In de wereld van vandaag zien en gebruiken we overal stalen constructies. Het bestaan van de spoorwegen die we elke dag gebruiken, van thuis naar werk, of een van ‘s werelds meest bezochte toeristische attractie Point Eiffel toren, wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van staal als structureel materiaal. Dankzij zijn unieke eigenschappen vormen alle soorten staal een basis voor onze moderne samenleving. Maar wat is het structurele staal precies? Wat is het verschil tussen het milde en structurele staal? Waarom en hoe gebruiken mensen het? Al deze vragen en meer zullen grondig worden uitgelegd in dit bericht.
Wat is structureel staal?
Staal, een van de meest essentiële materialen van de moderne wereld, wordt geleverd in verschillende kwaliteiten en vormen. Het is gewoon een legering van ijzer en zeer lage hoeveelheid koolstof (tot 2,1% in gewicht). Veelzijdige aard van dit materiaal stelt ontwerpers en ingenieurs in staat om staal te gebruiken in veel verschillende soorten gebieden. Van de automobielindustrie tot de bouw van constructies, staal wordt veel gebruikt. Structureel staal is een type staal dat wordt gebruikt als bouwmateriaal. Ze zijn ontworpen om een goede sterkte/gewicht ratio (die ook wel specifieke sterkte) en kosteneffectief te zijn om te worden geprofiteerd als een structurele component in gebouwen, wegen, bruggen etc.
Een korte geschiedenis…
De allereerste introductie van een metaal als structureel materiaal werd gedaan in Engeland, Shropshire in 1779. De bouw van Coalbrookdale Arch Bridge over rivier Severn werd gedaan met behulp van gietijzer (met een koolstofgehalte hoger dan 2,1%). Het was een materiaal dat als vier keer sterker dan steen werd beschouwd en dertig keer sterker dan hout (1). Dit soort gietijzer constructies zijn continu gebouwd in de daaropvolgende jaren tot 1840, wanneer smeedbaar smeedijzer (koolstofgehalte minder dan 0,15%) begon zwaar gietijzer te vervangen. Daarna zijn verschillende staalsoorten met meer geschikte en superieure eigenschappen voor structurele toepassingen continu ontwikkeld tot vandaag. Technologische ontwikkelingen zoals de ontwikkeling van het Bessemerproces en een dergelijke productie van staal zijn gemakkelijker en winstgevender (2). Daarom leidde het gebruik van structureel staal tot enorme ontwikkelingen in architectuur en civiele techniek in de afgelopen eeuw.
Typen en cijfers
Er is niet slechts één type constructiestaal. Er bestaan verschillende vormen en kwaliteiten, afhankelijk van de behoeften voor die specifieke toepassing. Constructiestaal wordt ingedeeld in de vorm van hun dwarsdoorsneden, zoals de meest gebruikte I, T, C vormen (2). Naast hun vorm beïnvloedt de kwaliteit van het staal direct de mechanische eigenschappen. Dus, verschillende kwaliteiten van structureel staal moeten worden gekozen volgens verschillende ontwerpeisen.
Verschillende soorten staal kunnen worden gevormd en gebruikt als balk, staaf, plaat, staaf of profiel. Hier zijn de standaard constructiestaal materialen:
Koolstofstaal:
Staal kan worden gedefinieerd als koolstofstaal wanneer de toevoeging van enig ander legeringselement (zoals wolfraam, zirkonium, kobalt, nikkel enz.) niet vereist is, het kopergehalte niet meer dan 0,4% bedraagt of de volgende elementen niet hoger zijn dan de aangegeven gewichtspercentages (MN: 1,6 %, SI: 0,6%, Cu: 0,6%) (3). koolstofstaal wordt over het algemeen gecategoriseerd op hun koolstofgehalte als koolstofarm (< 0,3%), medium-Carbon (0,3-0,6%), hoge koolstof (0,6-1%) en ultra hoge koolstof (1,25-2%) Staal. Het wordt meestal gebruikt in de structurele pijp en buizen.
Hoge sterkte laag gelegeerd staal:
Deze soorten staal zijn ontworpen om betere mechanische eigenschappen te hebben en zijn beter bestand tegen atmosferische corrosie dan koolstofstaal. Ze bevatten mangaan tot 2,0%. Kleine porties van andere legeringselementen zoals chroom, nikkel, molybdeen, stikstof, vanadium, niobium en Titanium kunnen in verschillende combinaties worden gebruikt om de eigenschappen te veranderen (3). Verwerings staal dat is een subtype van hoge sterkte laag gelegeerd staal, hebben een hoge weerstand tegen atmosferische corrosie door het vormen van een passieve, roest-achtige laag op het oppervlak, zijnde een van de belangrijke structurele staalsoorten. Meestal gebruikt in structurele vormen en platen.
Gesmede staalsoorten:
Smeden is gewoon het proces van het vormgeven van het metaal terwijl het in de vaste staat is. Het wordt gedaan door mechanische en thermische energie toe te passen op stalen ingots of billets. Dit proces introduceert een uniforme korrelstructuur aan het materiaal, waardoor de discontinuïteit in de matrix afneemt door het verwijderen van holtes, gasbellen en het verhogen van de algehele sterkte (4).
