Rodzaje stali: jak nie pomylić gatunku i nie przepłacić
Stal to nie jeden materiał, tylko cała rodzina stopów żelaza z węglem, różniących się składem i właściwościami tak bardzo, że stal na karoserię i stal na wiertło mają ze sobą niewiele wspólnego. Zrozumienie klasyfikacji i oznaczeń pozwala dobrać właściwy gatunek, zamiast przepłacać albo montować materiał, który nie wytrzyma obciążenia.
O charakterze stali decyduje przede wszystkim zawartość węgla i dodatków stopowych. Więcej węgla to większa twardość, ale i większa kruchość oraz trudniejsze spawanie. Dodatki takie jak chrom, nikiel czy molibden zmieniają odporność na korozję, wytrzymałość w wysokiej temperaturze i podatność na obróbkę cieplną. Z tego prostego mechanizmu wyrasta cała mapa gatunków.
Stal, staliwo czy żeliwo
Zanim przejdziemy do gatunków, warto rozdzielić trzy pojęcia, które bywają mylone. Stal to stop żelaza z węglem poniżej około 2 procent, przerabiany plastycznie, czyli walcowany, kuty, ciągniony. Staliwo ma podobny skład jak stal, ale powstaje przez odlanie do formy, a nie przez przeróbkę plastyczną, więc stosuje się je na elementy o skomplikowanym kształcie. Żeliwo zawiera węgla powyżej 2 procent, jest twarde i tanie, lecz kruche, dlatego trafia na korpusy i elementy, które nie pracują na zginanie. Ta sama część może być wykonana z każdego z tych trzech materiałów, a wybór zależy od kształtu, obciążenia i kosztu.
Klasyfikacja stali
Najprostszy podział opiera się na składzie i przeznaczeniu. Poniższa tabela pokazuje główne grupy z typowym przedstawicielem i zastosowaniem.
| Grupa | Przykład | Cecha | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| Konstrukcyjna niestopowa | S235, S355 | tania, dobrze spawalna | konstrukcje stalowe, hale, mosty |
| Maszynowa (węglowa) | C45 | hartowalna, średnia wytrzymałość | wały, osie, koła zębate |
| Stopowa do ulepszania | 42CrMo4 | wysoka wytrzymałość po obróbce | elementy silnie obciążone |
| Nierdzewna | X5CrNi18-10 | odporna na korozję | przemysł spożywczy, chemia |
| Narzędziowa | C105U, HS6-5-2 | bardzo twarda po hartowaniu | narzędzia, wiertła, matryce |
Jak czytać oznaczenia PN-EN
Symbol gatunku nie jest przypadkowym ciągiem znaków, tylko zapisem właściwości. Kilka przykładów tłumaczy logikę.
| Oznaczenie | Co znaczy |
|---|---|
| S235JR | stal konstrukcyjna (S), granica plastyczności 235 MPa, udarność w temperaturze pokojowej (JR) |
| C45 | stal niestopowa o zawartości węgla około 0,45 procent |
| 42CrMo4 | stal stopowa, ~0,42 procent węgla, z chromem i molibdenem |
| X5CrNi18-10 | stal wysokostopowa (X), ~0,05 procent C, 18 procent chromu, 10 procent niklu |
Litera na początku mówi o rodzinie, liczby o zawartości pierwiastków albo o granicy plastyczności. Gdy raz zrozumie się ten klucz, po samym symbolu można ocenić, czy gatunek nadaje się do spawania, czy będzie odporny na korozję i czego się po nim spodziewać pod obciążeniem, bez zaglądania do katalogu.
Wytrzymałość według gatunku
Różnice między gatunkami najlepiej widać na wytrzymałości na rozciąganie, oznaczanej Rm. Poniższy wykres zestawia typowe wartości dla popularnych stali. Widać, jak duży jest rozrzut od zwykłej konstrukcyjnej po stal narzędziową po hartowaniu.
Jak dobrać stal do zadania
Dobór zaczyna się od obciążenia i warunków pracy, nie od ceny. Na konstrukcję spawaną wybiera się stal o dobrej spawalności, czyli niskiej zawartości węgla, jak S235 czy S355. Na element, który ma być twardy i odporny na zużycie, sięga się po stal maszynową lub narzędziową, godząc się na trudniejszą obróbkę. Tam, gdzie w grę wchodzi wilgoć albo chemia, decyduje odporność na korozję, więc wybór pada na stal nierdzewną, mimo wyższej ceny.
Ostatnim krokiem bywa potwierdzenie właściwości. Deklarowany gatunek to jedno, a rzeczywista wytrzymałość dostarczonej partii to drugie, dlatego przy odpowiedzialnych zastosowaniach próbki trafiają do laboratorium na statyczną próbę rozciągania i badania składu. Papier z hurtowni mówi, co powinno być w materiale, a badanie mówi, co w nim faktycznie jest.
Materiał powstał we współpracy z laboratorium tenslab.pl. Wartości wytrzymałości mają charakter orientacyjny i pochodzą z norm przedmiotowych.