Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

stål

Oprindelig forfatter VFB Seneste forfatter Redaktionen

Ståls hårdhed afhænger især af kulstofindholdet og af varmebehandlingen. Vickers-hårdheden er her anført for dels normaliseret stål (nederste kurvebånd), dels de samme stål i vandhærdet tilstand (øverste kurvebånd). Båndbredden er udtryk for, at måleresultaterne har en vis spredning.

Ståls hårdhed afhænger især af kulstofindholdet og af varmebehandlingen. Vickers-hårdheden er her anført for dels normaliseret stål (nederste kurvebånd), dels de samme stål i vandhærdet tilstand (øverste kurvebånd). Båndbredden er udtryk for, at måleresultaterne har en vis spredning.

stål, fællesbetegnelse for meget forskellige legeringer, hvori jern indgår som et væsentligt element. Langt det meste stål fremstilles ved smeltning, udstøbning og viderebehandling, men der fremstilles i dag også stål ved pulver- og sprøjtemetallurgiske metoder.

Betydningen af ordene stål og jern har varieret gennem tiderne og med den sammenhæng, ordene optræder i. Jern er det rene grundstof; det har ikke nogen særlig teknisk betydning. Jern er desuden en samlebetegnelse for produkter, hvor jern udgør 95 % af legeringen eller mere. Undertiden mener man med jern støbejern, fx et kloakdæksel eller en kakkelovn fremstillet på et jernstøberi, undertiden mener man råjern, højovnens hovedprodukt. Før ca. 1860 var jern også det 99,8 % rene jern, der markedsførtes som smedejern, svejsejern og puddeljern. Stål derimod var det samme jern, der var blevet opkullet til et kulstofindhold på 0,4-0,9 %, hvorved det var blevet gjort hærdbart. Jern og stål indeholdt indtil omkring 1880 ingen andre legeringselementer end kulstof og fosfor.

Siden Bessemer-, Siemens-Martin- og Thomas-processerne tog fart sidst i 1800-t., er alle færdigvarer som profiler, plader, rør og tråd blevet kaldt stål. Det karakteristiske ved materialer fremstillet efter den tid er, at de er lavet ud fra tonstunge smelter, der ved 1600-1700 °C er blevet udstøbt i blokke eller blevet strengstøbt for derefter at blive valset eller smedet til diverse produkter. Sådant stål er homogent og slaggefattigt. Af hensyn til støbeligheden er der oftest tilsat 0,3-1 % silicium og mangan samt lidt aluminium.

Annonce

I denne moderne sammenhæng hentyder stål ikke til kulstofindholdet. Fx indeholder hovedparten af det stål, der fremstilles på Det Danske Stålvalseværk (nu NLMK Dansteel) i Frederiksværk, kun 0,1-0,2 % C (kulstof), og disse ståltyper kan ikke hærdes. De er til gengæld velegnede som konstruktionsstål, der skal samles ved svejsning (se også stålkonstruktioner). Svejsbare stål indeholder i regelen mindre end 0,25 % C. I udlandet fremstilles der stål med lave kulstofindhold (< 0,05 %) til specielle formål, fx karosseriplader, fortinnet blik og blomstertråd. Ligeledes fremstilles der rustfri stål med lave kulstofindhold, men med så store legeringstilsatser af chrom og nikkel, at jernandelen kan falde til 50 %.

Et stål beskrives ved sit legeringsindhold, sin renhed og sin struktur. Legeringsindholdet bestemmer ståltypen og er bestemmende for mange brugsegenskaber som svejselighed, hærdelighed samt korrosions- og varmebehandlingsegenskaber. Renheden, stålets kvalitet, er et udtryk for, hvor meget der er gjort for at fjerne uønskede legeringselementer og slaggeindeslutninger, og hvor snævre tolerancer der er for indholdet af de ønskede legeringselementer. Slaggeindeslutningerne har betydning for egenskaber som polerbarhed og udmattelsesstyrke. De snævre grænser for legeringsindhold giver mulighed for bedre optimering af ønskede brugsegenskaber, fx korrosionsbestandighed af rustfri stål, polerbarhed af stål til plastforme eller slidstyrke af værktøjsstål. Renheden betyder mere for stålets pris end legeringsindholdet.

