ASTM Staalkwaliteiten Converteren: Praktische Gids voor Ontwerpers

Staal Specificeren voor Productie in het Buitenland

Bij productie in het buitenland moeten Noord-Amerikaanse ontwerpers rekening houden met taalverschillen. Technische specificaties zijn ook een taal, en standaarden voor materialen en processen worden in elk land anders gedefinieerd. Voor een beginnend ontwerper lijken staalkwaliteiten misschien simpel – 316 roestvrij staal is één materiaal en gietijzer een ander – maar er zijn variaties binnen elke categorie. Geruchten over slechte kwaliteit staal uit andere jurisdicties gaan de ronde, wat ontwerpers doet twijfelen of er iets intrinsieks in de officiële standaarden van andere landen zit dat tot klachten leidt.

Internationale standaarden vertalen niet metaal-voor-metaal zoals woorden dat zouden doen. Bij conversie van de ene standaard naar de andere is het bijna onmogelijk om identieke samenstellingen voor een gegeven metaaltype te vinden. De vraag wordt: kunt u een equivalent vinden? Dit kan verwarrend zijn, omdat elke genoemde staalkwaliteit zijn eigen chemie en productierichtlijnen heeft.

Voor mensen zonder materialenkennis kunnen deze verschillen de aankoop van buitenlands geproduceerd metaal onzeker laten lijken, alsof men een mindere kopie bestelt. Echter, de kwaliteit van de staalkwaliteiten is land voor land even goed. Begrip van wat een staalstandaard of specificatie uitmaakt, helpt een Noord-Amerikaans bedrijf bij het navigeren van productie in het buitenland.

Staalkwaliteiten Uitgelegd

Metaallegeringen zijn mengsels van verschillende verhoudingen van elementen. Een standaard omvat de chemie, het "recept" voor de legering, waarin gedocumenteerd staat welke elementen gesmolten moeten worden. Specifieke instructies kunnen ook gegeven worden over smelttemperatuur, afkoeling en behandeling.

Gepubliceerde standaarden registreren ook de mechanische eigenschappen van een gespecificeerd metaal. Als het correct gemaakt is, zou een metaal niet alleen de juiste chemische samenstelling moeten hebben, maar ook presteren binnen het juiste bereik in mechanische tests.

Stalen bevatten ijzer en koolstof. Standaarden voor elke staalkwaliteit specificeren de verhoudingen per gewicht van deze elementen, alsook eventuele extra gelegeerde elementen. Deze toevoegingen creëren verschillende kenmerken: chroom is bijvoorbeeld aanwezig in roestvrij staal om roestvorming te voorkomen.

In de meeste consumentenmetaalstandaarden krijgen de verhoudingen van elk element een acceptabel bereik, in plaats van een precies getal. De ASTM 1050 graad staal heet zo omdat het ongeveer 0,50% koolstof per gewicht bevat. De tolerantie voor koolstofpercentage in de ASTM 1050 standaard is echter 0,48-0,55%. Een vergelijkbare Japanse specificatie stelt koolstof in op 0,47-0,53% en toestaat silicium en andere sporelementen, terwijl de ASTM standaard dit niet doet.

Staalspecificaties geven vaak bereiken voor koolstof, mangaan, silicium, fosfor, zwavel, chroom, nikkel en molybdeen, en geen enkele stelt identieke bereiken voor elk element. Het is daarom dat staalstandaarden van verschillende organisaties geen precieze matches zijn: de toleranties overlappen slechts. Als de ene staal minder dan 0,007% zwavel specificeren, en een andere tot 0,040% toestaat, zijn het dan verschillende stalen? Kleine veranderingen maken in veel situaties niet uit, maar kunnen relevant zijn afhankelijk van het beoogde gebruik.

