Gepubliceerd op 18-03-2021

Staal

betekenis & definitie

Algemeene naam voor een smeedbare ijzersoort. In de vroegere tijden onderscheidde men ruwijzer, het product van den hoogoven, met een koolstofgehalte van minstens 2.3 pCt., gemakkelijk smeltbaar, doch niet smeedbaar; staal met een koolstofgehalte van hoogstens 1.7 pCt., moeilijk smeltbaar, doch met eenige voorzorgen smeedbaar en dat bovendien kan worden gehard, en smeedijzer of kortweg ijzer met een koolstofgehalte van hoogstens 0.6 pCt., dat niet in vloeibaren toestand was te verkrijgen, zich gemakkelijk laat smeden en lasschen en geen harding aanneemt.

Hiermede overeenkomende vertoonde ruw ijzer een grof kristallijne breuk, staal een fijn kristallijne breuk en smeedijzer een vezelachtige breuk.Sinds de invoering van het Siemens-Martin proces tot bereiding van ijzer en staal, is deze onderscheiding geheel onjuist geworden. Hierbij toch bleek, dat het gehalte aan koolstof geen kenmerk was voor het verschil van ijzer en staal, doch alleen de vorm — chemisch gebonden of in vrijen toestand — waarin deze koolstof in het ijzer voorkwam, hetgeen samenhangt met de bereidingswijze. In Duitschland, Oostenrijk en Zweden is toen als kenmerk ingevoerd, het aannemen van harding, waaronder niet moet worden verstaan, dat het materiaal, na verwarming tot roodgloeihitte en daarop gevolgde afkoeling in zuiver water, te hard is geworden om met vijl en beitel bewerkt te kunnen worden, doch alleen dat de hardheid en brosheid, dus de structuur van het materiaal is veranderd. IJzer nu neemt geen harding aan, staal echter wel. Hoewel in het algemeen staal een hoogere vastheid heeft dan ijzer, en de brosheid van gehard staal grooter is dan van ongehard, is dit echter volstrekt niet regelmatig het geval en doen zich hierbij, voor het oppervlakkig oordeel, de meest tegenstrijdige verschijnselen voor. Op welke wijze de structuur van het staal bij het aannemen van harding verandert is nog niet bekend en behoort tot de moeilijkste vraagstukken van den tegenwoordigen tijd, ofschoon met zekerheid te zeggen is, dat de vorm, waarin de koolstof in het materiaal voorkomt de hoofdrol speelt. Een en ander is dan ook oorzaak dat het bestek niet toelaat nader op deze zeer eigenaardige verschijnselen in te gaan.

IJzer en staal worden uit ruw ijzer door ontkoling verkregen. In vroegere tijden geschiedde dit alleen door het ren-, frisch- en puddelproces, welke bij het artikel IJzer nader zijn omschreven, en waarbij de ontkoling voor het bereiden van staal niet zoover werd doorgevoerd als voor ijzer noodig was.

Bij deze methoden bleef het materiaal in deegachtigen, niet vloeibaren toestand. De langzame bereidingswijze en de betrekkelijk kleine hoeveelheid, welke hiermede verkregen kon worden, was oorzaak, dat de Engelschman Bessemer een nieuw procédé uitvond, het Bessemerproces, waarbij deze bezwaren werden opgeheven. Bessemer maakte gebruik van een eivormige, plaatijzeren retort, convertor genaamd, van binnen met een laag vuurvaste klei bekleed en van boven open. Aan deze retort zijn twee horizontale tappen bevestigd, die op tappannen rusten en veroorloven het toestel te wentelen. Een dier tappen is hol en staat in verbinding met een onder in de retort aangebrachte windkast met blaasgaten. De retort wordt met gesmolten ruw ijzer gevuld, waarna lucht- door de windkast met blaasgaten in het gesmolten metaal wordt geblazen.

