Gietstaal, eigenschappen en toepassingen

Als een vorm niet in een matrijs te smeden is omdat het product niet lossend is of de smeedmatrijs is te duur wegens een te kleine serie, of belasting van het onderdeel is te hoog om van gietijzer te maken, kan men gietstaal toepassen. Gietstaal heeft een lager koolstofpercentage dan gietijzer, daarom ligt smeltpunt (1450-1550 gr C) circa 200 gr C hoger dan smeltpunt van gietijzer en de smelt is stroperiger dan van gietijzer. Met normale giettechnieken kunnen alleen gietstukken met grote wanddikten gegoten worden. Het staal is goed te lassen en gietstaal lijkt op gewoon gewalst (kneed)staal wat betreft mechanische eigenschappen en bewerkbaarheid.

Aanduiding Gietstaal volgens NEN-EN 10027-1

1. Aanduiding gietstaal met minimum rekgrens voor ongelegeerd staal
2. Aanduiding gietstaal met 'chemische' formule voor gelegeerd staal

1. Aanduiding ongelegeerd gietstaal met minimum rekgrens

Voorbeeld: GS240

• G= gietstaal
• S= structural steel (voor staalconstructie doeleinden)
• 240 = Minimum rekgrens in N/mm2

• G: gietstaal
• GS: gietstaal S= Sructural steel (voor staalconstructie doeleinden)
• GP: gietstaal P= Pressure (voor drukvaten, pomphuizen)
• GE: gietstaal E= engineering (voor machinebouw)

2. Aanduiding gelegeerd gietstaal met chemische formule

Voorbeeld: G30NiCrMo14

• G=gietstaal
• 30=koolstofgehalte gedeeld door 100 is 0,30%
• NiCrMo= kenmerkende legeringselementen
• 1-4 Gemiddelde percentage legeringselement resp. Nikkel=1 en Chroom =4

Tabel 1: Aanduiding gietstaal in formules volgens NEN-EN 10027 deel 1 en in staalnummers volgens NEN-EN 10027 deel 2

We adviseren beide aanduidingen naast elkaar te gebruiken. In tabel 2 is dat toegepast. Het materiaalnummer is gemakkelijk bij de elektronische data verwerking. Constructeurs werken liever met de chemische formule, omdat die gelijk de staalsoort zichtbaar maakt.

Tabel 2: Gietstaal aanduiding en chemische samenstelling

Aanduiding gietstaal met een materiaalnummer volgens NEN-EN 10027 – deel 2

In deze norm worden materialen via een grondstofnummer benoemd. EN 10027-2 beschrijft het numerieksysteem voor gietstaal aanduiding. De materiaalnummers zijn een aanvulling op de aanduiding met chemische formules volgens Europese norm. Het numerieksysteem voor staal wordt extra toegevoegd aan de nationale staalaanduiding. In het numerieksysteem worden materialen van een materiaalnummer voorzien die grote gelijkenis vertoond met het Duitse Werkstoffnummer.
Materiaal aanduiding . . . X. X X X X. (X X)
Plaats in de aanduiding. 1. 2 3 4 5 . (6 7)

Op plaats 1 in de aanduiding komt: Materiaalsoort

• 0. Gietijzer soort
• 1. Staal soort
• 2. Non ferro
• 3. Non ferro
• 4-8. Niet metalen
• 9. Vrij voor gebruik door fabrikant.

Op plaats 2-5 in de aanduiding komt: Materiaalnummer

• 01-02. Algemeen bouwstaal
• 03-07. Ongelegeerd kwaliteit staal
• 08-09. Gelegeerd kwaliteit staal

Op plaats 6-7 in de aanduiding komen: Aanvullende cijfers voor productieproces en nabehandeling

Verklaring van de toegevoegde letters in de gietijzeraanduiding EN-10027

• G = Gietstaal
• G J = Gietijzer
• L = Lamillair gietijzer
• M = Smeedbaar (malleable) gietijzer
• B = Black (zwart temperijzer=smeedijzer; zie M)
• W = White (wit temperijzer=smeedijzer; zie M)
• S = Nodulair (sferoïdaal)
• RT = Kamer(Room)temperatuur

