Karboninnhold og stålegenskaper: Karbonstigen

Stigen i korte trekk

Karbonbånd	Karakter	Typiske bruksområder
Svært lavt — under 0.10%	Mykt, ekstremt formbart, sveises uten forholdsregler	Dyppresset plate, bånd, tråd, nagler; interstitielt frie (IF) stål ligger nederst i dette båndet
Lavt — 0.10–0.25%	Den sveisbare konstruksjonsarbeidshesten: god duktilitet, beskjeden styrke, begrenset herdingsrespons	Konstruksjonsprofiler og plate (S235–S355-området), rør, generell fabrikasjon
Middels — 0.25–0.60%	Reagerer sterkt på bråkjøling og anløpning; maskineribåndet	Aksler, tannhjul, akslinger: C45/1045 ved omtrent 0.45%, 4140 ved omtrent 0.40%
Høyt — 0.60–1.00%	Fjærer, slitedeler og skjærekanter; sveising blir en spesialistprosedyre	Fjærstål (omtrent 0.5–0.8%), skinnestål, ståltau, kniver
Svært høyt — over 1.00%	Maksimalt karbidvolum og hardhet som bråkjølt; sprøtt uten forsiktig anløpning	Verktøy- og formstål (D2 inneholder omtrent 1.5%), filer, lagerbaner ved omtrent 1.0%

Hva karbon styrer

Hardhetstak. Karbon setter den maksimale hardheten et stål kan nå når det er fullt bråkjølt. Forholdet er bratt først, deretter mettes det: et stål med omtrent 0.20% karbon når omtrent 45 HRC på det beste, mens ett med omtrent 0.60% karbon kan nå midten av 60-tallet HRC. Utover omtrent 0.6–0.8% gir ekstra karbon slitesterke karbider snarere enn høyere hardhet.

Herdingsdybde er et annet spørsmål. Hvor dypt den hardheten trenger inn — herdbarhet — kjøpes med mangan, krom, molybden eller spor av bor, ikke med karbon. Å forveksle de to er en klassisk spesifikasjonsfeil: et høykarbon rent stål kan likevel mykne noen få millimetre under overflaten av et tykt tverrsnitt.

Sveisbarhet går den andre veien. Etter hvert som karbon stiger, herdes den varmepåvirkede sonen mer og sprekker lettere. Industrien uttrykker dette med karbonekvivalenten, vanligvis IIW-formelen CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Stål med lav CE sveises fritt; etter hvert som CE klatrer over omtrent 0.40–0.45, blir forvarming, kontrollert varmetilførsel og lavhydrogenpraksis nødvendig — og derfor begrenser konstruksjonskvaliteter karbon godt innenfor det lave båndet.

Seighet og duktilitet synker jevnt oppover stigen: forlengelse og slagenergi ved en gitt styrke er høyest i lavkarbonbåndene, og høykarbonstål tjener hardheten sin med sprøhet som anløpning deretter må kjøpe tilbake.

Velg et trinn

Arbeidsregelen er å kjøpe ikke mer karbon enn anvendelsen bruker. Sveisede konstruksjoner holder seg lave; deler som skal gjennomherdes og anløpes lever i det middels båndet; bare deler som betales i slitasje eller kantliv — fjærer, skinner, verktøy — rettferdiggjør de høye trinnene og fabrikasjonskostnadene deres. Kvalitetsnavn smugler ofte svaret inn: i betegnelser som C45, 1045 eller S45C er tallet det nominelle karbonet i hundredeler av en prosent.