Lassen van staal 101: Waarom is staal met een laag koolstofgehalte lasbaar en staal met een hoog koolstofgehalte niet?

Volgens de chemische samenstelling van staal kan het worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: koolstofstaal en gelegeerd staal.

Koolstofstaal wordt onderverdeeld in:

(i) Laag koolstofstaal met een koolstofgehalte van minder dan 0,25%;

(ii) Staal met een gemiddeld koolstofgehalte van 0,25 - 0,6%;

(iii) Koolstofrijk staal met een koolstofgehalte van meer dan 0,6%.

Mild staal is een type koolstofstaal met een koolstofgehalte van minder dan 0,25%. Het staat ook bekend als zacht staal vanwege de lage sterkte, lage hardheid en zachtheid.

Mild staal omvat het meeste gewone koolstofstaal voor constructiedoeleinden en sommige koolstofstaalsoorten van hoge kwaliteit. Het wordt meestal gebruikt voor constructiedelen die geen warmtebehandeling nodig hebben en voor mechanische delen die slijtvast moeten zijn, wat kan worden bereikt door carboneren of andere warmtebehandelingen.

Medium koolstofstaal, met een koolstofgehalte van 0,25% tot 0,60%, staat bekend om zijn goede prestaties bij heet werken en snijden, maar slecht laswerk prestaties. Het heeft hogere sterkte en hardheid dan staal met een laag koolstofgehalte, maar een lagere plasticiteit en taaiheid. Het kan direct worden gebruikt in koudgewalste of koudgetrokken materialen, of na warmtebehandeling zonder verdere behandeling.

Met het juiste afschrikken en ontlaten heeft mediumkoolstofstaal goede algemene mechanische eigenschappen, met een maximale hardheid van ongeveer HRC55 (HB538) en een treksterkte van 600 tot 1100 MPa. Dit maakt middelsterk staal tot het meest gebruikte middelsterke materiaal.

Naast het gebruik in de bouw wordt staal met een gemiddelde koolstofwaarde ook vaak gebruikt bij de productie van verschillende mechanische onderdelen.

Staal met hoog koolstofgehalte, met een koolstofgehalte variërend van 0,60% tot 1,70%, staat ook bekend als gereedschapsstaal. Het kan gehard en getemperdmaar heeft slechte lasprestaties. Gereedschap zoals hamers en breekijzers zijn gemaakt van 0,75% koolstofstaal, terwijl snijwerktuigen zoals boren, schroeven en ruimers zijn gemaakt van 0,90% tot 1,00% koolstofstaal.

Vergelijking van laseigenschappen van laag koolstofstaal en hoog koolstofstaal

De lasbaarheid van staal wordt voornamelijk bepaald door de chemische samenstelling, waarbij koolstof de belangrijkste factor is. Hoewel andere legeringselementen in staal ook de lasbaarheid kunnen beïnvloeden, is hun invloed over het algemeen veel kleiner dan die van koolstof.

Koolstofarm staal heeft doorgaans een goede lasbaarheid en vereist geen speciale maatregelen. Bij lage temperaturen of bij het lassen van dikke platen of hoge eisen kan het gebruik van basiselektroden en voorverwarmen echter nodig zijn. Als het koolstof- en zwavelgehalte van koolstofarm staal de bovengrens overschrijdt, moeten maatregelen worden genomen zoals het gebruik van hoogwaardige laagwaterstof laselektroden, voor- en naverwarming en de juiste groefselectie om thermische scheuren te voorkomen.

Staal met een gemiddeld koolstofgehalte is gevoelig voor scheuren tijdens het lassen, vooral als het koolstofgehalte hoog is. Dit komt omdat hoe hoger het koolstofgehalte, hoe groter de neiging tot verharding van de warmte-beïnvloede zone, wat leidt tot een hoger risico op koudscheuren en verminderde lasbaarheid. Het koolstofgehalte van het lasmetaal zal ook toenemen naarmate het koolstofgehalte van het basismateriaal toeneemt, waardoor het risico op scheuren nog groter wordt.

De aanwezigheid van zwavel in staal met een gemiddeld koolstofgehalte kan het risico op thermische scheuren tijdens het lassen vergroten. Om dit risico te beperken, moet een basiselektrode met een goede scheurvastheid worden gebruikt en kunnen maatregelen zoals voorverwarmen en naverwarmen worden genomen om de neiging tot scheuren te verminderen.

Staal met een hoog koolstofgehalte heeft de slechtste lasbaarheid vanwege het hoge koolstofgehalte, wat leidt tot hoge lasspanningen en een groter risico op warm- en koudscheuren in de warmte-beïnvloede zone. Lassen in staal met een hoog koolstofgehalte zijn ook vatbaarder voor hete scheuren vergeleken met staal met een gemiddeld koolstofgehalte. Daarom wordt staal met een hoog koolstofgehalte niet vaak gebruikt in algemene lasconstructies en wordt het alleen gebruikt voor reparatielassen of het afwerken van gietstukken.

Na het lassen is het belangrijk om de gelaste delen te temperen om de spanning te verlichten, de microstructuur te stabiliseren en scheuren te voorkomen, waardoor de prestaties van de las verbeteren.