Hierdoor wordt een zoo snelle ontkoling verkregen, dat in 10 a 15 minuten het koolstofgehalte van meer dan 2.3 pCt. tot minder dan 0.6 pCt. is teruggegaan, en verhit zich het metaal hierbij zoo sterk, dat het niettegenstaande dit lage koolstofgehalte dun vloeibaar blijft. Nu wordt de retort gewenteld en het vloeibaar metaal in vierkante vormen, coquilles geheeten, gegoten. De zoo verkregen blokken zijn echter nog vol gaten, afkomstig van gassen welke bij de afkoeling in de coquille niet kunnen opstijgen, zoodat zij onder stoomhamers en walsen verdicht moeten worden om ze voor verder gebruik geschikt te maken, wat trouwens bij de oudere procédé’s door de aanwezigheid van slakken in de deegachtige massa in nog veel sterker mate noodig was.

Voor het vervaardigen van staal wordt na het eindigen van het proces weder wat gesmolten ruw ijzer toegevoegd, daar de ontkoling in de Bessemer convertor steeds te ver gaat en dit niet is te regelen.

Daar het ruwijzer buiten de elementen ijzer en koolstof, ook nog silicium, mangaan, phosphorus, enz. bevat, bleek het zoo verkregen materiaal zeer goed mits het ruw ijzer geen of zeer weinig phosphorus bevatte. Bovendien ging het procédé zoo snel, dat het regelen en daardoor het verkrijgen van een bepaalde qualiteit zeer lastig was. Een en ander maakte dan ook dat de gebroeders Martin in Frankrijk trachtten hierbij door samensmelting van ruw ijzer en koolstofarm ijzer, ijzer en staal te vervaardigen in een gewonen vlamoven, waarbij zij de groote warmte om het koolstofarm ijzer te smelten, verkregen door den inmiddels uitgevonden Siemens regeneratoroven, waarin een zeer hooge temperatuur ontstaat door verbranding van een mengsel kooloxyde en voorgewarmde lucht. In denzelfden oven kan de ontkoling van het ruw ijzer ook w7orden verkregen door toevoeging van ijzererts, terwijl het langzame verloop het mogelijk maakt ook andere stoffen toe te voegen, zoowel direct als in den vorm eener bekleeding en nu ook phosphorrijk ruw ijzer kan worden bewerkt.

Inmiddels waren door Thomas en Gilchrist pogingen aangewend om alsnog den Bessemer convertor geschikt te maken voor het bewerken van phosphorrijk ruw ijzer, hetgeen gelukte door het aanbrengen van een voering met dolomiet, welk mineraal voor dit doel ook bij het Siemens-Martin proces wordt gebruikt. In verband met de hierbij optredende chemische werkingen, spreekt men bij het gebruik van dolomiet van het basische proces, bij het eenvoudige gebruik eener vuurvaste bekleeding van het zure proces.

De vele voordeelen aan de Siemens-Martin methode verbonden zijn oorzaak geweest, dat deze zich zeer snel over de wereld verspreidde, en tegenwoordig de meest gebruikelijke methode is geworden.

Het vorenstaande te zamen vattende kan dus staal verkregen worden:

1e. in deegachtigen toestand, als welijzer en welstaal, volgens het frisch- en puddelproces, en het hierna te beschrijven cementeerproces;
2e. in vloeibaren toestand, als vloeiijzer en vloeistaal, volgens het Bessemer, respectieve Thomasproces en het Siemens-Martin proces.

Zoo eenvoudig als deze onderscheiding is, werd hier te lande heel wat verwarring gesticht door Engeland en Amerika, welke met de naam „steel” alle materialen betitelen, die langs vloeibaren weg zijn verkregen, dus heel wat anders dan men in Duitschland en Oostenrijk onder „stahl” verstaat.

Een geheel afwijkende wijze om staal te vervaardigen geeft het cementeerproces. Hierbij worden ijzeren staven, met gering koolstofgehalte, laagsgewijze bestrooid met koolstofhoudend poeder, cementeerpoeder, in luchtdicht afgesloten kasten geplaatst en daarna sterk gegloeid, gedurende langen tijd. Het cementeerpoeder wordt dan door het koolstofarme ijzer opgenomen en er wordt staal gevormd. Deze methode gaat alleen bij kleine hoeveelheden en duurt zeer lang. In vroegere tijden was dit de manier staal te verkrijgen, tegenwoordig is het een tusschenproduct geworden, uitgangspunt voor de bereiding van fijne staalsoorten, zoogenaamd qualiteitsstaal, door omsmelting.