Stålets struktur er afgørende for stålets mekaniske egenskaber som flydespænding, hårdhed og deformationsevne samt i nogen grad for egenskaberne ved høje og lave anvendelsestemperaturer og er derfor af primær interesse. Konstruktionsstål vil normalt blive brugt med den struktur, de har fra stålværket, dog med lokale variationer, bl.a. ved svejsninger. Maskinstål og værktøjsstål vil normalt få strukturen ændret flere gange under emnefremstillingen, og det færdige produkt får ofte en nøje specificeret struktur ved kolddeformation, hærdning, sejhærdning eller anden varmebehandling, evt. suppleret med specielle overfladebehandlinger. Strukturen bedømmes ved udskæring af en lille prøve, hvoraf der fremstilles et metallografisk slib. Slibet undersøges og fotograferes ved 50-1000 gange forstørrelse i et mikroskop, og hårdheden måles som Brinell-, Rockwell- eller Vickers-hårdheden.

Ligevægtsstrukturer

Stål, som efter udstøbning og valsning køler af ved almindelig varmeudveksling med den omgivende luft, ender ved stuetemperatur i nogenlunde ligevægt, så strukturen kan bedømmes vha. jern-kulstof-diagrammet. Ved almindeligt forekommende tryk kan jern findes i to krystalformer, austenit, der er kubisk fladecentreret, og ferrit, der er kubisk rumcentreret. Da varmvalsning normalt gennemføres ved 900-1300 °C, viser diagrammet, at stålet under valsningen foreligger i austenitstruktur. Denne æltes og omkrystalliserer mange gange under valsningen. Ved afkølingen bliver den sidst dannede austenit ustabil og dekomponerer til ferrit og cementit. Hvordan slutstrukturen bliver, afgøres især af kulstofindholdet og afkølingshastigheden. Ved moderat afkølingshastighed bliver kulstoffattige stål med mindre end 0,02 % C rent ferritiske og bløde. Eutektoide stål, dvs. stål med 0,76 % C, dekomponerer til ferrit og cementit, der danner en lamellar struktur, som kaldes perlit. Undereutektoide stål, dvs. stål med mindre end 0,76 % C, danner både ferrit og perlit; jo mere ferrit, jo længere man kommer fra det eutektoide punkt. Overeutektoide stål, stål med mere end 0,76 % C (men mindre end 2,1 %), danner både cementit og perlit, jo mindre cementit, jo nærmere man kommer det eutektoide punkt. Ferrit er blødt, omkring 100 HV (Vickers-hårdhed), mens cementit er meget hårdt, omkring 1000 HV. Ferrittens kornstørrelse er 10-100 μm, cementitlamellernes tykkelse 0,4-2 μm. Strukturelementernes blandingsforhold, form og dimensioner er afgørende for stålets mekaniske egenskaber. Hertil kommer, at man kan påvirke dem yderligere ved legering med nikkel og chrom eller med silicium og mangan ud over den ene procent, der normalt vil være til stede.

Stål. Det totale energiforbrug fra påsætning af malm på højovnen til færdigt råstål. Det teoretisk mindste forbrug er beregnet til 6,7 Gigajoule pr. t råstål (1 GJ = 278 kWh). Igennem årene er besparelserne opnået ved at gå fra stykmalm til sintret malm og videre til pellets (faste partikler) samt ved at indføre iltblæste ovne og strengstøbning. Kurven angiver de omtrentlige tidspunkter for indførelsen af de forskellige produktionsmetoder på verdensplan.

Stål. Det totale energiforbrug fra påsætning af malm på højovnen til færdigt råstål. Det teoretisk mindste forbrug er beregnet til 6,7 Gigajoule pr. t råstål (1 GJ = 278 kWh). Igennem årene er besparelserne opnået ved at gå fra stykmalm til sintret malm og videre til pellets (faste partikler) samt ved at indføre iltblæste ovne og strengstøbning. Kurven angiver de omtrentlige tidspunkter for indførelsen af de forskellige produktionsmetoder på verdensplan.

Ca. 75 % af verdens samlede stålproduktion er konstruktionsstål, dvs. undereutektoide stål med 0,10-0,25 % C, også kaldet blødt stål (mild steel). Strukturen af blødt stål består af 65-85 % ferrit og 15-35 % perlit. Da der er en næsten lineær sammenhæng mellem hårdhed og trækstyrke, giver strukturundersøgelsen og hårdheden, som er nem at måle, et fingerpeg om stålets øvrige egenskaber. Dette gælder dog kun, så længe der er tale om homogene produkter. Men moderne stål er langt mere homogene end tidligere tiders friskede og pudlede stål.

