IJzer
|
De eerste ijzeren
schepen van de 19e eeuw waren van een ander materiaal dan het huidige staal. IJzer en
staal hebben heel verschillende eigenschappen. Lees op het
forum scheepspraet waarom geklonken ijzeren schepen niet of nauwelijks te lassen zijn.
Pas in 1917 lukte het om met toenmalig modern staal een
volledig gelast
schip te maken.
We lezen in het
Woordenboek van Scheepsbouw uit 1861 nog: "Voor oorlogschepen is het
ijzer volgens sommigen volkomen onbruikbaar tegen eenen vijand , die geschut
gebruikt, ten zij men geblindeerde schepen bouwt. Zeker is het echter, dat
ook reeds eene dunne blindering beveiligt voor holle projectielen, en dat de
gaten in het boord van ijzeren schepen niet moeijelijker te stoppen zijn dan
in houten".IJZER
IJzer, symbool Fe, is het Nederlandse woord voor Ferrum, een chemisch element, in zuivere
vorm een zeer zacht, zilverwit metaal. Het is in de techniek het meest gebruikte metaal.
Daar het ijzer zo goed als niet in zuivere toestand in de natuur voorkomt, zoals in
meteoorstenen het geval is, is men aangewezen op de ijzerhoudende ertsen, waaruit men het
ijzer vrijmaakt. Dit geschiedt in een hoogoven, waarin men de ertsen aan een
reductieproces onderwerpt. De grondstoffen voor het hoogovenproces zijn, behalve
ijzererts, nog brandstof, toeslag en lucht. Voor een rendabele winning van het ijzer in
een hoogoven moeten de ijzerertsen minstens 25% ijzer bevatten.
RUWIJZER
Het ruwijzer, dat zich onderin de hoogoven verzamelt, wordt periodiek afgetapt. Er bestaan
twee soorten ruwijzer: Wit ruwijzer: dit is onsmeedbaar en moeilijk te bewerken, terwijl
het koolstof chemisch gebonden is. Grijsruwijzer: ook dit is onsmeedbaar, maar goed te
bewerken en het koolstof is niet chemisch gebonden en bevindt zich in de vorm van plaatjes
grafiet in het ruwijzer.
STAAL
Staal is verzamelnaam voor technische ijzer-koolstoflegeringen die goed smeedbaar zijn en
geen vrije koolstof bevatten. Staal bevat naast ijzer en koolstof altijd een aantal andere
elementen, als verontreiniging of opzettelijk toegevoegd, en pas wanneer deze een
arbitrair vastgesteld percentage overschrijden spreekt men van gelegeerd staal.
Ongelegeerd staal, ook wel koolstofstaal genoemd, is goed smeedbaar tot ca. 1,5% C.
Daarboven neemt de smeedbaarheid snel af, maar de gietbaarheid neemt toe, zodat boven ca.
2,5% C van gietijzer wordt gesproken. Bij gelegeerd staal ligt de smeedbaarheidsgrens veel
hoger. Tegenwoordig spreken we over staal als het koolstofgehalte maximaal 0,3 % is.
STAALSOORTEN
Het aantal staalsoorten is bijzonder groot door de vele combinaties van elementen, de
verschillende bereidingsmethoden, de vele toepassingen en de gevarieerde eigenschappen.
Volgens de fabricage onderscheidt men: martin-, elektro- en oxystaal. Naar toepassing:
constructie-, machine- en gereedschapsstaal; naar eigenschappen: roestvaste, hittevaste,
slijtvaste staalsoorten, enz. In de totale staalproductie neemt het constructiestaal
verreweg de grootste plaats in, het is niet- of zwak gelegeerd; daarop volgt het
machinestaal, doorgaans gelegeerd en altijd in veredelde toestand gebruikt; het resterende
deel omvat gereedschapsstaal, roestvast staal en staal voor bijzondere doeleinden; deze
soorten zijn vrijwel altijd gelegeerd en dienen een passende warmtebehandeling te
ondergaan. Verwant: staalprofielen.
EEN TYPISCH STAALBEREIDINGSPROCES
Hoogovenproces: Bovenin de hoogovenschacht worden om-en-om lagen ijzererts en cokes
gestort. Het geheel zakt langzaam naar beneden. Via een ringleiding wordt zeer hete lucht
in de ovenlading geblazen. Die lading smelt. Het erts wordt gereduceerd tot ruwijzer en
slak. Beide worden onderin de oven afgetapt.