Reeds voor de invoering van den Siemens regenatoroven, waren al menige pogingen aangewend om het staal te gieten in vormen, zooals zulks bij gietijzer, brons, messing, enz. mogelijk is. De hooge temperatuur hiervoor noodig was een ernstig bezwaar, en gelukte dit het eerst aan de bekende firma Fried. Krupp te Essen, welke het metaal in kleine kroezen, geheel in een heftig brandend cokesvuur geplaatst tot smelten bracht. Voor grootere gietstukken was dan een respectabel aantal kroezen noodig, waarbij allerlei kunstgrepen vereischt werden om een bruikbaar gietstuk te verkrijgen, zoodat het geheele bedrijf met de meeste geheimzinnigheid werd behandeld. Bij de allengs ontstane vraag naar meerdere en grootere gietstukken, voornamelijk voor de dynamofabricage en scheepsbouw, was deze methode veel te kostbaar en bleek ook hier de Siemens-Martin oven de gewenschte uitkomst te geven. In den laatsten tijd is ook de Bessemer convertor voor dit doel geschikt gebleken, zoodat dit bedrijf in sommige streken ingang heeft gevonden. Nog steeds is echter het gieten van staal veel moeilijker en veel meer ervaring vereischende dan het gieten van andere materialen door de vele gassen, welke hierbij ontstaan, zoodat bij fabrieken met jarenlange ervaring nog verschillende gietstukken bij de goot mislukken.

Het smelten van staal in kroezen is echter in zwang gebleven voor een anderen tak der staalindustrie, het maken van fijne staalsoorten, zoogenaamd qualiteitsstaal. Voor dit doel worden vooraf afgewogen hoeveelheden cementstaal en andere ijzersoorten, al naar gelang van de samenstelling van het product, hetgeen men wenscht te verkrijgen, in een graphieten kroes gesmolten, in vierkante vormen uitgegoten, om daarna onder stoomhamers en walsen voor het verdere gebruik geschikt gemaakt te worden. Bij dit omsmelten is het dan gemakkelijk mogelijk andere stoffen toe te voegen, als bijv. nikkel, chroom, wolfram, enz. waardoor staal met zeer bijzondere eigenschappen wordt verkregen, meestal bestaande in een verhoogde absolute vastheid en vermeerderde elasticiteit. Het zoo verkregen nikkelstaal wordt veel gebruikt voor kanonnen en pantserplaten, chroomstaal voor de vervaardiging van beitels, enz. enz. Tegenwoordig kan men verschillende van deze soorten qualiteitsstaal ook in den Siemens-Martin-oven vervaardigen. Bij de groote ontwikkeling der metaal-industrie is voor het vervaardigen van beitels in de laatste tijden een zeer bijzonder product ontstaan, het sneldraai- of natuurhardstaal, zijnde een staalsoort, welke de eigenschap heeft, dat de harding bij verwarming niet verdwijnt, maar eer toeneemt, zoodat deze in den zoogen. blauwwarmen toestand eer grooter is, dan in kouden toestand. Met dit soort beitels kan niet alleen op de metaalbewerkingswerktuigen een veel grootere snede worden afgenomen, doch is ook het gebruikelijke koelmiddel om bij het snijden te zorgen, dat de beitel zich niet te veel verwarmt en daardoor aan hardheid verliest, onnoodig geworden.

Bi] de vervaardiging van onderdeelen in de rijwiel-, naaimachine- en gewerenfabricage is het dikwijls gewenscht deze niet van staal doch van ijzer te vervaardigen, waarbij alleen de oppervlakte in staal wordt veranderd. Hiertoe worden de voorwerpen blank geschuurd en met organische koolstof, als hoeven van koeien, enz. in een bus geplaatst, welke daarna in ,een oven worden gegloeid. Deze bewerking heet pakharding. Hetzelfde kan ook worden verkregen door het ijzer in gloeienden toestand te bestrooien met poeder van geel bloedloogzout.

< >