Niet alleen de chemie, maar ook de verwerking verandert het gedrag van een metaal. Metaal is kristallijn en vormt korrelmicrostructuren tijdens afkoeling. Chemie, smelten, afkoeling en warmtebehandeling kunnen allemaal de korrel van het metaal veranderen. Dit beïnvloedt direct trekkracht, hardheid en brosheid. Daarom kan een staalspecificatie ook de productiestappen omvatten die nodig zijn om specifieke microstructuren te creëren, zoals martensiet, austeniet of ferriet korrels.

Bij het maken van een substitutie tussen standaarden, zal een ervaren metallurg of ingenieur vergelijkbare kwaliteiten evalueren op basis van mechanische eigenschappen. De ingenieur overweegt wat het eindproduct moet doen en onder welke omstandigheden. Met hun kennis van chemie, de verwachte belasting en kennis van de werkomstandigheden, kunnen ze een staal vinden dat voldoet aan de eisen in elke standaard. Alle erkende staalstandaarden hebben over het algemeen equivalente rigour, wat deze vertaling mogelijk maakt.

Het is geen verschil in gepubliceerde standaarden dat de bron is van slechtkwalitatief buitenlands metaal.

Gids voor Standaardisatieorganisaties

Er zijn veel standaardisatieorganisaties die specificaties voor productie opstellen.

In de meeste landen begonnen metaalstandaarden wanneer productieorganisaties samenkwamen om een "receptenboek" voor hun industrie te creëren en te distribueren.

Naarmate de Industriële Revolutie vorderde, leek deze standaardisatie zo'n voordeel voor de industrie dat koepelorganisaties, die verschillende gerelateerde organisaties verbonden, begonnen op te komen.

Bijvoorbeeld, het American Iron and Steel Institute (AISI) specificert veel staalkwaliteiten; zij waren de oorspronkelijke productieorganisatie die staal in de VS standaardiseerde. Hun expertise, samen met andere instanties geïnteresseerd in productie en gebruik van staal, werd gebruikt om de American Society for Testing and Materials (ASTM) te creëren, een meer algemene standaardisatieorganisatie die documenten creëert voor productie en testen over veel gerelateerde productivakgebieden. ASTM specificert niet alleen staal, maar ook andere materialen (metalen, kunststoffen, verf) en diverse testprocedures – van het meten van coatinggewicht tot het testen hoe goed stootpalen beschermen tegen voertuigaanval.

Er zijn ook top-organisaties die geen eigen standaarden maken, maar andere organiseren en accrediteren die complete en rigoureuze standaarddocumenten publiceren. ANSI, het American National Standards Institute, accrediteert 41 gespecialiseerde organisaties zoals ASTM. Deze variëren van textielkleuristen tot de boomverzorgingsindustrie.

ISO, de International Organization for Standardization, is een internationale standaardisatie-instantie die deskundigheid ontleent aan lidorganisaties, één per land. ANSI is de Amerikaanse lidorganisatie voor ISO.

Het navigeren door deze hiërarchie van standaarden kan onmogelijk lijken, maar omdat velen het al deden, zijn vergelijkbare metalen bekend voor de meest gebruikelijke legeringen.

Voorbeeld van Standaardisatieorganisaties die Staal Specificeren

Deze lijst is niet compleet, maar gekozen om de complexiteit en variatie van standaardisatie wereldwijd weer te geven en de standaarden te demonstreren die een metaalingenieur kan tegenkomen.

Internationaal

• ISO: International Organization for Standardization
  • Het lijkt alsof "ISO" een foutieve acroniem is – zou het niet "IOS" moeten zijn? Nee; ISO is niet bedoeld als acroniem. Het voorvoegsel "iso" is van het Grieks, betekent "gelijk". ISO is een wereldwijd netwerk van de top standaardisatieorganisaties in elk land. ISO biedt standaarden voor metalen los van maar geïnformeerd door wereldwijde lidorganisaties.
• ASTM International: American Society for Testing and Materials
  • ASTM was oorspronkelijk een Amerikaanse standaardisatieorganisatie maar heeft nu 12.000 standaarden in 140 deelnemende landen. ASTM integreert de standaarden van kleinere industrie-geleide organisaties (zie AISI en ASME hieronder).

