Podział stali

Stal to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, obrabiany plastycznie i cieplnie, otrzymywany w procesach stalowniczych ze stanu ciekłego. Na ogół zawiera mniej niż 2% węgla. Stopy żelaza, zawierające mniej niż 0,05% węgla, nazywa się żelazem tech-nicznym. Podstawą klasyfikacji stali jest najczęściej skład chemiczny (wg analizy wyto-powej), jakość i zastosowanie. Dotychczas wg PN dzielono stale ze względu na skład chemiczny na niestopowe i stopowe (tabela 2.1).

Tabela 2.1 Ogólna klasyfikacja stali wg PN

Podział stali

Źródło: Aleksander Górecki, Technologia ogólna, podstawy technologii mechanicznej, Wydawnictwo Szkol-ne i Pedagogiczne, Warszawa, 2009

Stale niestopowe to stopy żelaza z węglem i innymi pierwiastkami w postaci do-mieszek lub zanieczyszczeń o zawartości mniejszej od granicznej. Graniczne zawartości tych pierwiastków, tj.: Al, B, Bi, Co, Cu, lantanowców, Cr, Mn, Mo, Nb, Ni, Pb, Sc, Si, Te, Ti, V, W i innych (oprócz: C, P, S, N), zostały określone przez normy PN-EN.

Pierwiastki, których zawartość przekracza umowną graniczną wartość określoną w normach, nazywamy dodatkami stopowymi. Dodatki stopowe najczęściej wprowadza się w celu podwyższenia własności mechanicznych materiału, zwiększenia hartowności oraz uzyskania specjalnych właściwości fizycznych i chemicznych.

Stale stopowe to stopy żelaza z węglem, które zawierają celowo wprowadzone do-datki stopowe w ilości równej lub powyżej umownie określonej granicy. Według norm PN-EN wartości graniczne zawartości Al, Co i W zostały podwyższone od 0,1 do 0,3% w porównaniu z normami PN. Najczęściej są stosowane następujące dodatki stopowe: chrom, nikiel, krzem, mangan, molibden, wolfram i wanad.

Podział stali
Rys. 2.8. Pręty i rurki wykonane ze stali stopowej

Źródło: http://www.akrim.info/technika/stalstopowa.html

Chrom zwiększa wytrzymałość, twardość i zdolność przehartowywania stali. Zwiększa odporność stali na ścieranie, korozję, działanie czynników chemicznych i wy-sokiej temperatury.

Nikiel zwiększa ciągliwość i wytrzymałość stali oraz sprzyja głębokiemu hartowa-niu, a także uodparnia na korozję i działanie wysokiej temperatury.

Krzem zwiększa sprężystość i wytrzymałość stali. Do stali resorowych i sprężyno-wych dodaje się 0,5÷2,5% krzemu.

Mangan zwiększa wytrzymałość i sprzyja głębokiemu hartowaniu. Stale mangano-we są odporne na uderzenia i ścieranie. Stosuje się je między innymi na osie samocho-dów.

Molibden zwiększa hartowność stali oraz wytrzymałość w podwyższonej tempera-turze.

Wolfram nadaje stali drobnoziarnistość, zwiększa hartowność, twardość i odpor-ność na zużycie. Stale narzędziowe szybkotnące zawierają do 18% wolframu i utrzymują twardość w temperaturze do 600°C.

Wanad zwiększa drobnoziarnistość i hartowność stali. Dodaje się go w niewielkich ilościach do stali sprężynowych i narzędziowych.

Istnieją różne kryteria podziału stali, które określają różne ich rodzaje i grupy (kla-sy). Główne kryteria to:

skład chemiczny – stale: niestopowe (węglowe), nierdzewne (odporne na korozję) i stopowe,
podstawowe zastosowanie – stale: konstrukcyjne, maszynowe, narzędziowe, o spe-cjalnych własnościach itp.,
jakość – określoną np. przez stężenia siarki i fosforu – jakościowe, specjalne,
sposób wytwarzania – stale: martenowskie, elektryczne, konwertorowe i inne,
sposób odtleniania – stale: uspokojona, półuspokojona i nieuspokojona,
rodzaj produktów – blachy, pręty, druty, rury, kształtowniki itp.

W normie PN-EN 10020:2003 podano klasyfikację gatunków stali według składu chemicznego, właściwości i zastosowania. Ze względu na zawartość pierwiastków, czyli skład chemiczny, stale dzieli się na:

niestopowe,
odporne na korozję (zawierające Cr≥10,5% i C≤1,2%),
inne stopowe.

Podział stali

Tabela 2.2 Ogólny podział stali ze względu na skład chemiczny wg normy PN-EN 10020:2003
Źródło: Aleksander Górecki, Technologia ogólna, podstawy technologii mechanicznej, Wydawnictwo Szkol-ne i Pedagogiczne, Warszawa, 2009.

W dotychczasowej klasyfikacji wg PN (tabela. 2.1) wyodrębniano stale stopowe i niestopowe. Ze względu na klasę jakości stale niestopowe są dzielone na jakościowe i specjalne. Stale niestopowe podstawowe wg tabeli. 2.1 (PN) zostały włączone w no-wym podziale PN-EN (tabela 2.2) do stali niestopowych jakościowych, gdyż podstawo-wym podziałem stali wg PN-EN są klasy jakości.

