Messen: Staalsoorten en informatie

Staal

Vrijwel alle messen zijn gemaakt van staal. Echter, het ene stuk staal is het andere niet. Om de verschillen te kunnen begrijpen, volgt hier een stukje basiskennis over gereedschapsstaal.

Staal vs. IJzer

Staal is materiaal dat voor het grootste deel uit het chemisch element ijzer (Fe) bestaat. IJzer is de naam van een atoom, en staal dat uit 100% ijzer bestaat is niet geschikt voor dagelijkse toepassingen.
Gebruik dus nooit de term ijzer tenzij je het over een ijzer atoom hebt.

Gereedschapsstaal

Gereedschapsstaal is staal dat geschikt is om gereedschappen zoals messen, beitels en andere gereedschappen te maken.
Het belangrijkste element dat aan het staal wordt toegevoegd, is koolstof. Toevoeging van 1-2% koolstof maakt het mogelijk staal te harden.
Moet het gereedschapsstaal roestvast zijn, dan wordt zo'n 8-30% chroom aan het staal toegevoegd. Er wordt geen Nikkel gebruikt om gereedschapsstaal roestvast te maken, aangezien dat het harden van het staal belemmert.
Naast koolstof en eventueel chroom, worden soms nog andere elementen toegevoegd, om de kwaliteit van het staal op specifieke punten te verbeteren. De meest bekende elementen zijn Vanadium en Molybdeen. De invloed van deze elementen wordt in dit artikel niet beschreven, aangezien dit zeer complexe materie is.

Structuur

Zeer belangrijk om te weten is, dat alleen de samenstelling van een staalsoort niets zegt over de eigenschappen van het staal.
Staal bestaat uit namelijk ijzerkristallen, die in verschillende vormen kunnen voorkomen (met vormen bedoelen we de rangschikking van de atomen), en verschillende groottes kunnen hebben. Toevoegingen als koolstof kunnen zicht in de kristallen bevinden, of, in diverse vormen tussen de kristallen. Koolstof bijvoorbeeld kan als bolletjes of schijfjes tussen de kistallen zitten, maar kan zich ook binden aan de ijzeratomen (carbiden).
Hoe het staal is opgebouwd, hangt dus niet alleen af van de samenstelling, maar ook van de behandelingen die het staal ondergaan heeft. Denk hierbij aan warmte- en koudebehandelingen en smeden (=het vormgeven van staal in vaste vorm, d.m.v. vervorming).

Harden

Als je vloeibaar staal (met 1-2% koolstof) langzaam verwarmt, zullen de atomen zich bij verschillende tempraturen verschillend gaan rangschikken. Dit komt omdat de atomen bij toenemende temperatuur harder gaan trillen en steeds meer bewegingsruimte nodig hebben.
Boven zo'n 200 °C zijn de atomen in staat om een andere rangschikking aan te nemen. Beneden 200 °C is dit niet mogelijk, en is de structuur als het ware bevroren.
Tussen zo'n 200 °C en 700 °C, vormen zich vormen zich zgn. ferriet-kristallen (ferriet is een naam voor de rangschikking van de ijzer- en koolstofatomen, net als austeniet en martensiet)
Bij ferriet kristallen zitten de ijzeratomen dicht op elkaar en is er geen ruimte voor de koolstofatomen, tussen de ijzeratomen. Daarom zet de koolstof zich af aan de randen van de ferriet-kristallen.
Ferritisch staal is zacht en taai. Het wordt gebruikt als constructiestaal, maar is niet geschikt als gereedschapsstaal.
Boven 700 °C nemen de ijzeratomen een andere schikking aan. Er vormen zich austeniet-kristallen.
Bij austenietkristallen is er wel ruimte voor de koolstofatomen, tussen de ijzeratomen. Als je het staal enige tijd op een temperatuur boven 700 °C houdt, gaan de koolstofatomen zich van de randen van de kristallen verplaatsen naar de ruimte tussen de ijzeratomen, binnen in de kristallen.
Door het staal vanuit deze fase snel af te koelen tot beneden 200 °C (door bijvoorbeeld onderdompeling in water of olie), krijgen de koolstofatomen geen kans om de kristallen te verlaten. Omdat de koolstofatomen als het ware in de weg zitten, kunnen de ijzeratomen zich niet herschikken tot ferriet-kristallen. In plaats daarvan vormen zich martensiet kristallen.
In deze vorm is het staal aanzienlijk harder en praat men over gehard staal.

