Tegenwoordig zien en gebruiken we overal in de wereld stalen constructies. Spoorwegen ons dagelijks van huis naar werk brengen, of de Eiffeltoren, een van ‘s werelds meest bezochte toeristische bezienswaardigheden, zijn allemaal mogelijk door staal als bouwmateriaal te gebruiken. Dankzij zijn unieke eigenschappen vormen alle soorten staal een basis voor onze moderne samenleving. Maar wat is het constructiestaal precies? Wat is het verschil tussen zacht-, en constructiestaal? Waarom en hoe wordt het gebruikt? Al deze vragen en meer worden in dit artikel nader besproken.
1.) Wat is constructiestaal?
Constructiestaal is een staalsoort dat als bouwmateriaal wordt gebruikt. Het is ontworpen met een goede sterkte/gewichtsverhouding (wat ook wel specifieke sterkte wordt genoemd) en kosteneffectief, voor gebruik als constructiedelen in gebouwen, wegen, bruggen, etc.
2.) Waarom staal? Staal als een sterk materiaal.
Staal, een van de meest essentiële materialen van de moderne wereld, is er in verschillende kwaliteiten en vormen. Het is een legering van ijzer en een zeer lage hoeveelheid koolstof (tot 2,1% van het gewicht), en soms andere elementen. Door zijn hoge treksterkte en lage prijs is het een belangrijk onderdeel dat wordt gebruikt in infrastructurele projecten, gereedschap, schepen, auto’s, machines, apparaten en gebouwen.
Staal wordt geproduceerd en gebruikt met verschillende productiemethoden door veranderingen aan te brengen in de microstructuur via warmtebehandelingen op basis van de gewenste eigenschap. Ook kunnen er legeringselementen aan het staal worden toegevoegd vanwege de verschillende eigenschappen. Fasediagrammen zijn bijzonder belangrijk bij warmtebehandeling.
Figuur 1: IJzer – Koolstofevenwichtsdiagram Fase Diagram
3.) Constructie staalsoorten en -kwaliteiten
Er is niet slechts één soort constructiestaal. Er bestaan verschillende vormen en kwaliteiten, afhankelijk van de behoeften voor die specifieke toepassing. Constructiestaal wordt ingedeeld naar de vorm van de dwarsdoorsnede, zoals de meest gebruikte I, T, C vormen (2). Naast hun vorm heeft de kwaliteit van het staal een directe invloed op de mechanische eigenschappen. Daarom moeten de verschillende kwaliteiten constructiestaal worden gekozen op basis van verschillende ontwerpeisen.
Er kunnen verschillende soorten staal worden gevormd en gebruikt als balk, staaf, plaat, staaf of profiel. Hier zijn de standaard constructiestaalmaterialen:
Koolstofstaal:
Steel can be defined as carbon steel when the addition of any other alloying element (such as tungsten, zirconium, cobalt, nickel etc.) is not required, copper content does not exceed 0.4% or following elements does not exceed indicated percentages in weight (Mn: 1.6%, Si: 0.6%, Cu: 0.6%) (3). Carbon steels are generally categorized by their carbon content as low-carbon (< 0.3%), medium-carbon (0.3-0.6%), high carbon (0.6-1%) and ultrahigh carbon (1.25-2%) steels. It is mostly used in structural pipe and tubing.
Laag gelegeerde staalsoorten met hoge weerstand:
Dit soort staal wordt ontworpen voor betere mechanische eigenschappen en zijn beter bestand tegen atmosferische corrosie dan koolstofstaal. Ze bevatten tot 2,0% mangaan. Kleine delen van andere legeringselementen zoals chroom, nikkel, molybdeen, stikstof, vanadium, niobium en titanium kunnen in verschillende combinaties worden gebruikt om de eigenschappen te veranderen (3). Verwering staal, een subtype van hoge sterkte laaggelegeerde staalsoorten, heeft een hoge weerstand tegen atmosferische corrosie door de vorming van een passieve, roestachtige laag op het oppervlak, een van de belangrijke structurele staalsoorten. Meestal gebruikt in bouwconstructies en platen.
Gesmeed staal:
Smeden is het proces van staal maken met het metaal in vaste toestand. Het wordt gedaan door het toepassen van mechanische en thermische energie op stalen staven of billets. Dit proces zorgt voor een uniforme korrelstructuur in het materiaal, waardoor de discontinuïteit in de matrix wordt verminderd door het verwijderen van leemtes, gasbellen en waardoor de totale sterkte toeneemt (4).
