Staal: S235, S275, S355 – Toepassing en eigenschappen van staal

Staal is één van de meest gebruikte metalen voor plaatbewerking. Het kent veel verschillende toepassingen en is verkrijgbaar in buizen, kokers, profielen en in plaat. Er zijn verschillende staalsoorten waaronder; constructie-, machine, en gereedschapsstaal. In dit artikel zal constructiestaal het meest uitgebreid behandeld worden. De laatste twee hebben een andere toepassing en worden aan het eind kort besproken. Hoewel de verschillen klein zijn wordt vanaf hier enkel nog gesproken over constructiestaal in plaatvorm.

Enkele toepassingen van staal zijn: onderdelen in bruggen, machines, schepen, landbouwwerktuigen, kraanonderdelen, trailers, graafmachines, gebouwen en constructies. Om tot een eindproduct te komen is er een serie van metaalbewerkingen nodig.

Constructiestaal

Constructiestaal, ook wel gewoon staal genoemd is vooral terug te vinden in statische constructies. Het heeft een koolstofgehalte van maximaal 0.25% afhankelijk van de chemische samenstelling en de toepassing van het materiaal. Veelgebruikte staalsoorten zijn S235, S275 en S355, hoewel er nog veel meer soorten bestaan.

Constructiestaal heeft (globaal) de volgende kenmerken:

  • Laag koolstofgehalte
  • Relatief zacht materiaal
  • Goed koud en warm te vormen
  • Goede lasbaarheid (zonder hard / bros te worden)
  • Grote rek
Staal toegepast in drijflichaam voor pontonsConstructiestaal toegepast in een baggerponton
Frame van staal - gecoatStaal wordt veel toegepast in constructies en frames.

Europese standaard

In Europa moet staal voldoen aan de kwaliteitseisen volgens de Europese Standaard EN 10025. Er zijn veel verschillende staalsoorten waaronder: S195, S235, S275, S355, S420, S460. In dit artikel focussen we voornamelijk op S235, S275 en S355, drie veelgebruikte staalsoorten in projecten en constructies.

Uitleg begrip S235

S235 is een samenvatting van een aantal eigenschappen die het materiaal heeft. Zo duidt de S op ”structural”, vrij vertaald constructiestaal of staal. De “235” geeft de vloeigrens in MPa (megapascal in N/mm²) aan bij een dikte van 16 mm. Dit is een belangrijke waarde: zodra een trekkracht van 235 megapascal wordt bereikt zal het staal gaan vloeien, waardoor een blijvend plastische vervorming optreedt. Staal kent vaak nog een aantal toevoegingen die iets over het materiaal en het productieproces zeggen, bijv.: ‘J2’ ‘K2’ ‘C’ ‘Z’ ‘W’ ‘JR’ ‘JO’ ‘N’ of ‘NL’ ‘Q’ of ‘QL’ en ‘M’ of ‘ML’

  • S = Staal (engels: structural)
  • 275 / 355 = De vloeigrens bij een bepaalde spanning in MPa (gegeven in in N/mm²)
  • J2 / K2 / JR / JO = De brosheid volgens een kerfslagtest
  • W = Geeft aan dat de plaat weerbestendig is
  • Z = Trekproef in dikterichting (Z35-Z25-Z15 kwaliteit)
  • C = Geschikt voor koudwalsen of staal met een hoog (C) = Koolstofgehalte
  • N = Gegloeid en normaliserend gewalst staal
  • NL = Gegloeid en normaliserend gewalst staal met min. gespecificeerde kerfslagwaarden onder -50°
  • Q = Gehard en ontlaten staal
  • QL = Gehard en ontlaten staal met min. gespecificeerde kerfslagwaarden onder -50°
  • M = Thermo mechanisch gewalst staal
  • ML = Thermo mechanisch gewalst staal met min. gespecificeerde kerfslagwaarden onder -50°

Kom meer te weten over de kerfslagwaarde en kerfslagproef.

Chemische samenstelling S235, S275, S355

De chemische samenstelling van staal is extreem belangrijk. Het is een fundamentele factor die de mechanische eigenschappen van het staal sterk bepaald. Vanwege deze fundamentele rol wordt er streng toegezien op de productie van staal volgens de geldende Europese normen. De chemische samenstelling is afhankelijk van de toepassing. Zo is S235J2 een staalsoort met een verhoogde hardheid (J2). De chemische samenstelling van het staal is dan ook net iets anders dan standaard S235. De engineer / constructeur moet altijd rekening houden met de exacte chemische samenstelling en de toepassing van het materiaal. In de onderstaande tabel staan de maximale waarden voor de elementen die aan S235, S275 en S355 zijn toegevoegd.

Staalsoort Max. % koolstof (C) Max. % mangaan (Mn) Max. % fosfor (P) Max. % zwavel (S) Max. % silicium (Si)
S235 0.22 1.60 0.05 0.05 0.05
S275 0.25 1.60 0.04 0.05 0.05
S355 0.23 1.60 0.05 0.05 0.05

Mechanische eigenschappen S235, S275, S355

De mechanische eigenschappen worden voor een groot deel bepaald door de chemische samenstelling van het staal. Deze eigenschappen zeggen veel over de toepasbaarheid van het constructiestaal. Er zijn heel veel mechanische eigenschappen, zoals hardheid, taaiheid etc. maar voor staal zijn de vloeigrens en treksterkte het belangrijkste. Om precies te zijn, ontlenen S235, S275 en S355 hun naam zelfs aan één van de belangrijkste mechanische eigenschappen: De vloeigrens.

