Kulstofindhold og stålegenskaber: Kulstofstigen

Stigen i overblik

Kulstofbånd	Karakter	Typiske anvendelser
Meget lavt — under 0.10%	Blødt, ekstremt formbart, svejses uden forholdsregler	Dybtrukket plade, bånd, tråd, nitter; interstitielt frie (IF) stål sidder i bunden af dette bånd
Lavt — 0.10–0.25%	Den svejsbare konstruktionsarbejdshest: god duktilitet, beskeden styrke, begrænset hærdningsrespons	Konstruktionsprofiler og plade (S235–S355-område), rør, generel fremstilling
Mellem — 0.25–0.60%	Reagerer stærkt på hærdning og anløbning; maskinbåndet	Aksler, tandhjul, aksler: C45/1045 ved omkring 0.45%, 4140 ved omkring 0.40%
Højt — 0.60–1.00%	Fjedre, sliddele og skærkanter; svejsning bliver en specialistprocedure	Fjederstål (omtrent 0.5–0.8%), jernbanestål, stålwire, knive
Meget højt — over 1.00%	Maksimalt karbidvolumen og hårdhed som hærdet; sprødt uden omhyggelig anløbning	Værktøjs- og formstål (D2 bærer omkring 1.5%), file, lejeløb ved omkring 1.0%

Hvad kulstof styrer

Hårdhedsloft. Kulstof sætter den maksimale hårdhed, et stål kan nå, når det er fuldt hærdet. Forholdet er stejlt først, derefter mættes det: Et stål med omkring 0.20% kulstof når omtrent 45 HRC på sit bedste, mens et med omkring 0.60% kulstof kan nå midten af 60-erne HRC. Ud over omtrent 0.6–0.8% tilføjer ekstra kulstof slidbestandige karbider snarere end højere hårdhed.

Hærdningsdybde er et andet spørgsmål. Hvor dybt den hårdhed trænger ind — hærdbarhed — købes med mangan, chrom, molybdæn eller spor af bor, ikke med kulstof. At forveksle de to er en klassisk specifikationsfejl: Et højkulstof, ulegeret stål kan stadig blive blødt et par millimeter under overfladen af et tykt tværsnit.

Svejsbarhed går den anden vej. Når kulstof stiger, hærder den varmepåvirkede zone (HAZ) mere og revner lettere. Industrien udtrykker dette med kulstofækvivalenten, mest almindeligt IIW-formlen CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Stål med lav CE svejses frit; når CE klatrer over omtrent 0.40–0.45, bliver forvarmning, kontrolleret varmetilførsel og lavhydrogenpraksis nødvendig — hvilket er grunden til, at konstruktionskvaliteter begrænser kulstof godt inde i det lave bånd.

Sejhed og duktilitet aftager støt op ad stigen: forlængelse og slagenergi ved en given styrke er højest i lavkulstofbåndene, og højkulstofstål tjener deres hårdhed med sprødhed, som anløbning derefter skal købe tilbage.

At vælge et trin

Arbejdsreglen er at købe ikke mere kulstof, end anvendelsen bruger. Svejsede konstruktioner forbliver lave; dele, der skal gennemhærdes og anløbes, lever i mellembåndet; kun dele, der betales i slid eller kantlevetid — fjedre, skinner, værktøjer — retfærdiggør de høje trin og deres fremstillingsomkostninger. Kvalitetsnavne smugler ofte svaret ind: I betegnelser som C45, 1045 eller S45C er tallet det nominelle kulstof i hundrededele af en procent.