Rodzaje stali – ich właściwości i zastosowania

Niekiedy posiada masywne kształty, innym razem spotykana jest w formie wyjątkowo cienkich blaszek. Stal, bo o niej mowa, stanowi jeden z najpopularniejszych materiałów wykorzystywanych w licznych gałęziach gospodarki. Mimo upływu lat, jej rola w budownictwie pozostaje niezmieniona. Jest to o tyle istotne, iż ciężko wyobrazić sobie stawianie nowych konstrukcji bez wykorzystania tworzyw o właściwościach metalicznych. Poniżej przybliżymy cechy tego materiału oraz opiszemy, czym charakteryzują się poszczególne jej typy. Jakie są rodzaje stali?

Co to jest stal i jak powstaje?

Przede wszystkim warto zaznaczyć, że stal nie jest czystym metalem. To tak naprawdę tworzywo, które powstaje w wyniku łączenia stopu żelaza z węglem. W sensie technicznym jest więc materiałem, który w wyniku procesów technologicznych powstaje w fabrykach. Zawartość węgla w mieszaninie stali nie może być przypadkowa. Zgodnie z dokumentacją przygotowywaną przez Polski Komitet Normalizacyjny, stal została zdefiniowana przez Polską Normę PN-EN 10020:2003. Udział węgla w zawartości stali nie może być wyższy, niż 2,11%. Jeśli będzie go więcej, wówczas stal przestaje być stalą i staje się żeliwem. Zawsze, gdy wspominamy o tym materiale, mamy na myśli tworzywo, w którym stop żelaza stanowi zdecydowanie największą część mieszaniny. W procesie produkcji dodaje się do niego także domieszki innych pierwiastków – aby uzyskać konkretny typ stali.

Gatunki stali mogą być różne, ale i tak większość z nich powstaje w dużych zakładach wielkopiecowych. Proces produkcji jest dosyć skomplikowany, ponieważ wymaga utrzymania specjalnych warunków wytwórczych. Głównym jego założeniem jest oczyszczenie surówki żelaza z zanieczyszczeń i niepożądanych składników. Kolejny cel to kontrolowane zaaplikowanie antracytu lub koksu, dzięki czemu uzyskuje się pożądany udział węgla w mieszance. Stal tworzona jest w ogromnych piecach (stąd ich nazwa), albo w piecach elektrycznych o budowie łukowej. Ważnym elementem procesu jest świeżenie. To nic innego jak doprowadzenie do utleniania się cząstek, które z różnych powodów nie powinny znajdować się w produkcie końcowym. Utlenione zanieczyszczenia można zaobserwować w postaci żużlu, który nierzadko składowany jest w sąsiedztwie hut. Pół-gotowa stal jest odlewana i przetwarzana zgodnie z przeznaczeniem. Wykonuje się z niej różne formy: najczęściej blachy i pręty. W piecu łukowym można z kolei przetapiać złom stalowy.

Jak dzielimy stal – główne rodzaje stali i jej przeznaczenie

Jakie są rodzaje stali używane najczęściej? Poszczególne typy grupuje się według ich powszechnie stosowanych nazw. Wyróżniamy zestawienie, w którym opisujemy osiem najpowszechniej wykorzystywanych materiałów stalowych. Informacje te będą szczególnie pomocne dla osób, które zastanawiają się: jak sprawdzić jaka to stal? Zachęcamy do zerknięcia nieco niżej.

Stal węglowa

Jeśli coś jest stalowe, to z dużym prawdopodobieństwem zostało wykonane ze stali węglowej. Udział tego materiału stanowi większość, jeśli weźmiemy pod uwagę całkowitą światową produkcję stali. Udział procentowy szacuje się nawet na 90%. Stal węglowa może być stworzona z surówki, choć nic nie stoi na przeszkodzie, aby wytwarzać ją z odpadów recyklingowych. Może mieć ona różną charakterystykę:

• niskowęglowa – do 0,3% zawartości węgla;
• średniowęglowa – ok. 0,3 – 0,6% zawartości węgla;
• wysokowęglowa – do 1% zawartości węgla.

Stal węglowa oznaczenia (stal czarna oznaczenie): CS, Carbon Steel.

Stal stopowa

Zawiera dodatki ubogacające, które mają jej nadać konkretne parametry użytkowe. Niekiedy chodzi o wzmocnienie jej wytrzymałości mechanicznej, innym razem występuje potrzeba nadania optymalnych walorów chemiczno-fizycznych. To stal, do której dodano składniki chemiczne w postaci chromu, manganu, niklu, kobaltu czy miedzi. Lista pierwiastków dodatkowych jest oczywiście znacznie dłuższa.

Stal niestopowa

Przed laty określana po prostu stalą węglową, a zatem są to terminy używane zamiennie. Może być dzielona na stale jakościowe i specjalne. Ze względu na status odtlenienia, można m.in. wyróżnić stale uspokojone, półuspokojone i nieuspokojone. Zakres podziału stali niestopowych jest bardzo szeroki i zależy także od metody jej wykorzystania.

Stal nierdzewna

Stal zabezpieczona przed korozją – dzięki wysokiej zawartości chromu w jej składzie. Kilkunastoprocentowy dodatek tego pierwiastka znacząco (o kilkaset razy) podwyższa jej odporność na rdzę.

Stal narzędziowa

Solidny materiał, z którego wytwarza się narzędzia warsztatowe, takie jak wiertła, młoty czy piły. Musi być ona wytrzymała na uderzenia i gwałtownie działające siły mechaniczne. Z tego powodu do jej składu dodaje się m.in. wolfram i kobalt. Niektóre rodzaje stali narzędziowej posiadają domieszkę kobaltu oraz wanadu. Produkty sporządzone ze stali narzędziowe spotkamy w każdym markecie budowlanym.