Uligevægtsstrukturer

De vigtigste strukturer af denne art optræder i stål, der køler hurtigt ned fra austenitstrukturen. Ved den hurtige køling undertrykkes kulstofatomernes diffusion, så de ikke får lejlighed til at fordele sig mellem kulstoffri ferrit og kulstofrig cementit. I stedet fastlåses de, hvor de tilfældigvis befandt sig i austenitten, så denne på kompliceret måde omdannes til martensit eller til ekstremt finkornede blandinger af ferrit og perlit, den såkaldte bainit. Strukturer og hårdheder for en lang række almindelige ståltyper som funktion af afkølingsprocedure findes publiceret i CCT- og TTT-diagrammer.

Martensittens struktur og hårdhed afhænger af kulstofindholdet. Stål får forøget hårdhed ved bratkøling, men bratkølingen introducerer desværre en vis skørhed. Dette medfører, at de hærdede stål normalt straks underkastes en anløbning. Derved mister de noget af hårdheden, men restspændinger fjernes, og skørheden mindskes tilstrækkeligt til, at stålet kan anvendes som værktøj, fjedre, kuglelejer m.m. Da martensitdannelsen kræver stor afkølingshastighed, kan man kun forvente, at overfladen bliver hård. Der er den også af størst betydning, idet det er på overfladen, sliddet sker. Martensitdannelsen sker under volumenudvidelse, hvorfor der opstår trykspændinger i overfladen, der kan medvirke til at øge emnets udmattelsesstyrke (se udmattelse). Vil man sikre sig, at et større emne bliver hærdet til kernen, må stålet legeres.

Legeret stål

Jern, der legeres, får ændrede kemiske, fysiske og mekaniske egenskaber. Selv små mængder kulstof ændrer på afgørende måde jernets struktur og hårdhed. Med mere end ca. 2,5 % C får man støbejern. Små mængder bor, kvælstof, fosfor og vanadium øver også betydelig indflydelse. Fx har jern med 0,2-0,3 % fosfor bedre korrosionsbestandighed end rent jern. Andre grundstoffer som nikkel, chrom og mangan må normalt tilsættes i noget større mængder for at skabe nye ståltyper.

Der er mange gode grunde til at legere jern. Mens det simple jern-kulstof-stål kun lader sig gennemhærde i kniv- eller skruetrækkerstørrelse, kan større genstande gøres gennemhærdede ved legering med nogle få procent chrom, nikkel, vanadium og molybdæn. Hærdbarheden bedømmes vha. Jominy-prøven.

Ulegeret jern og stål mister sejheden i kulde. Under den såkaldte omslagstemperatur (se slagsejhed) er stål ret skørt og tåler dårligt slagagtige påvirkninger. Ved legering med især nikkel opnås sejere stål. Af stål med 9 % nikkel kan således konstrueres beholdere, der tåler −160 °C.

Forbedret styrke ved forhøjet temperatur kan opnås ved fremstilling af finkornsstål eller lavt legerede konstruktionsstål, også kaldet HSLA-stål (high strength low alloy). Her benyttes en hel vifte af legeringsstoffer, mangan, chrom, nikkel, molybdæn, vanadium og niobium, der hver for sig kun indgår med nogle tiendedele procent. Det anslås, at den årlige produktion af HSLA-stål er omkring 12 % af verdens totale stålproduktion.

Stål, der skal anvendes ved endnu højere temperatur, i ildsteder, jetmotorer etc., er kraftigt legerede (se også superlegeringer). Ildbestandige stål ligner de rustfri stål og bygger på høje tilskud af chrom, nikkel og molybdæn.

En vis forbedring af korrosionsegenskaberne opnås allerede ved nogle tiendedele procent legering med kobber, fosfor, chrom m.m., se cortenstål. Væsentlige forbedringer kræver mere end 12 % chrom, hvorved man får den meget vigtige gruppe af rustfri stål (se nedenfor).

Slidstyrke opnås i regelen ved at lade cementit indgå som en væsentlig bestanddel. Ved legering med chrom, molybdæn og wolfram dannes stærke og seje carbider, der også tåler en vis varmepåvirkning, i hurtigstål op til 500-600 °C. Slidstyrke i kæbeknusere og entreprenørmateriel kan opnås ved legering med 11-14 % mangan (Hadfield-stål, se R.A. Hadfield). For at lette spåntagning af blødt stål tilsættes 0,15-0,3 % svovl eller 0,1-0,6 % bly, hvorved man får de såkaldte automatstål. Disse leveres i regelen i stangform, der egner sig til massefabrikation af små emner vha. automatiske bore- og fræsemaskiner.