Amerika's

• AISI: The American Iron and Steel Institute
  • Gestart in 1855 als de American Iron Association om "passende maatregelen te nemen voor het bevorderen van de belangen van de handel in al haar takken", was AISI een van de eersten die Noord-Amerikaanse standaarden voor diverse staalproductlijnen leverde.
• ASME: The American Society of Mechanical Engineers
  • Mechanische ingenieurs richtten deze organisatie in 1880 op. In 1905 zorgde een ketelexplosie ervoor dat ASME begon te kijken naar het creëren van standaarden om vergelijkbare tragedies te voorkomen. Staalstandaarden zijn belangrijk voor ASME omdat materiaaleigenschappen veilige werkbelasting bepalen.
• ANSI: American National Standards Institute
  • ANSI is de top-niveau koepelorganisatie die toezicht houdt in de VS, en is de Amerikaanse lidorganisatie voor ISO. Opgericht in 1918, beheert het de vrijwillige consensusstandaarden voor producten, diensten, processen, systemen en personeel in de VS.
• CSA Group: Canadian Standards Association
  • De Canadian Standards Association specificert staal in Canada. Het werd in 1919 opgericht toen de industrie ontdekte dat de onmogelijkheid om gemakkelijk te communiceren het moeilijk maakte voor Canadese bedrijven om snel genoeg te reageren op de oorlogsinzet. Het standaardiseren van industriële processen maakte het mogelijk voor de industrie om productie te combineren op een nog nooit geprobeerde manier. CSA werkt op industrieel niveau, maar er is een hogere instantie, de SCC of Standards Council of Canada, wat het ANSI-equivalent is. In Canada is het een publiekrechtelijke corporatie, geen private.
• DGN: Dirección General de Normas
  • Deze standaardisatieorganisatie is de Mexicaanse lidorganisatie van de ISO. Het is een overheidsinstantie in plaats van een vrijwillige, die standaarden creëert en de bevoegdheden en regelgeving van verschillende ministeries uitoefent.

Europa

Europa heeft drie koepelorganen: CEN, CENELEC en ETSI. In staalspecificaties zijn de volgende meer voorkomend:

• DIN: Deutsches Institut für Normung
  • Eerst opgericht als industrie-standaardisatieorganisatie in 1917, werd DIN in de jaren '20 hercast als grote standaardisatieorganisatie. Dit is Duitsland's lidorganisatie van ISO.
• BSI Group: British Standards Institution
  • BSI was de werelds eerste nationale standaardisatie-instantie, opgericht in 1901. Een van de allereerste specificaties was voor het staal dat in tramways gebruikt werd, om veiligheid en duurzaamheid te garanderen. Het is een van de stichters van ISO, en de Britse lidorganisatie voor die organisatie.

Azië

• JISC: Japanese Industrial Standards Committee
  • De JISC is de Japanse lidorganisatie van de ISO en beheert de JIS, Japanese Industrial Standards, die tijdens WOII tot stand kwamen om materiaaluitvoer te vereenvoudigen. In 1949 werden wetten aangenomen om de juridische basis van de JIS te creëren.
• GB: Guobiao
  • The Standardization Administration of China (SAC) is de lidorganisatie voor de ISO. De standaarden die het uitgeeft, zijn bekend als de GB of Guobiao standaarden. Dit is de basis voor producttesten en certificering in China.

Specificeren in de Praktijk

Over al deze specificaties heen zijn er vaak duidelijke substituties voor veelgebruikte legeringen. De eerder genoemde ASTM 1050 staal kan worden gesubstitueerd door GB#50 of JIS S 50 C. Voor elke specificatie zijn er kleine variaties in chemie. Een ingenieur met kennis van de toepassing kan adviseren of deze verschillen een probleem zullen zijn voor het eindproduct.

