Toolstaal gedemystificeerd: samenstelling, productie en industriële toepassingen

Toolstaal is een type koolstoflegeringstaal. Zoals u kunt raden uit de naam, wordt het vaak gebruikt om handgereedschappen of machinematrijsen te maken, wijzigen of repareren. Toolstalen zijn opvallend voor hun hardheid, weerstand tegen slijtage en vervorming. Ze kunnen een snijrand behouden bij zeer hoge temperaturen, weshalb ze vaak worden gebruikt bij het vormgeven van andere materialen door snijden, persen, prägen of extruderen. Hun slijtweerstand leent zich voor hun gebruik in de productie van injectievormen.

Groepen van toolstaal

Toolstalen zijn ingedeeld in zes groepen. De keuze van de groep hangt af van factoren zoals kracht, zwaartekracht, oppervlaktehardheid, schokweerstand, werktemperatuur en kosten. De zes groepen zijn: waterhardening, koudwerk, schokweerstand, hoogssnelheid, warmwerk en speciaal doel.

Hoe wordt toolstaal gemaakt?

De productie van toolstalen vindt plaats onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden om de vereiste kwaliteit te produceren. Toolstaal heeft een koolstofgehalte van tussen 0,5% en 1,5%. Het productieproces introduceert legeringselementen die karbiden vormen, meestal wolfram, chroom, vanadium en molybdeen.

Primaire smelting

Toolstaal wordt vaak gemaakt van ongeveer 75% schroot – een mengsel van molenschroot en aangekocht schroot. Het is erg belangrijk om besmetting van het schroot te vermijden, vooral van metalen die niet geoxideerd kunnen worden zoals nikkel, kobalt en koper. De meerderheid van de toolstaalproductie wordt gedaan door Electric Arc Furnace (EAF) smelting.

Er zijn twee stadia: Het schroot wordt snel in de oven gesmolten. Het hete metaal wordt overgebracht naar een aparte kan of convertervaat om te worden geraffineerd. Dit proces is bekend als secundaire raffinage, en het stelt grote efficiëntie en de verwerking van grote volumes toe.

Het geraffineerde metaal wordt vervolgens naar het gietstation overgebracht en in lingoten gegoten. De resulterende lingoten worden meestal gegloeid (langzaam opgewarmd en afgebouwd) om barsting te voorkomen.

Electroslag smelting

Electroslag her-smelting of raffinage (ESR) is een progressief smeltproces dat gebruikt wordt om lingoten te produceren met gladde oppervlakken en geen pipen (gaten) of porositeit (onvolkomenheden). ESR-lingoten geven verbeterde warmteverwerkbaarheid, betere verwerkingsopbrengsten, verhoogde zuiverheid, betere transversale trekduktiliteit en vermoeidheidseigenschappen.

Primaire afbraak

De afbraakmethode die voor toolstalen wordt gebruikt, gebruikt ofwel een open-die hydraulische pers of een rotatie smedemachine. Deze processen zijn extreem veelzijdig en kunnen lengtes van 6 tot 13 m (20 tot 43 ft) produceren in vierkanten, rechthoeken, holle of getrapte dwarsdoorsnedes. Het eindproduct is van zeer hoge kwaliteit, met weinig barsten, vouwen of naden, en een hoge graad van rechtlijnigheid kan bereikt worden.

Walsen

In moderne staalproductie worden tot 26 walserijen in een rij gebruikt. Het metaal wordt verwarmd via een gas-gevoede duwer, lopende-balk oven, of hoogvermogen inductieoven. Snelle verwarming wordt gebruikt om decarburisatie (verlies van koolstofgehalte) te voorkomen. Het proces geautomatiseerd door computers en meetapparaten worden gebruikt om de diameter tolerantie en oppervlakte kwaliteit van het metaal te monitoren. Door dit proces, kan een rol staalplaat in minder dan 12 minuten geproduceerd worden.