Według nowych norm PN-EN od stali niestopowych jakościowych wymaga się tylko niektórych własności, np. podatności na obróbkę plastyczną, ciągliwości, określonej wielkości ziarna. Ze względu na zastosowanie dzieli się je na:

1. Stale o ograniczonych maksymalnych własnościach mechanicznych, tj. maksymalnej granicy plastyczności Re lub wytrzymałości na rozciąganie Rm oraz twardości w skali Brinella HB, używane na wyroby płaskie do kształtowania na zimno.

2. Stale o wymaganych minimalnych własnościach wytrzymałościowych – minimalnej: granicy plastyczności Re lub wytrzymałości na rozciąganie Rm. Wyróżnia się tu trzy grupy stali:

konstrukcyjne i stale przeznaczone na zbiorniki ciśnieniowe,
do zbrojenia betonu,
szynowe.

3. Stale o określonej zawartości węgla:

automatowe,
do ciągnienia drutu,
do spęczania na zimno,
do ulepszania cieplnego,
sprężynowe,
narzędziowe.

4. Stale o wymaganych właściwościach magnetycznych lub elektrycznych.

5. Stale do określonego zastosowania:

do produkcji opakowań,
do produkcji elektrod.

a. Stale niestopowe specjalne

W porównaniu ze stalami jakościowymi wyróżniają się większym stopniem czysto-ści. Są przeznaczone do obróbki cieplej lub hartowania powierzchniowego. Ze względu na zastosowanie dzieli się je na:

1. Stale o wymaganych minimalnych własnościach wytrzymałościowych, dotyczą-cych minimalnej wartości granicy plastyczności lub minimalnej wytrzymałości na rozciąganie. Należą do nich:

stale konstrukcyjne i stale przeznaczone na zbiorniki ciśnieniowe,
stale do sprężania betonu.

2. Stale o określonej zawartości węgla:

do ciągnienia drutu,
do spęczania na zimno, a w szczególności do nawęglania i ulepszania cieplnego,
do nawęglania,
do ulepszania cieplnego,
sprężynowe,
narzędziowe.

3. Stale o wymaganych własnościach magnetycznych lub elektrycznych.

4. Stale do określonego zastosowania, które zawierają stale do produkcji elektrod.

b. Stale odporne na korozję

Zawierają one chrom Cr > 10,5% i węgiel C < 1,2%. Wg PN-EN pod względem zawar-tości niklu dzieli się je na:

zawierające mniej niż 2,5% niklu,
zawierające 2,5% lub więcej niklu,

a według wyróżniającej własności na:

stale nierdzewiejące,
stale żaroodporne,
stale żarowytrzymałe (odporne na pełzanie).

Podział stali

Rys. 2.9. Pręty wykonane ze stali żaroodpornej
Źródło: www.ceny-zlomu.pl

c. Inne stale stopowe

Według norm PN-EN inne stale stopowe zawierają dwie klasy stali:

stopowe jakościowe,
stopowe specjalne.

Od stali stopowych jakościowych wymaga się odpowiedniej podatności do prze-róbki plastycznej, ciągliwości, regulowanej wielkości ziarna itp. Według zastosowania dzieli się je na:

1. Stale stopowe konstrukcyjne, drobnoziarniste, spawalne, w tym przeznaczone do produkcji rurociągów i zbiorników pracujących pod ciśnieniem.
2. Stale stopowe – przeznaczone do produkcji szyn, grodzi i kształtowników na obudowy górnicze.
3. Stale stopowe do produkcji wyrobów płaskich walcowanych na gorąco lub na zimno, przeznaczone do dalszej obróbki plastycznej na zimno (oprócz stali na zbiorniki ciśnieniowe i rury, które zawierają pierwiastki rozdrabniające ziar-no, i tzw. stali dwufazowych).
4. Stale stopowe z miedzią, jako głównym składnikiem stopowym.
5. Stale stopowe elektrotechniczne, w których głównymi składnikami stopowymi są krzem lub krzem i aluminium. Od tych stali wymaga się odpowiednich wartości indukcji magnetycznej, polaryzacji, przenikalności magnetycznej lub stratności całkowitej.

Stale stopowe specjalne mają podwyższone własności użytkowe dzięki precyzyj-nie dobranemu składowi chemicznemu, określonym warunkom wytwarzania i kontroli procesów produkcyjnych. Ze względu na zastosowania dzieli się je na:

1. Stale stopowe konstrukcyjne, drobnoziarniste i spawalne o własnościach innych niż stale stopowe jakościowe konstrukcyjne.
2. Stale stopowe odporne na korozję atmosferyczną.
3. Stale stopowe do budowy maszyn (manganowe, chromowe, chromowo-molibdenowe, chromowo-niklowo-molibdenowe, niklowe, molibdenowe, krze-mowe, stale zawierające bor).
4. Stale stopowe narzędziowe. Wśród nich wyróżnia się stale: