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

Op basis van de chemische samenstelling kan staal worden onderverdeeld in twee hoofdtypen: koolstofstaal en gelegeerd staal.

Koolstofstaal wordt verder ingedeeld in:

(i) Koolstofarm staal: koolstofgehalte < 0,25%
(ii) Staal met een gemiddeld koolstofgehalte: koolstofgehalte 0,25 - 0,60%
(iii) Koolstofstaal: koolstofgehalte > 0,60%

Laag koolstofstaal, ook wel zacht staal genoemd, bevat minder dan 0,25% koolstof. Het wordt gekenmerkt door een relatief lage sterkte, hardheid en vervormbaarheid. Deze categorie omvat de meeste gewone koolstofstaalsoorten en sommige koolstofstaalsoorten van hoge kwaliteit. Mild staal wordt vaak gebruikt voor constructieonderdelen die geen warmtebehandeling nodig hebben en voor mechanische onderdelen die slijtvast moeten zijn, wat kan worden bereikt door carboneren of andere oppervlaktehardingsbehandelingen.

Staal met een gemiddeld koolstofgehalte, met 0,25% tot 0,60% koolstof, is goed warm te bewerken en te bewerken, maar slecht lasbaar. Het heeft een hogere sterkte en hardheid dan laag koolstofstaal, maar een lagere plasticiteit en taaiheid. Staal met een gemiddeld koolstofgehalte kan direct worden gebruikt in koudgewalste of koudgetrokken vormen, of na een warmtebehandeling zonder extra bewerking.

Wanneer het op de juiste manier is afgeschrikt en getemperd, heeft staal met een gemiddeld koolstofgehalte uitstekende algemene mechanische eigenschappen. Het kan een maximale hardheid bereiken van ongeveer HRC55 (gelijk aan HB538) en treksterkten van 600 tot 1100 MPa. Deze eigenschappen maken van middelsterk koolstofstaal het meest gebruikte materiaal voor middelsterke toepassingen. Het wordt op grote schaal gebruikt in de bouw en de fabricage van verschillende mechanische onderdelen.

Staal met een hoog koolstofgehalte, met 0,60% tot 1,70% koolstof, staat ook bekend als gereedschapsstaal. Het is geschikt voor afschrikken en ontlaten, maar heeft een slechte lasbaarheid. Het koolstofgehalte is afgestemd op specifieke toepassingen:

• 0,75% koolstofstaal: Gebruikt voor slaggereedschap zoals hamers en breekijzers
• 0,90% tot 1,00% koolstofstaal: Gebruikt in snijgereedschappen zoals boren, tappen en ruimers

Elke koolstofstaalsoort heeft unieke eigenschappen en wordt geselecteerd op basis van de specifieke vereisten van de toepassing, waarbij factoren zoals sterkte, hardheid, vervormbaarheid en bewerkbaarheid tegen elkaar worden afgewogen.

Vergelijking van laseigenschappen van laag koolstofstaal en hoog koolstofstaal

Vergelijking van laseigenschappen van laag koolstofstaal en hoog koolstofstaal

De lasbaarheid van staal wordt voornamelijk bepaald door de chemische samenstelling, waarbij het koolstofgehalte de meest kritische factor is. Hoewel andere legeringselementen de lasbaarheid kunnen beïnvloeden, is hun invloed over het algemeen minder groot dan die van koolstof.

Koolstofarm staal (meestal <0,25% C) is uitstekend lasbaar en vereist vaak geen speciale voorzorgsmaatregelen. Echter, bij het lassen in omgevingen met lage temperaturen, met dikke platen of voor toepassingen met hoge prestaties, kan het gebruik van basiselektroden en voorverwarming nodig zijn. Als het koolstof- en zwavelgehalte de bovengrens voor staal met een laag koolstofgehalte nadert, moeten extra maatregelen worden genomen om thermisch scheuren te voorkomen. Deze omvatten het gebruik van hoogwaardige laagwaterstof lastoevoegmaterialen, het toepassen van warmtebehandelingen voor en na het lassen en het optimaliseren van het lasontwerp.

Staal met een gemiddeld koolstofgehalte (0,25-0,60% C) is gevoeliger voor lasgeïnduceerd scheuren, vooral naarmate het koolstofgehalte toeneemt. Dit komt door de grotere hardbaarheid van de warmte-beïnvloede zone (HAZ), waardoor het risico op koudscheuren toeneemt en de algehele lasbaarheid afneemt. Bovendien neemt het koolstofgehalte van het lasmetaal evenredig toe met het basismateriaal, waardoor het scheurrisico nog groter wordt.

De aanwezigheid van zwavel in staal met een gemiddeld koolstofgehalte kan de kans op warmscheuren tijdens het lassen aanzienlijk vergroten. Om deze risico's te beperken, is het cruciaal om basiselektroden te kiezen met superieure scheurbestendigheidseigenschappen. De juiste warmtebehandelingen voor en na het lassen kunnen ook effectief de scheurneiging verminderen door de thermische spanningen en microstructurele veranderingen te beheersen.

Staal met een hoog koolstofgehalte (>0,60% C) heeft de meest uitdagende laseigenschappen vanwege het verhoogde koolstofgehalte. Dit resulteert in hoge lasspanningen en een aanzienlijk verhoogd risico op zowel warm- als koudscheuren in de HAZ. Lassen in staal met een hoog koolstofgehalte zijn bijzonder gevoelig voor warmscheuren in vergelijking met staal met een gemiddeld koolstofgehalte. Bijgevolg wordt staal met een hoog koolstofgehalte zelden gebruikt in algemene lasprocessen en is het voornamelijk beperkt tot gespecialiseerde toepassingen zoals reparatielassen of hardfacing van slijtvaste componenten.

Warmtebehandeling na het lassen, in het bijzonder ontlaten, is essentieel voor alle lassen van koolstofstaal, in het bijzonder die van staal met een gemiddeld en hoog koolstofgehalte. Dit proces dient om restspanningen te verlichten, de microstructuur te stabiliseren en het risico op vertraagd scheuren aanzienlijk te verminderen. Goed temperen kan de mechanische eigenschappen, taaiheid en algemene prestaties van de lasverbinding drastisch verbeteren.

Om te zorgen voor optimale resultaten bij het lassen van koolstofstaal, is het cruciaal om rekening te houden met factoren zoals voorverwarm- en tussentemperaturen, controle over de warmte-inbreng, de juiste keuze van toevoegmateriaal en warmtebehandelingsparameters na het lassen. Deze variabelen moeten zorgvuldig worden afgestemd op het specifieke koolstofgehalte en de toepassingsvereisten om foutvrije lassen van hoge kwaliteit met de gewenste mechanische eigenschappen te verkrijgen.