen die niet in contact komen met corrosieve media.
Slechte corrosiebestendigheid¶
Het grootste nadeel van koolstofstaal is de gevoeligheid voor roest.
Wanneer onbehandeld staal wordt blootgesteld aan:
- vocht;
- zuurstof;
- regen;
- condens;
zal zich ijzeroxide vormen, beter bekend als roest.
Daarom is bescherming vrijwel altijd noodzakelijk.
Corrosiebescherming¶
Om koolstofstaal tegen corrosie te beschermen worden verschillende technieken toegepast.
Veel voorkomende methoden zijn:
- schilderen;
- poedercoaten;
- verzinken;
- epoxycoatings;
- polyurethaancoatings;
- rubberbekleding;
- kunststofcoatings zoals Halar.
De keuze hangt af van de omgeving waarin het onderdeel wordt gebruikt.
Koolstofstaal versus RVS¶
| Eigenschap | Koolstofstaal | RVS 316L |
|---|---|---|
| Sterkte | Hoog | Hoog |
| Corrosiebestendigheid | Slecht | Zeer goed |
| Lasbaarheid | Goed | Goed |
| Kosten | Laag | Hoger |
| Onderhoud | Meer | Minder |
Voor droge constructies kan koolstofstaal een uitstekende keuze zijn. Bij productcontact of corrosieve omstandigheden wordt meestal gekozen voor roestvast staal.
Veelgebruikte staalsoorten¶
Binnen de Europese machinebouw worden vaak constructiestalen gebruikt volgens de EN 10025-norm.
Enkele veelvoorkomende kwaliteiten zijn:
| Kwaliteit | Toepassing |
|---|---|
| S235 | Algemene constructies |
| S275 | Zwaardere constructies |
| S355 | Constructies met hogere sterkte-eisen |
De letter S staat voor Structural Steel.
Het getal geeft de minimale vloeigrens aan in MPa.
Lassen van koolstofstaal¶
Koolstofstaal is over het algemeen goed lasbaar.
Afhankelijk van de dikte en het koolstofgehalte kan het nodig zijn om:
- voor te verwarmen;
- geschikte toevoegmaterialen te gebruiken;
- gecontroleerd af te koelen.
Bij hogere koolstofgehaltes neemt de kans op scheurvorming toe.
Waar wordt koolstofstaal toegepast?¶
Typische toepassingen zijn:
- machineframes;
- ondersteuningsconstructies;
- fundaties;
- bordessen;
- transportframes;
- hijsvoorzieningen;
- motorsteunen.
Wanneer het onderdeel geen direct contact heeft met agressieve procesmedia, is koolstofstaal vaak een economische keuze.
Wanneer is koolstofstaal niet geschikt?¶
Koolstofstaal wordt meestal vermeden wanneer:
- het product corrosief is;
- hoge hygiëne-eisen gelden;
- regelmatig wordt gereinigd met agressieve middelen;
- langdurig contact met vocht optreedt;
- voedsel of farmaceutische producten worden verwerkt.
In deze gevallen zijn RVS of speciale legeringen vaak beter geschikt.
Praktijk bij Jongia¶
Hoewel veel productcontactdelen van Jongia uit roestvast staal worden vervaardigd, worden constructiedelen regelmatig uit koolstofstaal gemaakt. Denk aan machineframes, motorsteunen, ondersteuningsconstructies of fundatieplaten.
Omdat deze onderdelen vaak worden blootgesteld aan vocht of industriële omstandigheden, worden ze meestal voorzien van een coatingsysteem dat past bij de verwachte corrosiebelasting. De keuze voor een coating wordt onder andere bepaald aan de hand van de corrosieklassen volgens ISO 12944 (zoals C3, C4 of C5).
Door koolstofstaal alleen toe te passen waar de eigenschappen voldoende zijn, kunnen de kosten van een installatie aanzienlijk worden verlaagd zonder in te leveren op betrouwbaarheid.
Veelgemaakte fouten¶
- Denken dat alle staalsoorten hetzelfde zijn. Koolstofstaal en roestvast staal verschillen sterk in samenstelling en corrosiebestendigheid.
- Onbehandeld koolstofstaal buiten toepassen. Zonder bescherming zal het materiaal snel corroderen.
- Aannemen dat een coating het materiaal onverwoestbaar maakt. Beschadigingen aan de coating kunnen alsnog leiden tot roestvorming.
- Alleen naar de aanschafprijs kijken. Een goedkoop materiaal kan uiteindelijk duurder zijn wanneer veel onderhoud nodig is.
- Koolstofstaal gebruiken voor productcontact zonder de procesomstandigheden te beoordelen. In de voedingsmiddelen-, farmaceutische en chemische industrie is roestvast staal vaak de betere keuze.