Het staal van de onzinkbare Titanic

Het aan elkaar klinken van stalen scheepsplaten is een kostbare arbeidsintensieve bewerking. De te verbinden platen worden door boren of ponsen voorzien van nagelgaten die exact met elkaar overeen moeten stemmen. Voor maximale productie is bij het klinken van een groot schip een klink-team van vier werknemers nodig. Door het perforeren wordt de constructie verzwakt, hetgeen door grotere staaldikte, dus extra gewicht, wordt gecompenseerd. Ook de plaat-overlap en de nagels resulteren in extra gewicht. Men kan de productie van nagelfabricage en het klinkproces opvoeren door bepaalde verontreinigingen in het staal te laten zitten ten koste van de kwaliiteit.

Klinken van de stalen scheepsplaten

Voorbewerking

Klinkgaten worden geponst of geboord en en de gaten in de te verbinden platen moeten exact overeenkomen. Afstand tussen twee gaten, hart op hart gemeten, heet de steek. De steek is belangrijk, een te grote steek kan leiden tot ruimte tussen de platen. een kleine steek doet de kostprijs stijgen want klinkverbindingen zijn zeer arbeidsintensief. Gaten op 4 d betekent dat de steek van de gaten 4 maal de dikte van de nagelsteel is. Gaten worden verzonken aan de nagelkop zijde. In de te verbinden platen zitten in de praktijk de gaten niet altijd goed tegenover elkaar, dan wordt met kracht een zgn. stalen drift, dat is een taps toelopend stalen staaf, in het gat geslagen en weer teruggeslagen.



Het klinken

• De nageljongen zorgt ervoor dat de nagels in een vuurkorf (veldsmidse) heet gestookt worden. In zo'n kolenvuur zit een "nagelplaat" met een beperkt aantal nagels. Er kunnen niet te veel nagels tegelijk heet gestookt worden, dan blijven ze te lang op temperatuur en worden door secundaire kristallisatie grofkorrelig en dus bros.
• Door de nageljongen achter de vuurkorf wordt met een lange tang een nagel uit het vuur gepakt en naar de nagelvanger op de steiger gegooid. De nagelvanger vangt met een speciale trechtervormige leren "handschoen", de roodgloeiende nagel op en duwt hem in het nagelgat.
• De tegenhouder duwt de zware voorhamer of dolly tegen de kop van de nagel om de slagen op te vangen van de klinker aan de binnenzijde, die de sluitkop aan de nagel smeedt. Als de geklonken sluitkop een bepaalde vorm moet hebben gebruikt de klinker een snapper. Dat is een staaf waar de vereiste nagelkopvorm is uitgedraaid.
• De geklonken nagel koelt af en krimpt, zodat de platen tussen kop en sluitkop stevig op elkaar worden getrokken. De waterdichte klinkverbinding ontstaat niet doordat de nagel het gat vult maar omdat de platen stijf tegen elkaar getrokken worden door de gekrompen nagelsteel.

Het koken van de plaat
Om te voorkomen dat er - mede door de voortdurende beweging in het schip - (zout) vocht en tussen de klinkoverlap kan komen en zich roest vormt en uiteindelijk lekkage, worden de platen "gekookt". Met de zgn. kookbeitel slaat men de rand van de ene plaat tegen/in de andere plaat.

Nagelziekte
Van de klinknagels voor de Titanic weten we uit het archief van de werf H&W te Belfast dat er tijdens de bouw van het schip een groot gebrek was aan geschoolde ervaren klinkers en aan kwaliteitsnagels.

Bij niet goed geklonken nagelverbindingen zag men dikwijls afgebroken koppen, die door de krimp van de nagelsteel tijdens afkoelen scheurden. Dit soort zware klinkwerk is niet eenvoudig, er zijn in de vaktaal uitdrukkingen die dat bevestigen, zoals "dat schip is nagelziek" waarmee bedoeld wordt dat er geregeld klinknagels kapot springen en het schip daardoor plaatselijk kan lekken en roesten. Dit is een gevolg van slecht klinkwerk of van een slechte kwaliteit nagelstaal. Een taaie nagelsteel kan grote trekkracht "overleven" door te rekken zonder te breken (aanpassen), waardoor de spanning op de nagel afneemt, bovendien loopt door het rekken de sterkte van het staal op leidt het rekken door versteviging tot hogere sterkte.
"Hellingziek" was de term die al eeuwen gebruikt werd voor houten schepen die regelmatig problemen hadden met de waterdichtheid van de naden in de scheepsromp.

De Titanic

Het staal van de Titanic

Over een lengte van 96 meter blijken er kleine gaten in de romp te zitten en geen lange scheur. Telkens brak het stuk ijs af die als beitel werkte, maar de vaarrichting van het schip was nog steeds richting ijsberg dus kwam een seconde later de volgende botsing enz. en dat circa een derde van de scheepslengte.