Udmattelsesstyrken kan forbedres ved legering med chrom og nikkel. Her er stålets slaggerenhed tillige en væsentlig faktor. Da man ved, at udmattelsesrevner ofte udgår fra mikroskopiske slaggepartikler, forsøger man ved smeltningen at nedbringe slaggeindholdet til et minimum. Da hovedparten af slaggerne flyder oven på stålsmelten, kan man opnå en forbedring ved at tømme diglen gennem et hul i bunden i stedet for at hælde den. Slaggefattige stål lader sig polere til en fin overfladefinish.

Stål er som nævnt i princippet sammensat af tre stabile faser, ferrit, cementit og austenit, samt den metastabile martensit. Legeringselementerne fordeler sig mellem faserne. Helt ulegeret ren ferrit, som den kan træffes i frisket jern fra 1700-t., er blød, 70-75 HV. Ferrit legeres imidlertid let med fosfor, silicium og mangan, hvorved hårdheden stiger markant. Selv ulegerede, bløde kulstofstål indeholder omkring 0,3 % silicium og 0,3 % mangan, så hårdheden af moderne stål er sjældent mindre end 100-110 HV. Grundstoffer, som især samler sig i austenitten, er kulstof, nikkel og mangan. Ren austenit er ikke stabil ved stuetemperatur, men den kan blive det ved at øge nikkel- og manganindholdet. De almindelige austenitiske rustfri stål indeholder mindst 18 % chrom og 8 % nikkel.

Ren cementit er Fe3C, men i legeret stål træffes tillige carbiderne Cr23C6, TiC, VC, W2C mfl. Fælles for carbiderne er deres store hårdhed, 1000-3000 HV, hvorfor de er nødvendige i værktøjsstål og slidstærke stål. Carbiderne bør foreligge som jævnt fordelte partikler med en størrelse af ca. 1 μm. Dette opnås lettest ved pulvermetallurgiske metoder, hvorimod støbning og smedning har tendens til at fremme en ujævn fordeling af store brokker og små partikler.

Stålets legeringsmuligheder synes uudtømmelige, og nye legeringer og varemærker dukker stadig op. For overskuelighedens skyld opdeler man ofte stålene i ulegerede med mindre end 1 %, lavt legerede med 1-5 % og højt legerede med mere end 5 % legeringselementer. I den sidste kategori findes alle rustfri stål og de fleste værktøjsstål. Generelt kan man sige, at jo højere legeret stålet er, des vanskeligere er det at svejse.

Rustfri stål

Stål. Kedler i rustfri stål på Ceres Bryggerierne i Århus. De to kedler midt i billedet er urtkedler, de øvrige brygkedler. Kedlerne er fremstillet af 4 mm rustfri plade, de er 5,4 m i diameter og rummer hver 107.400 l. Foran den ene urtkedel ses en pult i rustfrit stål til udtagning af prøver. Fotografi fra 1996.

Stål. Kedler i rustfri stål på Ceres Bryggerierne i Århus. De to kedler midt i billedet er urtkedler, de øvrige brygkedler. Kedlerne er fremstillet af 4 mm rustfri plade, de er 5,4 m i diameter og rummer hver 107.400 l. Foran den ene urtkedel ses en pult i rustfrit stål til udtagning af prøver. Fotografi fra 1996.

Rustfri stål eller rustfaste stål omfatter en række højtlegerede ståltyper med fremragende korrosionsbestandighed. Hovedlegeringselementet er chrom, som indgår med mindst 12 %, men derudover findes i vekslende omfang nikkel, molybdæn, kulstof m.m. Af smeltetekniske årsager tilsættes altid ca. 1 % silicium og 1 % mangan. Korrosionsbestandigheden skyldes, at der i neutralt eller iltrigt miljø dannes usynlige, chromrige overfladelag, som beskytter både ved stuetemperatur og ved forhøjede temperaturer. Mange rustfri stål finder derfor også anvendelse som ildfaste stål. Betegnelsen rustfri skal tages med forbehold: Intet rustfrit stål tåler at blive begravet i jord, og mange rustfri stål ødelægges ved grubetæring af kloridholdige væsker eller nedbrydes ved spændingskorrosion (se korrosion).

De rustfri stål inddeles på basis af deres struktur i ferritiske, martensitiske, austenitiske og ferritisk-austenitiske.