Mengertransport: Het vloeibare ruwijzer wordt in een menger gegoten: een
treinwagon met een enorm vuurvast bemetseld sigaarvormig vat erop. Met deze mastodonten
kan 450 ton vloeibaar ruwijzer in ��n keer naar de staalfabriek worden gereden.
Oxystaalproces: In de staalfabriek wordt het ruwijzer in een groot vat gegoten, de converter.
Er wordt ook een flinke hoeveelheid schroot bijgestort, als koelmiddel. Dan wordt een lans
neergelaten in de converter. Daarmee wordt zuivere zuurstof onder hoge druk op het
ruwijzerbad geblazen, ongeveer 40 minuten lang. Er ontstaat heftige, zeer hete reactie,
waarbij het koolstof uit het ijzer aan zuurstof wordt gebonden. Er ontstaat koolmonoxide.
Dit heeft nog verbrandingswaarde en wordt daarom naar een elektriciteitscentrale geleid,
waar men er via gasturbines stroom mee opwekt. Het ijzer is nu ontkoold, en heet vanaf dit
moment staal. Het is nog steeds vloeibaar, en wordt vanuit de converter in een 320-tons
pan overgegoten.
Panbehandeling: De staalpan-lading ondergaat nog diverse nabehandelingen, zoals
homogeniseren, legeren, extra diep ontkolen, enzovoort. Zo kan een zeer breed scala aan
staalrecepturen worden bereid. Continugieten: de staalpan wordt leeggetapt boven een
continugietmachine. Dit is een watergekoelde schacht met een rechthoekige doorsnede. Hij
begint verticaal, vertoont dan een ruime bocht van 90 graden en eindigt horizontaal. Het
staal wordt er bovenin ingegegoten. Het zakt rustig door de schacht en stolt intussen tot
een taaie, witgloeiende streng. Aan het eind van de schacht wordt de streng in lengtes van
ca. 10 m lengte gesneden. Zo ontstaan plakken staal van ca. 22 cm dik, max. 210 cm breed
en ca. 10 m lang. Ze wegen gemiddeld 20 ton.
Warmwalsen: De afgekoelde plakken gaan naar de warmbandwalserij. Daar worden ze in
ovens weer verhit tot 1200 graden C en daarna door een serie van 12 walstuigen geleid. De
plak wordt stapsgewijs uitgewalst tot een lange stalen band. Aan het einde van de walsbaan
wordt de band met sproeiers gekoeld tot ca. 600 graden C en op een haspel-installatie
opgewikkeld tot een rol.
Vervolgstappen: De dikte van het staal ligt tussen de 1,5 en 25 mm. Scheepsplaat
valt in deze range. Voor deze toepassing hoeft het staal dus geen verdere diktereductie te
ondergaan. Voor veel andere toepassingen is dunner staal nodig (b.v. witgoed, autoplaat,
blikjes). In dat geval volgt nog een extra walsproces bij de koudbandwalserij. Dit
koudgewalste product kan tevens worden verzinkt, vertind, verchroomd of geverfd.
IJZEREN SCHEPEN
Formeel gezien is ijzer dus een chemische element Fe. Waarom spreken we dan toch van
ijzeren versus stalen schepen? In het verleden was het staalproces nog niet zo ver
ontwikkeld dat een goed lasbaar laagkoolstofstaal gemaakt kon worden. De oudere
staalprocessen leverden ook staal op, maar met een veel hoger koolstofgehalte. En hoe
hoger het koolstofgehalte, des te slechter men staal kan lassen, daar zich rond de las
carbiden vormen die erg bros zijn. Deze slecht lasbare staalsoorten werden in de volksmond
daarom vaak ijzer genoemd.