Gebluste en getemperde gelegeerde staalsoorten:
Een type constructiestaal (bijvoorbeeld A514) meestal gebruikt in bouwconstructies. Zoals het uit zijn naam kan worden begrepen, heeft dit type staal een afschrikkings-en temperende warmtebehandelings stap ondergaan.
Waarom staal als structureel materiaal gebruiken? Wat zijn de voordelen?
Hogere sterkte/gewichtsverhouding:
In vergelijking domineert staal elk ander conventioneel constructiemateriaal zoals steen, cement of hout in termen van sterkte/gewichtsverhouding. Het betekent dat de tolerantie tegen slechte fundamenten hoger is.
Goede ductiliteit:
Ductiliteit is het vermogen van het materiaal om belastingen te weerstaan zonder storing. Dankzij de elastische aard van staal, het kan terugkeren naar de oorspronkelijke vorm na het buigen. Tot een bepaald punt voorkomt vroegtijdige storingen. Harde en broze materialen kunnen plotseling mislukken, dus zijn niet gunstig.
Hoge taaiheid:
Vermogen van een materiaal om energie te absorberen heet taaiheid. Structureel staal ze hebben hoge taaiheid waarden; zo zijn ze zeer geschikt voor bouwtoepassingen. Ze zijn zowel sterk als ductiel. Ook moet worden vermeld dat het belangrijkste verschil tussen mild en structureel staal is dat structurele staalsoorten zijn stijver om hogere ladingen te vervoeren zonder onnodig verzakking.
Architectonische variëteit:
Staalconstructies maken zo verschillende architecturale ontwerpen mogelijk. Over de hele wereld kunnen verbazingwekkende stalen gebouwen, torens en bruggen worden gezien. Men zou verbaasd zijn om erachter te komen dat dit materiaal niet economisch redelijk was om als structureel onderdeel te gebruiken, slechts 100 jaar geleden.
Ruimte besparen:
In een vergelijking met gewapend beton, een 40×40 cm2 stalen drager kan hetzelfde werk doen als een 100×100 cm2 gewapend beton carrier. Dit voorbeeld toont aan dat een netto besparing in termen van bruikbare oppervlakte kan worden gedaan (5).
Er bestaan enkele nadelen die kunnen worden opgelost met extra kosten zoals corrosie en brand gevoeligheid, of het risico van knik onder zware belastingen. Toch kunnen grote voordelen nog zwaarder wegen dan deze nadelen in bepaalde ontwerp toepassingen.
Hoe wordt het gemaakt?
Staal maken is een nogal lang en ingewikkeld proces om alles in detail uit te leggen. Dus, voorlopig zullen we alle initiële stappen van het proces uitsluiten. Nadat heet staal is geproduceerd, kan het worden gegoten hetzij rechtstreeks in de gewenste vorm of als plaat. Platen kunnen in verschillende vormen worden gevormd door koud te werken of te smeden. Warmtebehandeling kan ook worden gedaan, afhankelijk van de toepassing. Na fabricage moeten chemische en mechanische tests volgens de normen worden uitgevoerd. Zonder de juiste kwaliteitstesten kunnen catastrofale ongevallen optreden als gevolg van gebreken in materiaal.
Hoe kiest u uw fabrikant??
Het kan verontrustend zijn om een dergelijke belangrijke kwestie te bepalen. Een verkeerde beslissing in de fabrikant kan kostbaar zijn. Onze adviezen hieronder kunnen nuttig zijn bij het kiezen van uw fabrikant (6) (7).
Weet wat u zoekt.
Bepaal uw prioriteiten en verwachtingen van uw fabrikant voor het interview met de kandidaten.
Neem de tijd.
Het heeft geen zin in een relatie met een fabrikant te haasten. Test indien nodig meerdere bedrijven en kies de beste voor u.
Vraag naar achtergrond.
Een bedrijf met een goede geschiedenis is minder geneigd om u te laten dalen, het beste om dat in gedachten te houden.
Denk aan de marge.
Dingen kunnen niet de hele tijd zo helder voor je gaan. In de dagen zoals deze, het bedrag van uw bestellingen zou vallen. Daarom is het belangrijk om te onderhandelen en te komen tot het definiëren van minimale volgorde voordat een samenwerking tot stand komt.
(1) M.H. Sawyer. World’s First Iron Bridge. Civil Engineering (New York: ASCE, December, 1979) pp.46-49
(2) McCormac, J. C. (1971). Structural steel design. Intext Educational Publishers.
(3) “Classification of Carbon and Low Alloy Steels” Retrieved in 15-07-2019 from https://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=CheckArticle&LN=TR&site=kts&NM=62
(4) “How does forging strengthen metal?” Retrieved in 15-07-2019 from http://www.dropforging.net/how-does-forging-strengthen-metal.html
(5) ”What is structural steel?” Retrieved in 16-07-2019 from
https://apec.com.tr/en/what-is-structural-steel/
(6) “How to find the right manufacturer for your products?” Retrieved in 16-07-2019 from
https://www.sourcify.com/how-to-find-the-right-manufacturer-for-your-products/
(7) ”How to find a factory to manufacture your product?” Retrieved in 16-07-2019 from
https://www.businessnewsdaily.com/8820-how-to-find-factory.html
