Stal to jedno z najbardziej popularnych tworzyw, znane od czasów prehistorycznych. Ma bardzo szerokie zastosowanie, jest wykorzystywana w przemyśle, motoryzacji, budownictwie, gastronomi i medycynie. Stal jest stopem żelaza z węglem, z dodatkiem innych pierwiastków. Zawartość węgla wynosi maksymalnie 2,10 %, gdyż jest to graniczna wartość rozpuszczalności węgla w żelazie. Jest wiele rodzajów stali, a każdy z nich ma inne zastosowanie ze względu na zróżnicowane właściwości fizyczne, chemiczne i środowiskowe.
Stal – najpopularniejszy stop
Za Polską Normą PN-EN 10020:2003 stal to stop, zawierający żelazo, węgiel (od 0,1% od do 2,10%) i inne pierwiastki stopowe. Najczęściej zawartość węgla to 0,1% – 0,25%. Niektóre pierwiastki są do stali dodawane celowo, by uzyskać odpowiednie właściwości. Część z nich pochodzi z zanieczyszczeń rudy żelaza i trudno je usunąć. Metody kwalifikacji rodzajów stali są różne. Rodzaje stali generalnie wynikają z rodzaju surowca i składu.
Składniki stali
Jeżeli ilość węgla jest większa od 2,10%. To mówi się o żeliwie lub stali stopowej. Ważnymi składnikami stali są te, wpływającymi na jej właściwościach. Są to następujące metale – zwykle:
- miedź,
- aluminium,
- mangan,
- chrom,
- nikiel
- krzem,
- wolfram.
Stal – jak powstaje
Do produkcji stali najczęściej wykorzystuje się dwie metody. Pierwsza metoda wielkiego pieca, polega na świeżeniu, czyli selektywnym utlenianiu niepożądanych składników. Z rudy żelaza, węgla i dodatków wytwarza się surówkę, którą następnie poddaje się właśnie procesowi świeżenia. Mieszanka jest odlewana, formowana do ostatecznego kształtu (pręty, blachy, rury) i zabezpieczana przed korozją. Druga metoda polega na wykorzystaniu pieców konwertorowych, łukowych i próżniowych. Wykorzystuje się złom stalowy, który jest topiony za pomocą energii elektrycznej, która przepływa pomiędzy naładowanym materiałem a elektrodami.
Jakie są rodzaje stali
Najważniejszymi czynnikami, wpływającymi na podział stali są:
- skład chemiczny (stale niestopowe i stale stopowe),
- zastosowanie surowca i dodatki stopowe (stale narzędziowe, konstrukcyjne, specjalne – w tym odporne na korozję).
- stopień czystości.
Stale niestopowe i stopowe
Stale niestopowe, zwane stalami węglowymi mają w swoim składzie znikome ilości innych pierwiastków. Zawartość węgla wpływa na ogólną twardość i plastyczność materiału. Wyróżnia się następujące rodzaje stali: niskowęglową, średniowęglową, wysokowęglową.
Stal stopowa charakteryzuje się wysoką zawartością innych pierwiastków. Może ich być od kilku do nawet kilkudziesięciu procent. Najczęściej są to: mangan, chrom, wanad, nikiel, wolfram, ale też kobalt, niob, miedź, cer, ołów, cyrkon, tytan, cynk i cyna. Poszczególne pierwiastki wpływają na różne właściwości stali stopowej, jak np.: wyższa hartowność, wytrzymałość, podatność na obróbkę termiczną.
Stale konstrukcyjne, narzędziowe, specjalne
Stal konstrukcyjna jest używana do budowy konstrukcji, części maszyn, wzmacniania innych stopów. Stal narzędziowa charakteryzuje się m.in. dużą zawartością węgla i odpornością na ścieranie, odkształcanie. Jest używana do wytwarzania różnego rodzaju narzędzi i części do przyrządów pomiarowych.
Stal specjalna jest rodzajem stali do specjalnych zastosowań. Zawiera dużą ilość dodatków stopowych, które determinują jej specyficzne parametry i skomplikowaną obróbkę termiczną. Ze względu na wysoką cenę nie jest stosowana powszechnie. To tej grupy należą: stal szlachetna, stal kwasoodporna, stal żarowytrzymała i żaroodporna, stal magnetyczna, stal odporna na zużycie.
Rodzaje stali i ich oznaczenia
Rodzaje stali i ich oznaczenia są usystematyzowane. Specjalne oznaczenia stali odnoszą się do jej stosowania i właściwości mechanicznych. Składają się z dwóch głównych symboli i chociaż jednego dodatkowego. Pierwszy człon (duża litera) mówi o przeznaczeniu surowca.
Oznaczenia dla poszczególnych rodzajów stopów:
- S – stal konstrukcyjna,
- L – stal na rury przewodowe,
- G – staliwo,
- B – stal na pręty zbrojeniowe do betonu,
- P – stal na urządzenia ciśnieniowe,
- R – stal na szyny,
- Y – stal na struny sprężające.
Trzycyfrowe liczby oznaczają minimalną granicę plastyczności. Jeżeli chodzi o stal konstrukcyjną, to granicą plastyczności jest 235, 275, 355, 420 lub 460 MPa.
Dodatkowy symbol stali konstrukcyjnej odnosi się do jej rodzaju. JR, J0 i J2 odnoszą się do plastyczności wyrażoną uśrednioną pracą łamania w danej temperaturze. Kiedy wartość pracy wynosi 40 J przy takiej samej temperaturze, to używa się litery K (KR, K0, K2).
Istnieje wiele różnych oznaczeń, jakie są rodzaje stali. Można trafić na różne symbole określające ten sam rodzaj stali. Dostępne są tabele z zestawieniami, jakie są gatunki stali.
Stal szlachetna – co to jest
Stal szlachetna bywa nazywana chirurgiczną lub nierdzewną. W branży jubilerskiej jest wykorzystywana odmiana stali chirurgicznej 316L. Zawiera żelazo, chrom i nikiel. Charakteryzuje się wyższym stopniem twardości niż złoto i srebro.
Stal szlachetna 316L — właściwości:
- wysoki stopień twardości, odporności na uszkodzenia,
- wytrzymała powierzchnia na zarysowania i uszkodzenia,
- stabilność kolorytu, odporność na promieniowanie UV,
- antykorozyjna powierzchnia,
- hipoalergiczność.