Gedempte en geharde gelegeerde staalsoorten:
Een type constructiestaal (bijvoorbeeld A514) dat meestal wordt gebruikt in bouwconstructies. Zoals de naam al doet vermoeden, heeft dit type staal een warmtebehandeling ondergaan om te doven en te ontlaten.
4.) Algemene structurele vormen
Er zijn vele soorten constructiestaal op de wereld. Hoeken, toleranties, afmetingen en dwarsdoorsnedematen bepalen de normen en hoe deze staalsoorten worden genoemd.Onderstaande figuur 2 laat de meest voorkomende vormen constructiestaal zien. Er wordt veel gemaakt met warm- of koudwalsen maar ook door vlakke of gebogen platen aan elkaar te lassen.
Figuur 2: De verschillende soorten constructiestaalvormen
b.) ASTM
Deze staalsoorten hebben een legeringsidentificatie beginnend met A en vervolgens met twee, drie of vier cijfers. De vier-nummer AISI staalsoorten die gewoonlijk worden gebruikt voor de machinebouw, machines en voertuigen zijn een totaal verschillende specificatie series. Alle staalsoorten hebben speciale namen.
Bijvoorbeeld:
A36 – constructievormen en platen
A1085 – constructiepijpen en -buizen
5.) Voor- en nadelen van constructiestaal
| VOORDELEN | NADELEN |
| Hoge sterkte/gewichtsverhouding | Corrosiegevoelig |
| Makkelijk veel te produceren | Hoge kosten om het corrosiebestendig te maken |
| Gevormd en gegoten | Metaalmoeheid |
| Goedkoop | Knikt |
| Gaat lang mee | Sterktevermindering bij hoge temperaturen |
Higher Hogere sterkte/gewichtsverhouding: /weight ratio:
Staal is beter dan elk ander conventioneel constructiemateriaal zoals steen, cement of hout als het gaat om sterkte/gewichtsverhouding. Dit betekent dat de tolerantie tegen slechte funderingen hoger is.
Goede vervormbaarheid:
Vervormbaarheid is het vermogen van het materiaal om belastingen te weerstaan zonder te falen. Dankzij het elastische karakter van staal kan het na het buigen weer zijn oorspronkelijke vorm aannemen. Tot op zekere hoogte voorkomt dat voortijdige defecten. Harde en brosse materialen kunnen plotseling bezwijken en zijn dus niet geschikt.
Hoge hardheid:
Het vermogen van een materiaal om energie te absorberen wordt hardheid genoemd. Constructiestaal heeft een hoge hardheid; daarom is het zeer geschikt als bouwmateriaal. Het is zowel sterk als buigzaam. Ook moet worden vermeld dat het belangrijkste verschil tussen zacht staal en constructiestaal is dat constructiestaal stijver is om hogere belastingen te kunnen dragen zonder onnodig door te buigen.
Architectonische verscheidenheid:
Met staalconstructies zijn er verschillende architectonische ontwerpen mogelijk. Overal ter wereld zijn bijzondere stalen gebouwen, torens en bruggen te bewonderen. Men zou verbaasd zijn om te ontdekken dat dit materiaal nog maar honderd jaar geleden economisch niet levensvatbaar was als bouwelement.
Ruimtebesparing:
In vergelijking met gewapend beton kan een stalen drager van 40×40 cm2 hetzelfde werk doen als een drager van 100×100 cm2 gewapend beton. Dit voorbeeld toont aan dat een netto besparing in termen van bruikbare oppervlakte mogelijk is (5).
Er zijn enkele nadelen die kunnen worden opgelost met extra kosten zoals corrosie en brandgevoeligheid, of het risico van knikken onder zware lasten. Toch kunnen bij bepaalde ontwerptoepassingen de grote voordelen nog steeds opwegen tegen deze nadelen.
6.) Toepassingen voor constructiestaal
Waar denkt u aan als u het woord constructiestaal hoort ? Hopelijk is het niet alleen de bouw. Constructiestaal is het meest gewilde metaal van architecten, ontwerpers, ingenieurs, aannemers en constructeurs. Als gevolg van eigenschappen zoals zeer duurzaam, corrosiebestendig, trekvast, en relatief lage prijs, wordt het gebruikt in allerlei toepassingen.