Uit onderzoek van de Titanic blijkt dat de scheepsplaat van het schip is vervaardigd uit Siemens-Martinstaal. Mogelijk dat door een hoog gehalte aan zuurstof, zwavel en stikstof, gecombineerd met een grove kristalstructuur, het staal gevoelig was voor (brosse) breuk bij de lage zeewater temperatuur van -2gr.C. Men heeft een stuk staal van het zelfde type als waar de Titanic van is gemaakt in een bak met zeewater gelegd bij een temperatuur van -2 gr.C. Na 4 dagen in het ijskoude water, hebben ze het gebogen, en het staal brak. Onder de microscoop zag men dat het materiaal bros was, wat mede het door midden breken van het schip verklaart.

De klinknagels

Specialisten hebben klinknagels van het wrak bestudeerd. De nagels blijken 9% slak te bevatten. Maximaal toelaatbaar is 2-3%. Hogere slakgehalte verzwakt het materiaal. Ze hebben klinknagels van eenzelfde specificatie gemaakt, waarmee ze 25 mm dikke staalplaten aan elkaar klonken en die gebogen, de nagels bezweken bij 40000 N. Bij een slak percentage van 2-3% kunnen deze belast worden tot circa 90000 N.

Met kwaliteit nagels tweemaal zo sterk was het schip minder snel gezonken (of helemaal niet) en was er tijdig hulp gekomen. Een gebroken nagel vergroot de belasting op de volgende nagel enz. De alsmaar toenemende overbelasting van structurele delen, gecombineerd met de dubieuze staal kwaliteit van zowel plaatstaal als nagelstaal resulteerde tenslotte in de castrofe.

De nagels in de boeg waren van mindere kwaliteit dan de rest van de nagels. In de boeg werden de nagelverbindingen wegens de boegkromming met de hand aan gebracht, in de rest van de romp met een speciale klinkmachine. Men gebruikte voor de boeg smeedijzeren nagels “versterkt” met slak omdat die gemakkelijk te (hand)smeden zijn. De klinknagels hadden echter 9% slak in plaats van de normale hoeveelheid van 2 tot 3 procent, waardoor ze zwakker in plaats van sterker werden en veel brosser, maar uitstekend te smeden, waardoor er sneller gewerkt kon worden met de onervaren mensen!

Productiecapaciteit van werf en staalfabriek

De werf

Grote druk op de productie wegens de opleveringdatum vanwege de reserveringen van talrijke belangrijke mensen voor de maidentrip naar New York. Gezichtsverlies was voor den heer Imay, directeur van de White Star Line, heel erg en bovendien zouden er schadeclaims volgen.

Grote productiepiek op de werf en bij de toeleveranciers wegens achterelkaar produceren van drie megaschepen. Daar kun je geen personeelsbestand voor aanhouden. Dat geldt ook voor de stalen scheepsplaten en de productie van miljoenen zware klinknagels. Een aanwijzing voor de productie problemen van de werf is dat bij vertrek voor de Maidentrip het schip niet af was. Veel goederen lagen nog in de haven en moesten nog geïnstalleerd worden.

De staalfabriek

De enorme order bracht de staalfabriek in de problemen door het overschrijden van de levertijd van de orders voor de andere vaste afnemers. Het is niet de bedoeling de grote order te accepteren en je andere klanten kwijt te raken, andere klanten wachten niet.

Opgelost door aandacht voor kwaliteit te verleggen naar productiehoeveelheid. De warmwalserij kan tijd winnen door gelijk na het walsen de platen op de dekschuiten te laden in weer en wind versneld laatste traject vanaf circa 200 gr.C af te koelen en dat is precies wat in dit materiaal tot koudbrosheid leidt.

De klinkers

Leveringsproblemen door te weinig geschoolde en ervaren vakmensen volgens de archieven van de werf. Dat gold in het bijzonder voor de klinkers van de zware nagels, waar vakmanschap en ervaring een belangrijke rol speelt. Ongeschoolde klinkers moesten genoegen nemen met de helft van het loon van hun geschoolde collega’s. Niet best voor de stemming.

Concurrentie

In concurrentie met Duitse reders werden in Belfast op de werf H&W in korte tijd drie gigantische passagiersschepen gebouwd voor de rederij White Star. Hoe zit dat met de andere vaste klanten van de werf en van de staalfabriek? Mega orders kunnen bedrijven kapot maken door slechte leveringen aan hun andere afnemers waar ze eigenlijk van bestaan. Hebzucht en niet willen dat de concurrent de opdracht krijgt, doet ze megaorders accepteren en moeten sneller leveren dan hun productiecapaciteit is en gaan broddelwerk leveren. Dat geldt voor de werf en voor de staalfabriek en de klinknagel productie.