De ferritiske stål er kemisk set de simpleste, idet de indeholder 13-25 % chrom, 0-0,5 % nikkel, 0-2 % molybdæn og 0-0,2 % kulstof. De er magnetiske, men ikke velegnede til svejsning og normalt relativt billige. Som anvendelsesområder kan nævnes bestik, skruer, bolte, køkkenvaske, oliebrændere og detaljer til svovlsyre- og salpetersyreindustrien.

De martensitiske stål indeholder 13-17 % chrom, 0-5 % nikkel, 0-1 % molybdæn og 0,1-1 % kulstof. Ved glødning omkring 1000 °C fulgt af køling i olie og anløbning til ca. 600 °C får disse stål den ønskede martensitiske struktur. Jo højere kulstofindhold, des større styrke og hårdhed og dermed ægskarphed, som gør martensitisk stål velegnet til skærende værktøj. De martensitiske stål anvendes også til turbineskovle, aksler, barberblade, dampledninger på kraftværker mv. De er magnetiske, og de fleste typer er vanskelige eller næsten umulige at svejse.

De austenitiske stål indeholder 17-26 % chrom, 7-25 % nikkel, 0-4,5 % molybdæn, mindre end 0,1 % kulstof og har ofte små tilsætninger af kvælstof, titan og niobium. De er austenitiske ved alle temperaturer, umagnetiske og velegnede til svejsning. Standardkvaliteten kaldes ofte 18-8 efter indholdet af 18 % chrom og 8 % nikkel. De austenitiske stål er meget duktile (bøjelige), så plader kan formgives og fx dybtrækkes til køkkenvaske. De finder stor anvendelse som konstruktionsmaterialer overalt i industrien, som damprør i el- og varmeindustri og syrefaste dele i svovlsyre- og salpetersyrefabrikation. Koldvalset anvendes de i stigende omfang i karosserier (biler, tog og hårde hvidevarer); endvidere anvendes de som dekorative og konstruktive elementer i bygningsindustrien og som umagnetiske, rustfri detaljer i instrumenter. I husholdningen møder man dem som bestik, køkkenudstyr (kogekar, piskeris, dørslag) og vaskemaskiner.

Ferritisk-austenitiske stål eller duplexstål har ca. 50 % ferrit og ca. 50 % austenit i strukturen. De indeholder normalt 18-25 % chrom, 4-7 % nikkel, 0-4 % molybdæn, 0,1-0,3 % kvælstof og 0,03-0,1 % kulstof. Ferritisk-austenitisk stål forener de ferritiske ståls saltvandsbestandighed med de austenitiske ståls gode svejsbarhed og styrkeegenskaber, men kan kun anvendes op til ca. 300 °C. De anvendes især inden for den kemiske industri og ved olieudvinding.

På verdensbasis produceredes i 2014 ca. 41,7 mio. t rustfri stål. Op til en fjerdedel af alt rustfrit stål bliver leveret som båndstål af austenitisk kvalitet. Prisen er, afhængigt af type og dimensioner, 4-25 gange prisen på stål.

Forudsætningen for udviklingen af de rustfrie stål var adgangen til chrom- og ferrochromlegeringer. Med etableringen af elektriske smeltemetoder i de første årtier af 1900-t. blev det muligt at eksperimentere med højchromholdige stål, og den gode korrosionsstyrke af stål med mere end 12 % chrom blev erkendt og udnyttet fra omkring 1915 med pionerindsatser i England (Thomas Firth & Sons, H. Brearley (1871-1948)), Tyskland (Krupp, B. Strauss (1873-1944)) og Sverige (Avesta, Bo Kalling (1892-1975)). Der udvikles stadig nye rustfri ståltyper.

Stålindustri

Stål. Tonstunge ruller af færdigvalset tyndplade fra Svenskt Stål AB (SSAB) i Borlänge ligger klar til at blive videresendt til maskinindustrien. En del vil først blive fortinnet på specialfabrikker. Fotografi fra 1995.

Stål. Tonstunge ruller af færdigvalset tyndplade fra Svenskt Stål AB (SSAB) i Borlänge ligger klar til at blive videresendt til maskinindustrien. En del vil først blive fortinnet på specialfabrikker. Fotografi fra 1995.

Stålindustrien omfatter fremstilling af jern og stål og de indledende trin af stålets formgivning. Yderligere forarbejdning finder sted i den vidt forgrenede maskinindustri eller i mindre håndværksmæssige enheder. Stålindustrien støtter sig til en række hjælpeindustrier, som leverer smelte- og varmebehandlingsovne, transportsystemer, ilt og ædelgasser, ildfaste materialer og grafitelektroder, computer- og styresystemer samt råstoffer som malm, flusmidler og koks.