Symbolen voor de leveringstoestand van het gietstuk achter de aanduiding

Deze symbolen te scheiden van de hoofdaanduiding door een plus(+) teken:

• A= Annealed (Gegloeid)
• QT= Quenched and tempered (Gehard en ontlaten)
• N= Normalised (Normaliserend gegloeid)
• SR= Stress relieved (Spanningsarm gegloeid)
• C= Cold worked (Koud vervormd)
• U= Untreated (onbehandeld)

Eigenschappen gietstaal

Gietstaal bestaat uit dezelfde staalsoorten als het gewalste (kneed)staal. Laag gelegeerd gietstaal wordt toegepast om de goede mechanische eigenschappen in veredelde toestand, en hooggelegeerd gietstaal als bijzondere eisen worden gesteld t.a.v. temperatuur-, corrosie- en slijtage bestendigheid.

Voordelen gietstaal t.o.v. gietijzer

• Gietbaar en goede mechanische eigenschappen te vergelijken met gewalststaal met de zelfde samenstelling.
• Plastisch vervormbaar en kan zonder problemen nagericht worden.
• Uitstekend lasbaar, te vergelijken met lasbaarheid van gewalst staal.
• Sterkte en taaiheid zijn door veredelen in te stellen

Nadelen gietstaal t.o.v. gietijzer

• Het staal is dikker vloeibaar dan gietijzer dus vormvullend vermogen is slechter, minimale wanddikte is daarom circa 7 mm
• Gietstuk is wegens deze stroperigheid minder strak, er moet dus rekening gehouden worden met een grotere bewerkingstoeslag.
• Gietstaal moet na het gieten altijd gegloeid (spanningsarmgloeien) worden wegens inwendige spanningen door de grote krimp; omdat de gietstructuur grofkorrelig en bros is wordt er vaak na het gieten zachtgegloeid.
• Materiaal krimp tijdens stollen is 2% dat is tweemaal zo groot is als van grijs gietijzer, waardoor lunkers (slinkholtes in het gietstuk) ontstaan.
• Smelttemperatuur ligt circa 200 gr hoger dan van gietijzer, wat hogere eisen stelt aan ovenbekleding, smeltkroes, en gietvormen.
• Gietstuk gegoten in gietstaal is duurder dan gegoten in gietijzer o.a. door de hogere verwerkingstemperatuur, dikkere wanden en grotere bewerkingtoeslag.

Tabel 2: Vergelijking gietstaal met gietijzer en gewalst(kneed) staal op basis van sterkte en taaiheid

Uit de tabel volgt dat gietijzersoorten en gietstalen met dezelfde sterkte een groot verschil in taaiheid hebben. Bij dezelfde sterkte heeft Grijs gietijzer de laagste taaiheid, dan smeedbaar (temperijzer) gietijzer, dan nodulair gietijzer, het taaiste is gietstaal dat de mechanische eigenschappen van gewalst (kneed)staal met dezelfde chemische samenstelling benadert.

Roestvast gietstaal

Roestvast gietstaal is staal met meer dan 10% Chroom en wordt ingedeeld in corrosievast gietwerk gebruikt beneden 650°C, en hittevaste gietlegeringen voor een werktemperatuur boven 650°C. Het onderscheid tussen hittevast en corrosievast gietstaal is gebaseerd op het koolstofgehalte en Silicium, hittevaste soorten bevatten meer koolstof en silicium. Roestvast giet- en kneed staal hebben in het algemeen gelijke weerstand tegen corrosie als de gietstalen met vergelijkbare samenstelling.

Tabel 3: Selectie van gietstalen

Door de snelle ontwikkeling van de productie technologie, proces controle en metallurgische kennis kunnen staalcharges in de gieterij per gebruiksdoel (custom made) aangemaakt worden en daardoor is het aantal gietlegeringen onbeperkt. In dit artikel genoemde soorten zijn een selectie van gietstalen die in een Nederlandse gieterij gegoten worden. Gietstalen in onderstaande tabel 3 worden gegoten in de 'Zeeuws Vlaamse gieterij bv'.