Dat probleem kan alleen opgelost worden door de productie processen te versnellen. Sneller uit de Siemens-Martin oven en men kon niet wachten tot de charges na het walsen rustig afkoelden in de hal, een vereiste om koudbrosheid te voorkomen.

De afkoeling na het warmwalsen werd geforceerd door de partijen gelijk op de dekschepen te laden, waardoor een hoeveelheid waterstof en stikstof opgesloten bleef in het staal die er normaal uit zou diffunderen bij een langzame rustige afkoeling in de hal tussen 200 en 25 gr.C. Bij lage temperatuur is de diffusie snelheid van de atomen te laag en blijven gevangen in de kristallieten waar ze zich verzamelen in ruimtes in de atoomstapeling, zoals dislocaties. Waterstof atomen vormen waterstofmolekulen die veel groter zijn en microholten (scheuren) doen ontstaan, kerfwerking doet de rest en brosse breuk is het gevolg. Stikstof vormt nitriden die beweging van de kristalliet glijkvlakken blokkeren en taaie rek onmogelijk maken, dus weer toename van de brosheid.

Nawoord

Sommige experts denken dat de verandering in het staal ook door omstandigheden op de oceaanbodem kan ontstaan.
Hun argument is dat bouwtekeningen van de Titanic en het zusterschip de Olympic laten zien dat in beide schepen dezelfde staalplaten zijn gebruikt. De Olympic deed 24 jaar dienst. De in 1916 in Newcastle gebouwde ijsbreker Krasin van dezelfde staalsoort, heeft vijftig jaar dienst gedaan.

Maar we moeten hier niet in staalsoorten denken, maar in charges en smeltmeesters, vooral toen het nog aankwam op het oog van de (smelt)meester) en niet op instrumenten die alle data vastlegden. Deze meesters bepaalden de kwaliteit door o.a. te spelen met de procestijden en met de kleur van de smelt en bijmengen van sporen legeringselementen.

We stellen voor dat een Technische Universiteit studenten laat afstuderen op een aanvaring tussen een schaalmodel van de Titanic (massa en snelheid) en de ijsklomp (massa) in het waterloopkundig laboratorium. Dat zou wereldwijd reclame voor onze water-technologie opleveren.

Conclusies?

White Star Line directeur B Imay had grote problemen met de opleveringsdatum wat blijkt uit allerlei zaken o.m. dat het schip bij het uitvaren niet klaar was. De directeuren van de White Star Line en van de H&W werf waren vrienden en ook de directeur van de staalfabriek behoorde tot hun persoonlijke relaties.

Miljoenen klinknagels sneller aanbrengen door veel slak in het staal (waarschijnlijk puddler-ijzer) toe te staan, geeft grote tijdwinst en kostenbesparing voor de werf. Ook het klinknagelstaal en de nagels zelf kunnen sneller gemaakt worden waardoor de nagelfabrikant sneller kan leveren, het mes snijdt aan twee kanten gezien de klinknagel schaarste. Op de werf geeft de gemakkelijk smeedbare (puddle-ijzer) nagel een productie versnelling. In het klinken van de Titanic zit circa 64 manjaar - en dat zou flink versneld worden en waarom niet, het gaat immers altijd goed! 1)

De staalplaat productie wordt opgevoerd door inkorten van het Siemen-Martin proces, waardoor veel verontreinigingen in het staal achter blijven, wat leidt tot koudbrosheid. Leveringsnelheid nog verder opgevoerd door geforceerd afkoelen na het warmwalsen waardoor gelijk getransporteerd kan worden op dekschuiten, wat eveneens leidt tot koudbrosheid omdat bij lage temperatuur de verontreinigingen waterstof en stikstof niet meer uit het staal kunnen diffunderen en veroudering inluiden. Ook hier snijdt het mes aan twee kanten, de werf krijgt versneld zijn platen en de staalfabrikant krijgt productie ruimte voor zijn andere afnemers.

We trekken hier geen conclusie waarom het staal van de klinknagels een ongewone inferieure samenstelling had en de kwaliteit van het Siemens- Martin staal voor de scheepsplaten zo slecht was en niet voldeed aan minimale normen. Maar het lijkt alsof beide staalsoorten halverwege hun productieproces waren. Ze waren niet af.

1): "waarom niet!?" was de opmerking van de directeur van White Star Line, die als enige van zijn mensen de ramp overleefde,
toen ze hem vroegen waarom hij zichzelf gered had terwijl er nog vrouwen en kinderen aan boord waren.

Lees verder

• Puddle staal, het staal van de Eiffeltoren
• Staal in de operatiekamer