Stål är järn blandat med kol och eventuellt andra metaller. Det är hårdare och starkare än järn. Järn med mer än 1,7 viktprocent kol kallas gjutjärn. Stål skiljer sig från smidesjärn, som har lite eller inget kol.
Egenskaper
Stål kombinerar hög hållfasthet med formbarhet och kan genom värmebehandling och legering skräddarsys för många olika användningsområden. Några viktiga egenskaper är:
- Hållfasthet: Ökar med högre kolhalt och viss legering, vilket gör stål lämpligt för konstruktion och verktyg.
- Seghet och duktilitet: Låga kolhalter ger bättre förmåga att töjas utan att spricka.
- Hårdhet: Kan ökas genom härdning (snabb avkylning) och legeringselement som kol, krom och vanadin.
- Korrosionsbenägenhet: Vanligt kolstål rostar i kontakt med fukt och syre; rostfritt stål innehåller krom som bildar ett skyddande skikt mot korrosion.
- Magnetiska egenskaper: Många ståltyper är ferromagnetiska, men vissa legeringar (t.ex. vissa rostfria ståltyper med hög nickelhalt) är ej magnetiska.
Typer av stål
Stål klassificeras ofta efter kolhalt och legeringsinnehåll:
- Kolstål: Stål där kol är huvudsaklig legeringskomponent. Indelas i lågligert (mjukt och bearbetbart), mellanhårt och höghaltigt kolstål (hårdare och mer sprött).
- Legerat stål: Innehåller andra metaller som krom, nickel, molybden eller vanadin för förbättrade egenskaper (korrosionsbeständighet, hårdhet, seghet).
- Rostfritt stål: En typ av legerat stål med minst ca 10–12 % krom som ger mycket bättre motstånd mot korrosion.
- Verktygsstål: Höglegerade och värmebehandlingsbara stål med hög hårdhet och slitstyrka, avsedda för skärande och formande verktyg.
Tillverkning och värmebehandling
Stål framställs i storskaliga processer, huvudsakligen i masugn följt av ståltillverkning i konverter (Basic Oxygen Furnace) eller i en elektrisk ljusbågsugn där skrot smälts. Efter framställning kan stål genomgå olika värmebehandlingar för att ändra mikrostruktur och egenskaper:
- Härdning: Uppvärmning till austenittemperatur och snabb avkylning för att öka hårdhet.
- Temperering: Återuppvärmning till lägre temperatur efter härdning för att minska sprödhet och öka seghet.
- Anlöpning och glödgning: Används för att avlasta spänningar, finjustera hårdhet och förbättra Maskinbearbetbarhet.
Skillnad mellan stål, gjutjärn och smidesjärn
Skillnaderna ligger främst i kolinnehåll och mikrostruktur:
- Gjutjärn har mer än cirka 1,7 viktprocent kol (kan variera efter definition) och innehåller ofta fläckar av grafit i mikrostrukturen. Det är hårt och bra för gjutna detaljer men sprödare och mindre lämpat för drag- eller böjbelastningar.
- Smidesjärn (historiskt) har mycket lågt kolinnehåll och hög andel slagg, vilket ger god duktilitet och korrosionsmotstånd. Smidesjärn används numera sällan i ren form; många produkter som tidigare kallades smidesjärn är numera låglegerade stål.
- Stål ligger mellan dessa vad gäller kolhalt och kombinerar hållfasthet och seghet; genom legering och värmebehandling kan man uppnå önskade mekaniska egenskaper för specifika användningsområden.
Användningsområden
Stål används mycket brett: byggnader och broar, bilar och tåg, verktyg, maskiner, rörledningar, köksredskap (rostfritt stål) och inom energi- och fordonsindustrin. Valet av stålsort bestäms av krav på styrka, vikt, korrosionsmotstånd och kostnad.
Sammanfattning
Stål är en mångsidig järnlegering där kol och andra legeringsämnen styr materialets egenskaper. Genom olika sammansättningar och värmebehandlingar kan man framställa stål med mycket skilda egenskaper, anpassade för allt från byggkonstruktioner till finmekaniska verktyg. Skillnaden mot gjutjärn och smidesjärn ligger främst i kolhalten och därmed i hållfasthet, duktilitet och användningsområde.