Industriens udvikling

Mht. jern og stål i tidligere tider, se jern (historie). Den moderne stålindustri opstod efter indførelsen af Siemens-Martin- og Bessemer-processerne omkring 1870. Storbritannien, Tyskland og USA dominerede industrien de første 60 år, men især efter 2. Verdenskrig gjorde Kina, Japan, Sovjetunionen (nu Rusland) og Sydkorea sig stærkt gældende. Meget af produktionen i Kina og Rusland afsættes på hjemmemarkedet, mens Sydkorea og Taiwan med hypermoderne anlæg står stærkt på eksportmarkederne. Sverige og Finland har en ikke ubetydelig del af verdensproduktionen. Værdien af denne produktion er ret stor, da det bl.a. drejer sig om rustfri stål og værktøjsstål.

Fremstillingsteknologien ændrede sig markant efter 2. Verdenskrig. I løbet af 1960'erne og 1970'erne forsvandt både Thomas-, Bessemer- og Siemens-Martin-processerne til fordel for elektroovne og iltblæste konvertere. I Danmark skiftede Det Danske Stålvalseværk omkring 1975 fra oliefyrede Siemens-Martin-ovne til elektriske lysbueovne.

Omstruktureringer. Stålindustrien har siden 1970'erne været gennem en ustabil periode med nedskæringer og lukninger. Afsætningsprisen på stålindustriens produkter har i perioden varieret stærkt efter en sinuslignende kurve med en periode på 4-5 år. I Europa har uroen medført mange fusioner, både i de enkelte lande og landene imellem, og tusinder af medarbejdere er blevet afskediget, samtidig med at produktiviteten er forøget. Samtidig er stålproduktionen i Kina steget voldsomt, og Kina står i dag for ca. halvdelen af produktionen.

To store omlægninger skete ved den franske stålkoncern Usinors overtagelse af det belgiske Cockerill Sambre i 1998, som gjorde konglomeratet til Europas største stålproducent med en årsproduktion på ca. 21 mio. t; det indgik 2002 i Arcelor Group. Fusionen i 1998/99 af Tysklands to største stålkoncerner, Thyssenkoncernen og Kruppkoncernen, dannede ThyssenKrupp AG, der er blandt Europas største stålproducenter med en årlig råstålproduktion på ca. 16 mio. t.

Råstålproduktion i mio. t
18701900193819481978199820062014
1 Kina32114420822
2 Japan61,710294114111
3 USA0,2102980124989688
4 Sovjetunionen2*181715142*70*72*
5 Sydkorea5404872
6 Tyskland0,2623741454543
7 Ukraine234027
8 Brasilien12263234
9 Italien2224262924
10 Frankrig0,146723202016
11 Storbritannien0,25111520171412
verdensproduktion0,73011015372577512001665
*Rusland

Også i den nordiske stålindustri er der sket store forandringer. I 1986 blev SKF Steel (SKF) sammenlagt med en af sine alvorligste konkurrenter, Ovako OY i Finland, under navnet Ovako Steel AB. I 1990 fusionerede det østrigske statsejede stålværk Böhler med det privatejede svenske Uddeholm AB, hvorved man skabte Böhler-Uddeholm, en af verdens største virksomheder for værktøjsstål. I 1992 fusionerede Avesta Järnverks AB med British Steel Sheffield. Den nye koncern, Avesta Sheffield, var med en årlig produktion på ca. 1 mio. t blandt Europas førende inden for rustfri stål. Virksomheden blev i 2001 overtaget af Outokumpu.

Moderne stålfremstilling

Stål fremstilles ud fra råjern i iltblæste konvertere, der normalt kræver et nærliggende højovnsanlæg (se højovn), eller ved smeltning i elektroovne. Det smeltede stål kan viderebehandles ved at overføres til en mellemstation, en ske. Her holdes stålet flydende, mens det behandles ved den såkaldte skemetallurgi. Der tilsættes iltfjernende midler (ferrosilicium, aluminium), svovlfjernende og slaggemodificerende midler (ferromangan, calciumsilicid) og eventuelle legeringsstoffer. Tilsatserne kan indføres i tynde stålrør, som nedsmeltes med deres indhold. Behandlingen omfatter ofte tillige en gennemblæsning med en ædelgas som argon eller en vakuumudgasning. Derved drives de fleste opløste gasser ud, mængden af urenheder reduceres, slagger elimineres, og stålet bliver meget homogent (se også beroliget stål).

