Kulstofstål

Typer af kulstofstål

Typiske sammensætninger af kulstof er:

• Blødt stål (med lavt kulstofindhold): ca. 0,05 % til 0,25 % kulstofindhold med op til 0,4 % manganindhold (f.eks. AISI 1018 stål). Mindre stærkt, men billigt og let at forme; overfladens hårdhed kan øges gennem opkullende behandling.
• Medium kulstofstål: ca. 0,14-0,84 % kulstofindhold med 0,60-1,65 % manganindhold (f.eks. AISI 1040 stål). Balancerer duktilitet og styrke og har god slidstyrke; anvendes til store dele, smedning og bildele.
• Stål med højt kulstofindhold: ca. 0,59-0,65 % kulstofindhold med et indhold af mangan på 0,30-0,90 %. Meget stærkt, anvendes til fjedre og højstyrkegarn.
• Stål med meget højt kulstofindhold: ca. 0,96 % til 2,1 % kulstofindhold, der er specielt bearbejdet til at frembringe specifikke atomare og molekylære mikrostrukturer.

Stål kan varmebehandles, hvilket gør det muligt at fremstille dele i en blød tilstand, der er let at gennemfodre. Hvis der er tilstrækkeligt kulstof til stede, kan legeringen hærdes for at øge styrke, slidstyrke og slagfasthed. Stål fremstilles ofte ved koldbearbejdning, hvilket er formning af metal gennem deformation ved en lav ligevægtstemperatur eller metastabil temperatur.

Metallurgi

Blødt stål er den mest almindelige form for stål, da prisen er relativt lav, samtidig med at det giver materialeegenskaber, der er acceptable til mange anvendelser. Blødt stål har et lavt kulstofindhold (op til 0,3 %) og er derfor hverken ekstremt skørt eller duktilt. Det bliver formbart, når det opvarmes, og kan derfor smedes. Det anvendes også ofte, når der skal formes store mængder stål, f.eks. som konstruktionsstål. Densiteten af dette metal er 7861,093 kg/m³ (0,284 lb/in³), og trækstyrken er højst 500 MPa (72500 psi)

Kulstofstål, der kan varmebehandles med succes, har et kulstofindhold på mellem 0,30 og 1,70 vægtprocent. Sporforureninger af forskellige andre grundstoffer kan have en betydelig indvirkning på kvaliteten af det resulterende stål. Spor af svovl gør stålet "rødt kort", hvilket er en fejl: stålet er sprødt og smuldrende. Lavtlegeret kulstofstål, som f.eks. kvalitet A36, indeholder ca. 0,05 % svovl og smelter omkring 1426-1538 °C (2600-2800 °F). Mangan tilsættes ofte for at forbedre hærdbarheden af lavkulstofstål. Disse tilsætninger gør materialet til et lavlegeret stål i henhold til nogle definitioner, men AISI's definition af kulstofstål tillader op til 1,65 vægtprocent mangan.

Hærdet stål henviser normalt til hærdet eller hærdet og anløbet stål.

Sølvstål eller blank stål med højt kulstofindhold har fået sit navn efter sit udseende på grund af det høje kulstofindhold. Det er et stål med meget højt kulstofindhold, eller kan betragtes som noget af det bedste kulstofholdige stål. Det er defineret i henhold til stålspecifikationsstandarderne BS-1407. Det er et værktøjsstål med 1 % kulstof, som kan slibes til snævre tolerancer. Normalt er kulstofindholdet mindst 1,10 %, men så højt som 1,20 %. Det indeholder også sporstoffer på 0,35 % Mn (interval 0,30 %-0,40 %), 0,40 % Cr (interval 0,4 %-0,5 %), 0,30 % Si (interval 0,1 %-0,3 %) og undertiden også svovl (højst 0,035 %) og fosfor (højst 0,035 %). Sølvstål anvendes undertiden til fremstilling af barberblade på grund af dets evne til at producere og holde en mikrofin kant.

Varmebehandlinger

Formålet med varmebehandling af almindeligt kulstofstål er at ændre stålets mekaniske egenskaber, normalt duktilitet, hårdhed, flydespænding og slagfasthed.

Jern-kulstof-fasediagram, der viser temperatur- og kulstofintervaller for visse typer varmebehandlinger.