Stal austenityczna

Materiał stalowy uzupełniony dodatkiem chromu, niklu oraz innych pierwiastków. Jest to tworzywo o charakterystyce nierdzewnej, które może cechować się magnesowalnością (w wyniku obecności niektórych metali). Stosowana do tworzenia narzędzi w branży chemicznej i paliwowej. Może być wykorzystana do tworzenia solidnych rurociągów. Nieoceniona w branży budowlanej i wykończeniowej jako materiał do tworzenia pokryć, modułów, urządzeń AGD.

Stal ferrytyczna

Chromowa stal (nie mylić z chromowaną) z minimalnym dodatkiem niklu, która posiada niewielką domieszkę węgla. Jest stalą ekonomiczną (śladowe ilości niklu obniżają cenę materiału), wykorzystywaną w przemyśle stoczniowym. Wykonuje się z niej cysterny, zbiorniki oraz urządzenia domowe.

Stal martenzytyczna

Stal wysoce precyzyjna, która dzięki swojemu potencjałowi obrabialnemu jest stosowana do produkcji ostrych narzędzi chirurgicznych. Narzędzia ze stali martenzytycznej spotkamy również w gabinetach stomatologicznych. Powstaje z austenitu – jest jednak dodatkowo obrabiana cieplnie, aby zyskała swoje parametry użytkowe.

Oznaczenia stali węglowej – jak odczytywać symbole?

Oznaczenia stali węglowej pozwalają określić najważniejsze informacje dotyczące danego materiału, przede wszystkim jego skład chemiczny oraz zawartość węgla. Dzięki odpowiednim symbolom można szybko rozpoznać właściwości stali i przewidzieć jej zastosowanie w konkretnych warunkach.

W przypadku stali węglowych często stosuje się oznaczenia rozpoczynające się od litery C, która wskazuje na stal niestopową o określonej zawartości węgla. Następująca po niej liczba informuje o przybliżonej ilości tego pierwiastka wyrażonej w setnych częściach procenta.

Przykładowo:

• C15 – stal zawierająca około 0,15% węgla, charakteryzująca się dobrą plastycznością i łatwością obróbki,
• C35 – stal o zawartości około 0,35% węgla, stosowana m.in. do produkcji elementów maszyn i części konstrukcyjnych,
• C45 – jedna z najpopularniejszych stali konstrukcyjnych, zawierająca około 0,45% węgla, wykorzystywana do produkcji wałów, osi, kół zębatych oraz innych elementów narażonych na obciążenia,
• C55 i C60 – stale o wyższej zawartości węgla, które wyróżniają się większą twardością i odpornością na zużycie.

Zawartość węgla ma bezpośredni wpływ na właściwości stali. Stale niskowęglowe są bardziej plastyczne i łatwiejsze w spawaniu, natomiast stale wysokowęglowe charakteryzują się większą twardością oraz odpornością mechaniczną, ale są trudniejsze w obróbce.

Gatunki stali – jakie oznaczenia ma stal?

Oznaczenia gatunków stali nie ograniczają się wyłącznie do stali węglowych. W zależności od rodzaju materiału symbole mogą wskazywać również na obecność określonych pierwiastków stopowych, przeznaczenie stali lub jej właściwości użytkowe.

W oznaczeniach stali często wykorzystuje się symbole pierwiastków dodawanych w celu uzyskania konkretnych parametrów. Przykładowo:

• N – nikiel,
• H – chrom,
• M – molibden,
• T – tytan.

Dodatki stopowe wpływają m.in. na odporność na korozję, wytrzymałość mechaniczną, twardość oraz odporność materiału na działanie wysokich temperatur.

Stosowane są również oznaczenia wskazujące przeznaczenie danego gatunku stali. Przykłady:

• S – stal konstrukcyjna,
• L – stal przeznaczona do produkcji rur,
• R – stal szynowa,
• B – stal zbrojeniowa,
• G – staliwo,
• P – stal do urządzeń pracujących pod ciśnieniem.

Odczytywanie oznaczeń stali wymaga uwzględnienia całego symbolu, ponieważ pojedyncza litera lub liczba może mieć inne znaczenie zależnie od miejsca, w którym występuje. Przykładem może być oznaczenie S275M, gdzie poszczególne elementy informują o rodzaju stali oraz jej właściwościach mechanicznych.

Oznaczenia stali według norm PN i EN

Oznaczenia stali stosowane obecnie w Polsce opierają się przede wszystkim na europejskich normach EN, które zastąpiły wiele wcześniejszych oznaczeń krajowych. Systemy te pozwalają jednoznacznie określić właściwości materiału, jego skład chemiczny oraz przeznaczenie.

W starszych dokumentacjach technicznych można jeszcze spotkać oznaczenia według dawnych norm PN, które nie zawsze odpowiadają bezpośrednio obecnym symbolom. Z tego powodu podczas wyboru materiału często konieczne jest sprawdzenie odpowiedników między starszymi i aktualnymi oznaczeniami.

Przykłady zamiany oznaczeń:

• St3S – dawniej stosowane oznaczenie stali konstrukcyjnej, obecnie zastępowane m.in. przez S235JR,
• 45 – oznaczenie stali węglowej odpowiadające współczesnej stali C45.

Normy PN i EN ułatwiają identyfikację materiałów oraz ich właściwości, co ma szczególne znaczenie w branży budowlanej, przemysłowej i produkcyjnej. Dzięki prawidłowemu odczytaniu oznaczenia można dobrać stal o odpowiedniej wytrzymałości, odporności i przeznaczeniu.