Efter endt behandling flyttes skeen til dens udstøbningsposition og tømmes via et hul i bunden. Gennem en fordelingsrende flyder det smeltede stål ned i strengstøbemaskinens vandkølede kokille, hvorved der i princippet kan udstøbes en uendelig lang streng. Det støbte stål størkner, samtidig med at det glider længere og længere væk fra kokillen. Til sidst kappes det endnu glødende stål i passende længder før den videre behandling. På dette tidspunkt kaldes det råstål. Det er ofte råstålsmængderne, der indgår i landenes stålstatistik.

Råstålet genopvarmes til over 1200 °C, så en varmvalsning kan gennemføres, mens stålet er austenitisk. Det passerer frem og tilbage igennem svære valsestole, indtil tykkelsen er reduceret fra omkring 20 cm til fx 2 cm. Der sker kun ringe breddetilvækst under valsningen, så længden øges til ca. det tidobbelte. Til sidst renskæres stålet langs sider og ender og overføres til kølebeddingen, hvor det mærkes og undersøges for overfladefejl og indre fejl, fx ved ultralydprøvning. Det ovenstående gælder en plade til skibsbygning. Med udskiftning af kokille i strengstøbningsmaskinen og af valsestolenes udrustning kan man i stedet producere stænger, jernbaneskinner, H- og I-profiler.

Rustfri stål og værktøjsstål smeltes i elektriske induktionsovne og oftest i mindre portioner på 1-5 t. De udstøbes i tonstunge blokke, der går videre til valsning eller smedning.

Varmvalsning kan drives ned til 2 mm tykkelse. Derefter kan man fortsætte med koldvalsning, der sker ved stuetemperatur. Det koldvalsede produkt opnår smukkere og glattere overflader end det varmvalsede, og det kan fremstilles med snævre tolerancer. Det egner sig derfor til plade, der skal fortinnes, og til hårde hvidevarer. Især bilindustrien er dog den store aftager af koldvalsede produkter. I kraftige presser formgives pladerne til karosseriets enkelte dele. Med kolddeformationen ændrer stålet sig i hårdere og stærkere retning, så det ofte kan være nødvendigt at indskyde rekrystallisationsglødninger. Ved omhyggelig planlægning af legering, valseprocedure og afsluttende varmebehandling kan man skræddersy stål til næsten enhver opgave.

Det integrerede stålværk

Det integrerede stålværk er et komplet stålværk, hvor højovne, smelteovne for stål, varmvalseværker og hjælpefunktioner, fx fremstilling af ilt, findes inden for et snævert område på 200-500 ha i nærheden af en havn. Værket har ofte anlæg til oparbejdning af højovnsslaggen til isolationsmaterialer eller bygningssten, ligesom gigtgassen fra højovnen anvendes som energikilde i et kraftværk eller som grundlag for en kemisk industri, oftest fremstilling af ammoniak og urea til kunstgødning. Konverterslaggen kan sælges til genindvinding af mangan eller oparbejdes til fosforholdig kunstgødning. I Skandinavien findes fire integrerede stålværker, to i Sverige, i Oxelösund og i Luleå, og to i Finland, Rautaruukki i Raahe og Koverhar i Lappohja. De to svenske ejes af Svenskt Stål AB, mens de to finske ejes af Rautaruukki-koncernen, der er Nordens største stålkoncern.

Værket i Raahe kan tjene som eksempel på det moderne integrerede stålværk. Nær havnen er opført to af Europas største højovne. Malmen var oprindelig en titan- og vanadiumholdig magnetitmalm fra nærliggende miner i Otanmäki og Vuorokas, men er senere blevet suppleret med malme fra bl.a. Australien og Brasilien. Malmen knuses, renses og sintres til et produkt, som kan tilsættes højovnen sammen med koks og slaggeregulerende flusmidler. Siden 1980 er de sintrede malmstykker erstattet med pellets, bolsjestore kugler af 97% pulveriseret jernmalm, 3% olivin og lidt bentonit som bindemiddel. Pellets letter reduktionen af jernoxid til jern, har høj mekanisk styrke, så de kan tåle transporten ind i højovnen, og har miljømæssige fordele.