Wij behandelen hier uitgebreid de materiaaleigenschappen.

Vloeigrens S235, S275 en S355

De vloeigrens (punt 3) is één van de belangrijkste mechanische eigenschappen van staal, ongeacht de toepassing. De vloeigrens wordt berekend doormiddel van een trekproef en is af te lezen uit het spanning-rekdiagram. De vloeigrens is het punt waarop het materiaal begint te vloeien. Het is de minimale kracht die nodig is om een materiaal blijvend plastisch vervormen. Het belang van de vloeigrens is voor zowel de plaatbewerker als voor de constructeur van belang. De plaatbewerker kan zo de minimale kracht bepalen die nodig is om het materiaal te kanten/zetten in de gewenste vorm. En de constructeur kan bepalen welke krachten de constructie / het materiaal maximaal kan verdragen voordat er ongewenste vervorming optreedt.

Het spanning rekdiagramDe vloeigrens (punt 3) is één van de belangrijkste mechanische eigenschappen van staal
Uitleg van het spanning rekdiagramHet spanning rekdiagram geeft in één oogopslag de mechanische eigenschappen van staal weer.

Treksterkte S235, S275 en S355

De treksterkte of ultimate tensile strength (punt 4) is de maximale mechanische spanning die een materiaal bereikt om plastisch te vervormen. Praktisch gezien is de vloeigrens veel meer van belang. Immers, als het materiaal tot de treksterkte komt, is het al sterk plastisch vervormd. Bij een langdurige spanning zal het materiaal uiteindelijk zelfs breken. De treksterkte is niet eenduidig aan te geven maar ligt tussen de waarden die in de onderstaande tabel worden weergegeven. Ook de treksterkte wordt berekend doormiddel van een trekproef en is af te lezen uit het spanning-rekdiagram

Lees ook het artikel over het spanning rekdiagram.

Staalsoort Vloeigrens in N/mm² Max. Treksterkte in N/mm²
S235 235 N/mm² 310 – 510 N/mm²
S275 275 N/mm² 370 – 530 N/mm²
S355 355 N/mm² 470 – 630 N/mm²

Structural Steel vloeigrens en treksterkte bij 16mm staal.

Om tot een eindproduct te komen is er een serie van metaalbewerkingen nodig. Enkele voorbeelden hiervan zijn: lasersnijden, plasmasnijden, kanten, frezen en lassen.

Hoge sterkte en slijtvaste staalsoorten

Er zijn nog veel verschillende staalsoorten waarvan de hoogste ongelegeerde staalsoort (Weldox) een vloeigrens heeft van 1300 N/mm² (MPa). Dit zijn hoogsterkte staalsoorten met een zeer hoge vloeigrens. Andere typen die veel voorkomen zijn o.a. Domex en Dillimax, die hun toepassing vinden in bijv. kraanonderdelen en constructies die onderhevig zijn aan grote belasting. Ook zijn er staalsoorten met een hoge hardheid, met als kenmerk dat zij zeer slijtvast zijn. Dit zijn bijv. Hardox 450 en Hardox 500, met een hardheid van respectievelijk 450 en 500 Brinell. Voor een compleet overzicht van alle platen die wij op voorraad hebben, is er een overzicht met leverbare platen.

Ontdek de voordelen van hoogsterkte staal.

Slijtvast staalSlijtvast staal
Hoogsterkte staal in een hijsmiddelHoogsterkte staal in spreaders voor hijsequipment

Machine – en Gereedschapsstaal

Machinestaal

Machinestaal heeft een koolstofpercentage tussen 0.3% en 0.6%. Het is een laag gelegeerde staalsoort met tussen de 1.5% en 5% aan legeringselementen (bijv. chroom, vanadium, nikkel en molybdeen). Zoals de naam al doet vermoeden wordt dit veel toegepast voor machines en dan met name de inwendige onderdelen. Hierbij valt te denken aan: tandwielen, koppelingen, spieën enz. Machinestaal heeft de volgende globale kenmerken:

  • Sterker en harder
  • Goed te snijden
  • Moeilijk te vervormen (koud niet mogelijk, warm slechts beperkt)
  • Hardingsverschijnselen bij het lassen
  • Laag gelegeerd of hoog gelegeerd.

Gereedschapsstaal

Gereedschapsstaal heeft een koolstofpercentage tussen 0.6% en 1.5%. Het is een hoog gelegeerde staalsoort met meer dan 5% aan legeringselementen. Gereedschapsstaal wordt ook wel snelstaal of High Speed Steel (HSS) genoemd. Het materiaal behoudt ook bij hogere temperaturen zijn hardheid en is daardoor zeer geschikt voor gereedschap dat heet kan worden, zoals metaal- en betonboren, hamers, snijgereedschap, tasters en meetgereedschap. De sterkte en hardheid worden o.a. bepaald door de chemische samenstelling van het materiaal en verhittingsprocessen.

  • Sterk en hard
  • Bestendig tegen stoten
  • Eenvoudig te bewerken
  • Hoog gelegeerd

Meer informatie over metaalsoorten vind je hier.