Puddelijzer: Tot het begin van de vorige eeuw werd bij ijzeren
schepen ook puddelijzer of puddelstaal toegepast. Dat werd bereid in een puddeloven. Het
ruwijzer werd via een overstrijkende vlam omgezet in smeedijzer. In het puddelproces komt
het ijzer niet tot smelten, maar ontstaat er een gloeiende deegachtige massa. Door het
vervolgens te smeden wordt de meeste slak uitgedreven en ontstaat puddelijzer. Het
puddelijzer, ook wel bekend als Engels staal heeft weliswaar net als staal een laag
koolstofgehalte, maar is door het restant slakken beter smeedbaar dan staal. Dat je met
puddelijzer te maken hebt, wordt vooral duidelijk door de roestvorming. Bij modern staal
vreet het in, maar bij puddelijzer (vanaf 1835 ook puddelstaal) valt de roest er gewoon
af. Er komen roestbulten en het ijzer gaat delamineren. Het herstellen van puddelijzer is
zelfs voor een ervaren lasser geen ��nvoudige klus. Het ijzer is heel zacht en bros. Het
is onbuigbaar, breekt, scheurt en brokkelt af, maar is met de nodige voorzorgsmaatregelen
en vakmanschap wel te lassen.
SCHEEPSSMEDERIJ
Scheepssmederijen hadden al een functie bij de houten scheepsbouw, omdat
bouten, spijkers, beslag voor masten, gieken, zwaarden en blokken door de
scheepssmid gemaakt moesten worden. Pas in het begin van de 20ste eeuw
worden ijzeren boten en vissersschepen vervaardigd, ten gevolge waarvan de
betrokkenheid van ijzerbewerking in de scheepvaart toeneemt. Zij dienden als
werkplaats voor klein onderhoud en raparaties. Aan de Zuiderzee b.v. voor
het onderhoud van de stoomponten en stoompassagiesschepen die de verbinding
tussen Oost- en Westwal onderhielden. De hoofdtaak van de smederijen was niet langer het uitsmeden
van het ruwe materiaal, maar het knippen en buigen van plaatwerk en het aan
elkaar smeden met klinknagels. We spreken hier over de periode vanaf 1885.
Er werd tot 1960 op scheepswerven nog steeds lawaaiig
geklonken, gekookt en gehakt.
STAAL IN DE 18e EEUW [NvW].
Als men het yzer met harde kolen smelt en deszelfs vogt stremt wordt het in staal
veranderd. Om nu het staal te harden wordt het sap van zekere vlugtige kruiden vereischt,
in hetwelke het gloeiende sap moet afgekoeld worden. Sommige hoefsmeden zijn van mening
dat door het hoorn van een paardehoef, het staal harder gemaakt wordt. Anderen harden met
pis, zout en roet uit den schoorsteen, zynde wel door malkander gemengd en het yzer
daarmede bestreeken. Dus in pottebakkers klei gerold zegt men, dat het zeer hard wordt.
Staal-erts: Die geenen, die zig op de metallische historie toeleggen
weten dat er een erts is waaruit aanstonds staalhard yzer gemaakt kan worden. Men vindt
dergelyke veel in het graafschap Sargans, behoorende onder het Zwitsersche eedgenootschap
en aldaar op een hoogen berg, genaamd Guntsen: en wordt uit vermenging van drie ertsen by
hen zwart-erts, meliwerk en rood erts genaamd, bereidt, waarby merkwaardig is, dat deese
drie ertsen hunne zekere vermenging, by die geenen die daaraan werken, alleen bekend is.
IJZERMERKEN TOT EIND 19e EEUW [WvS].
Omdat de kwaliteit van ijzer nogal kon verschillen hanteerde men ijzermerken
voor herkomst, zoals we dat bij zilver kennen.
Het ijzer in de scheepsbouw was voornamelijk van binnenlandse grofsmederijen
of Zweedse en Duitse oorsprong, waarbij het Zweedse de voorkeur had vanwege
een goede blauwe en gladde structuur.
Zweedse ijzermerken |
Soort- en eigenschapmerken |
Bronnen:
- Theo de Wilde, ex directeur van Hosokawa Schugi Process Engeneering,
(voormalig?) gids op de Bataviawerf te Lelystad.
- Vereniging tot behoud van de Zalmschouw
- Lasgroep West (LGW), vereniging van mensen die ge�nteresseerd zijn in of aanverwant
zijn aan de lastechniek.
- Staal in de 18e eeuw: het Nieuw en Volkomen Woordenboek van Konsten en
Weetenschappen, Egbert Buys [1775]. |