Råjernet fra højovnene transporteres flydende til tre iltblæste konvertere, hvor det omdannes til stål (se L.D.-processen). De kan i alt levere 24.000 charger pr. år. Stålet udstøbes kontinuerligt i stænger eller plader, der egner sig til varmvalsning eller smedning. Omkring 20% af det iltblæste stål viderebehandles ved skemetallurgi og ved vakuumafgasning. Halvdelen af disse særbehandlede stål anvendes til fremstilling af HSLA-stål af særlig høj kvalitet.

De varmvalsede plader videreforarbejdes bl.a. på Hämeenlinna-værket, hvor de koldvalses til bånd og profilerede plader, og på Wirsbo Stålrör AB i Virsbo, Sverige, hvor der uden brug af smelteovne produceres helsvejste stålrør.

Mindre stålværker

Intet værk, selv ikke det største i verden, fremstiller alle sorter af stål. Der har altid været tale om specialisering, så en lang række mindre stålværker, enten uafhængige eller opkøbt af de store, sørger for fremstilling af hver sin stålkategori. Disse værker begynder normalt med nedsmeltning af skrot i elektroovne. Skrottet kan i et vist omfang suppleres med råjernsbarrer og forlegeringer. Eksempler på nordiske specialstålværker er Ovako (kuglelejestål), Inexa (jernbaneskinner og specialprofiler til skibe), Uddeholm (værktøjsstål), Avesta Sheffield (rustfrie stål), Surahammar (siliciumstål til elektrisk maskineri og transformatorer), Åkers (valser til stålvalseværker) og Norsk Blikkvalseverk (fortinnet plade). Nogle kvaliteter fremstilles ikke i Norden; svære I- og H-bygningsprofiler må fx importeres fra USA, hvor Bethlehem Steel, Pennsylvania, har været pioneren, eller fra Japan, Storbritannien og Tyskland. De olie- og gasrørledninger, som i 1980'erne blev nedlagt i Vesterhavet, blev fremstillet på det store stålværk Ilva i Taranto, Italien. På maskinfabrikker som Nordisk Kabel og Tråd (NKT) i Middelfart har man specialiseret sig i fremstilling af søm, skruer og hegnstråd af stål, der importeres i form af spoler af blødt stål.

Mange handelsstålværker er af samme størrelse som Det Danske Stålvalseværk med en årsproduktion på omkring 1 mio. t. Det Danske Stålvalseværk er baseret på ca. 90% skrot og benytter to elektriske lysbueovne til smeltningen. Det smeltede stål behandles ved skemetallurgi og udstøbes kontinuerligt under argonbeskyttelse enten i form af slabs, der bruges til pladefremstilling, eller knipler, der valses til stænger. Værket, der er et af de mindst forurenende i verden, fremstiller konstruktionsstål, skibsbygningsstål og stål til kedler og beholdere, alt i form af varmvalsede plader med min. 8 mm tykkelse. Tillige fremstilles korrosionstræge stål, fjederstål, maskinstål samt indsætnings- og sejhærdningsstål.

Sammensætning og mekaniske egenskaber i færdig tilstand for nogle almindelige stålsorter
Tabellen angiver indhold af legeringselementer i vægtpct. Fælles for stålene er fosfor- og svovlindhold på mindre end 0,03 vægtpct.
ståltypesammensætning
CSiMnCrMoVNi
karosseriplade0,030,20-
konstruktionsstål0,160,250,61,70,5-
kedelrør, lavtemp.0,200,51,20,3-
kedelrør, højtemp.0,200,30,90,60,5-
geværpibe, sejhærdet0,320,30,63,01,00,2-
varmarbejdsstål (USN)0,381,00,45,21,30,4-
fjederstål (DAN A)0,441,70,7-
kuglelejestål1,00,30,31,0-
værktøjsstål2,01,01,012-
austenitisk rustfrit stål0,051,01,0181,5-9,5
Sammensætning og mekaniske egenskaber i færdig tilstand for nogle almindelige stålsorter
Tabel fortsat
ståltypeflydespænding (MPa)trækstyrke (MPa)forlængelse (%)Vickers-hårdhed (HV)
karosseriplade26038040125
konstruktionsstål65083016
280
kedelrør, lavtemp.31055018180
kedelrør, højtemp.71084015280
geværpibe, sejhærdet700100012325
varmarbejdsstål (USN)580
fjederstål (DAN A)1320142011450
kuglelejestål750
værktøjsstål740
austenitisk rustfrit stål19055040180

Referér til denne tekst ved at skrive:
Vagn Fabritius Buchwald: stål i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 10. december 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=166454