Dit verhaal klink misschien eenvoudig, maar er zijn veel parameters die het resultaat beïnvloeden. Denk hierbij aan: de structuur van het staal voor dat het gehard wordt, de exacte temperatuur, de tijdsduur van het verwarmen, de snelheid van het afkoelen, en de invloed van andere elementen, die bewust toegevoegd, of onbedoeld als verontreiniging in het staal zitten.

Ontlaten

Na dat een stuk staal gehard is, is het te bros om te gebruiken en zit het vol met inwendige spanningen. De methode om de brosheid en spanningen er uit te halen heet ontlaten.
Bij ontlaten wordt het staal gedurende een paar uur verwarmd tot zo'n 200-300 °C. Bij deze temperatuur herschikken de kristallen zich waardoor de inwendige spanningen en brosheid afnemen.
De tijdsduur is hierbij kritisch omdat het staal steeds zachter zal worden.

Hardheid

Hardheid is de weerstand van het staal tegen permanente vervorming, op microscopisch niveau.
De hardheid van staal wordt gemeten door een puntig voorwerp met een bepaalde kracht tegen het staal te drukken en de grootte van de afdruk op te meten.
De hardheid bij gereedschapsstaal wordt uitgedrukt in graden Rockwell C, vaak afgekort als HRC.

Hardheid van messenstaal

De onderstaande tabel geeft een globaal overzicht van de eigenschappen van messenstaal met verschillende hardheden.

  • tot 52 HRC: Te zacht voor met maken van messen
  • 52-54 HRC: Vrij zacht staal, redelijke kwaliteit
  • 54-56 HRC: De hardheid van veel Franse koksmessen. Het staal is voldoende hard voor gebruik in de keuken, maar regelmatig gebruik van een aanzetstaal is nodig om het mes scherp te houden. Messen met deze hardheid zijn meestal makkelijk te slijpen.
  • 56-58 HRC: Hardheid die bij professionele Duitse keukenmessen toegepast wordt. Messen met deze hardheid blijven voor gebruik in de keuken voldoende lang scherp, zijn nog net aan te zetten op een aanzetstaal en zijn nog redelijk makkelijk te slijpen.
  • 58-60 HRC: Hardheid die je over het algemeen tegen komt bij de betere zakmessen zoals die van Spyderco, Cold Steel en Buck, en keukenmessen uit Japan, zoals die van Global. Deze messen blijven aanzienlijk langer scherp dan goedkopere messen, maar zijn al weer een stuk lastiger te slijpen.
  • 60-62 HRC: Messen met deze hardheid blijven lang scherp, maar er is kans op brosheid en de messen zijn vaak moeilijk te slijpen. Met moderne staalsoorten zijn deze nadelen redelijk te onderdrukken, maar de kwaliteit is sterk afhankelijk van de kwaliteit van het gehele productieproces
  • 63-66 HRC: Momenteel zijn er messen verkrijgbaar met hardheden tot 66 HRC (Twin Cermax van Zwilling J.A. Henckels). Dit zijn geen messen voor het merendeel van de gebruikers, maar meer voor een specifieke groep liefhebbers. Messen met een dergelijke hardheid hebben nadelen zoals brosheid met als gevolg het uitbreken van stukjes van het lemmet bij onzorgvuldig gebruik, en vaak een lage weerstand tegen corrosie. Na gebruik meteen schoonmaken dus.

 

Andere eigenschappen

Hardheid is niet de enige eigenschap van staal. Andere mechanische eigenschappen zijn o.a., de treksterkte, taaiheid (slagvastheid), koudbrosheid.
Daarnaast is corrosiebestendigheid een belangrijke chemische eigenschap.
De hardheid alleen is dus niet zaligmakend.

Invloed op de prijs van een mes

Een mes van een goede, harde staalsoort, is aanzienlijk hoger dan die van eenzelfde mes gemaakt van een mindere staalsoort.
Het verschil in prijs zit maar voor een klein gedeelte in de kostprijs van het staal. Het is de bewerking van het staal die het grote prijsverschil veroorzaakt.
Het slijpen van de moderne harde staalsoorten zoals S90V, kost veel meer tijd en stelt hogere eisen aan de gebruikte materialen dan het slijpen van bijvoorbeeld 440C.
Ook is bij veel moderne staalsoorten het harden en ontlaten veel kritischer en moet het soms worden uitbesteed aan gespecialiseerde bedrijven.
De staalsoort heeft dus een belangrijke invloed op de prijs van een mes. Wil je een echt goed mes, dan moet je bereid zijn de prijs daarvoor te betalen. Je krijgt er echter wel een uitstekend stuk gereedschap voor terug