IJzer & IJzer

Staal, ijzer, metaal: in de volksmond worden deze begrippen vaak door elkaar gebruikt. Maar in feite is metaal een overkoepelende benaming voor bepaalde scheikundige elementen, zoals koper, aluminium, chroom, nikkel, lood, zink, tin, goud, zilver en platina. Elk van deze metalen heeft unieke eigenschappen die de sterkte, de hardheid, de taaiheid, de slijtvastheid, de bewerkbaarheid, de smeedbaarheid en de corrosiebestendigheid bepalen. IJzer wordt al duizenden jaren bewerkt, maar het produceren van staal is pas sinds de 15e eeuw mogelijk toen de hoogoven werd uitgevonden. Maar op grote schaal staal produceren kon pas in het begin van de 19e eeuw, bij de industriële revolutie.

IJzer is een metaal, en dus een chemisch element (Fe van Ferro). Het wordt gewonnen uit ijzererts, vaak uit Duitsland, Engeland, Zweden en Rusland. Wanneer ijzererts in hoogovens wordt verhit, worden verontreinigingen als kalksteen, leem, zand en mergel verwijderd. Zo ontstaat ruwijzer, dat relatief veel koolstof bevat (3 tot 4,5%) en daardoor heel bros is. Om de mechanische eigenschappen te verbeteren moet het koolstofpercentage omlaag worden gebracht. 

Staal is een legering (metaalmengsel) met ijzer als hoofdbestanddeel en een beperkt koolstofgehalte (minder dan 2%). Er zijn wel 2300 verschillende soorten staal, die elk andere eigenschappen hebben, afhankelijk van het toegevoegde metaal en koolstofgehalte. Het verschilt per soort hoe buigzaam, sterk of hard het is. Hoe hoger het koolstofgehalte, hoe harder – maar ook breekbaarder – het staal wordt. Minder koolstof zorgt voor sterker en buigzamer staal. Ook thermische behandelingen (verhitting en afkoeling) kunnen ervoor zorgen dat het staal harder wordt en daarmee slijtvaster.

Naar schatting 90% van de totale staalproductie betreft constructiestaal. Hiervan worden, zoals de naam al aangeeft, stevige bouwconstructies gemaakt, zoals bijvoorbeeld bruggen, schepen en draagconstructies van gebouwen, maar ook graafmachines, loodsen en treinen. Deze staalsoort heeft een laag koolstofgehalte (maximaal 0.25%) en daardoor een grote treksterkte (het kan veel gewicht dragen en breekt niet snel) en rek (goede elasticiteit). Constructiestaal kan worden bewerkt met gereedschapstaal (beitels, boren, zagen), dat veel harder is.

Smeedijzer is ijzer dat wordt gemaakt door het te smeden. IJzer wordt door een smid in een steenkolenvuur gloeiend heet verhit (tot over 1000°C) en daarna tot de juiste vorm gehamerd en gebogen. In feite heeft smeedijzer twee betekenissen: het is ook een ambachtelijke methode om staal te maken. Het hameren van de smid heeft dan niet met vormgeving te maken, maar met verwijdering of uitsmeden van erts en slak en verbranding aan lucht van overtollige koolstof.

Foto: Benh Lieu Song, Wikipedia Commons 

De Eiffeltoren bestaat bijna volledig uit smeedijzer, incl. de 2.5 miljoen klinknagels. Alleen de vier voetstukken van de poten zijn van gietijzer. Door het gebruik van smeedijzer kan de toren iets meebewegen in de wind en is hij redelijk bestand tegen metaalmoeheid. Wel is het onderhoud en met name de corrosie een kostenpost: er zijn 25 schilders in dienst. Het schilderen duurt ongeveer zeven jaar, daarna is de oude laag versleten en begint men opnieuw.

Gietijzer bevat naast ijzer meer dan 2% koolstof, waardoor het brosser en breekbaarder is dan staal. Het wordt vervaardigd door omsmelting van ruwijzer met cokes en kalk in een oven. Zoals de naam al zegt, wordt het vloeibare gietijzer in een vorm of mal gegoten en dus gebruikt voor massafabricage van gebruiksvoorwerpen of voor het gieten van perronkappen of brugonderdelen.

Vooral door de dikte van het materiaal heeft ‘gietijzer’ in de volksmond nog steeds de associatie van iets wat lomp, massief en loodzwaar is. Door de wijze van produceren kennen voorwerpen van gietijzer, bijvoorbeeld pannen en verwarmingsradiatoren, een nog grotere materiaaldikte dan bijv. smeedijzer. Vanwege de ruwheid van het oppervlak is het uiterlijk van een gietijzeren voorwerp duidelijk als zodanig te herkennen. Met gieten is het niet mogelijk om flinterdunne metalen voorwerpen te maken. Dus wel de gietijzeren pan, maar niet het deksel.