In de meeste gevallen verandert niet het metaal, maar de papierwerk. Zelfs als de standaarden lichtelijk verschillen, zal het materiaal dat eruit komt bijna hetzelfde zijn. Het specificeren van metaal is een beetje als het mengen van verfkleuren, waarbij gemeten toevoegingen van pigment aan een basisverf worden gedaan. Twee bijna identieke kleuren krijgen verschillende namen van verschillende fabrikanten en hebben variërende pigmenttoelatingen. Verder kan elke gemengde batch verf miniem verschillen van de vorige. Toch weten experts welke substituties tussen fabrikanten gemaakt kunnen worden, en een neon groen zal nooit verward worden met robijnrood.

Op dezelfde manier weet een metallurg wat "voldoende dichtbij" betekent. Bij het ontwerpen van een product zullen ingenieurs een veiligheidsfactor opnemen. Dit betekent dat ze het product overdimensioneren, zodat het materiaal grotere krachten kan weerstaan dan waarvoor ze gerateerd zijn (een typische veiligheidsfactor wanneer mensenlevens op het spel staan is een factor vijf). Deze veiligheidsfactor is over het algemeen ten minste een orde van grootte groter dan de lichte variaties in mechanische eigenschappen tussen standaarden, zodat de variaties geen ontwerpzorgen zijn.

Uitzonderingen zijn militaire en luchtvaarttoepassingen, waar de tolerantie voor variantie veel, veel kleiner is. Zelfs een lichte verschuiving in mechanische eigenschappen kan ramp zalig zijn. In deze gevallen moet altijd dezelfde standaard rigoureus worden toegepast.

Let op als Koper – in Elke Jurisdictie

Papierwerk is eenvoudig genoeg. Standaarden verschillen niet zoveel, en zijn niet zo slordig, dat ze de reden zijn voor geruchten over buitenlands staal.

Wat het meest uitmaakt is de kwaliteitscontrole binnen de fabriek. Goed staal zou vrij van inclusies moeten zijn, consistent doorheen, en heel kleine en voornamelijk oppervlakkige defecten hebben. Bij gieten zijn er veel plekken waar een goed gespecificeerde staalkwaliteit slecht gemaakt kan worden: invoermateriaal, leeftijd en onderhoud van ovens, tijd bij temperatuur, ontslakking, het vakmanschap van het model, en de zorg tijdens het gieten dragen allemaal bij aan het succes van het product.

Slecht staal kan op elke specificatie geproduceerd worden, als het niet zorgvuldig gemaakt wordt.

Het regelen van het papierwerk is niet bijna zo belangrijk als ervoor zorgen dat een fabrikant kwaliteit produceert met de nodige zorg en aandacht. Dit is een van de redenen waarom staal uit andere jurisdicties een slechte naam kan krijgen. Bij bestellen van veraf, betekent niet de fabriek bezoeken dat men de aanwijzingen mist die suggereren dat een fabrikant slordig werkt. Als de fabrikant aan de overkant van de wereld zit in plaats van om de hoek, is dit lastiger te beoordelen.

Echter, zakelijk reizen maken de wereld veel kleiner dan vroeger. Relaties en toezicht langs de supply chain zijn even belangrijk in een wereldwijde economie als in een lokale. Mensen ontmoeten en leren wie ze zijn, onderzoeken wat ze waarderen in hun bedrijf, maakt het verschil bij het bemachtigen van de juiste leverancier. Kwaliteitsborging aan beide uiteinden is belangrijk om de varianties te monitoren die tijdens een productieloop kunnen ontstaan.

Zoals zoveel in het bedrijfsleven, is het probleem menselijk. Standaarden en automatisering zijn belangrijk, maar ze vervangen geen goed oordeel en toewijding aan excellentie. Uiteindelijk is de kwaliteit van staal een product van de zorg en aandacht in de productie, in welke jurisdictie het ook geproduceerd wordt.

Voor meer informatie over staal, of om een offerte aan te vragen voor een maatwerkproject, neem contact met ons op.