Bouw
Constructiestaal kent uiteenlopende toepassingen in de bouwsector. Het wordt over het algemeen gebruikt bij het ontwerpen en bouwen van industriële gebouwen. Constructiestaal heeft een hoge sterkte/gewichtsverhouding waardoor het uitstekend te gebruiken is bij de bouw van enorme constructies zoals gebouwen, magazijnen, bruggen, fabrieken, etc. Stalen frames, balken, kolommen, staven, staven, liggers, platen en vele andere worden door aannemers in de bouwsector gebruikt. Jaarlijks wordt ongeveer 25% van het constructiestaal gebruikt voor de bouw van gebouwen.
Mijnbouw
De mijnindustrie kent veel toepassingen van constructiestaal. De meeste onderdelen in de mijnbouw worden versterkt met constructiestaal. Alle werkplaatsen, kantoren, constructiedelen van mijnen zoals mijnschermen, wervelbedketels en gebouwen zijn gemaakt van constructiestaal. Constructiestaal is gemakkelijk schoon te maken vanwege zijn gladde oppervlak en mengt zich daarom niet in andere elementen.
Logistiek
Constructiestaal wordt gebruikt voor de productie van vrachtwagens, transmissies, treinen, rails en schepen, ankerkettingen, vliegtuigonderstellen en onderdelen van straalmotoren. De meeste van deze voertuigen bevatten een aanzienlijke hoeveelheid constructiestaal. Constructiestaal wordt gebruikt vanwege de elasticiteit, corrosiebestendigheid, treksterkte, vervormbaarheid en betaalbaarheid
Maritiem
Most marine vehicles are built using structural steel, for example; submarines, boats, supertankers, ladders, steel flooring and grating, stairs and fabricated sections of steel. Structural steel can resist external pressures, can be formed easily.These properties make structural steels purposive for marine sector.
Energie
Constructiestaal wordt veel in de energiesector toegepast. Het wordt gebruikt in veel gebouwen met hernieuwbare en niet-hernieuwbare energiebronnen zoals transmissietorens, pijpleidingen, windturbines, elektromagneten, transformatorkernen, olie- en gasbronnen.
7.) Standaarden
Constructiestaalvormen, afmetingen, chemische samenstelling, mechanische eigenschappen zoals sterktes, opslagpraktijken worden door middel van standaarden geproduceerd. Constructiestaal wordt over het algemeen gespecificeerd op basis van de juiste industriële of nationale normen, zoals ASTM, API, BSI, ISO, enz. In de meeste gevallen geven de normen vooral de basisvereisten, zoals grenswaarden voor de chemische samenstelling en trekeigenschappen
De twee meest gebruikte normen zijn de Europese norm (EN 10025) en de Amerikaanse norm (ASTM).
a.) EN 10025
Constructiestaal namen beginnen met “S” en daarna de “Opbrengststerkte in N/mm2) . Dan kan worden aangeduid met ,,Hardheidswaarde”, ‘Fijne korrel of niet’, ‘Gehard of geblust’.
Bijvoorbeeld: ‘S275J2’ of ‘S690QL’.
8.) Hoe kiest u uw fabrikant?
Het kan lastig zijn om over zo’n belangrijke kwestie te beslissen. Een verkeerde fabrikant kiezen kan een kostbare exercitie worden. Onze onderstaande adviezen kunnen nuttig zijn bij de keuze van uw fabrikant
KnoWeet waar u naar op zoek bent.
Bepaal uw prioriteiten en verwachtingen qua fabrikant voordat u met de gegadigden in gesprek gaat.
Neem de tijd.
Het kan meer tijd in beslag nemen dan het evalueren van een keuze van de fabrikant. Test indien nodig meerdere bedrijven en kies degene die het beste bij u past.
Vraag naar de achtergrond.
Een bedrijf met een goede geschiedenis zal u minder snel in de steek laten, het beste om dat in gedachten te houden.
Overweeg inkopers in te huren
Er zijn veel onzichtbare kosten verbonden aan het proces van aanschaf. Het inhuren van ervaren professionals of bedrijven voor uw inkoopprojecten kunnen uw kosten aanzienlijk verlagen. Vraag hier gerust naar bij het ervaren team van Yena in diverse staalconstructies.
