Stal jest jednym z najpopularniejszych i najczęściej wykorzystywanych materiałów na świecie. Swoje zastosowanie znajduje m.in. w przemyśle, budownictwie, motoryzacji, gastronomii, a także w medycynie. Podstawowymi jej składnikami jest żelazo i węgiel, jednak o cechach stali decydują inne metale, pierwiastki czy wtrącenia niemetaliczne dodane do stopu. Według World Steel Association (międzynarodowy organ handlowy przemysłu hutnictwa żelaza i stali) istnieje ponad 3500 różnych gatunków stali, a każdy z nich ma określone właściwości fizyczne, chemiczne i środowiskowe. 

Inne rodzaje stali wykorzystuje się do ciężkich i wytrzymałych konstrukcji, inne natomiast do użytku w kuchni, czy do tworzenia narzędzi medycznych. Jakie są gatunki stali i ich zastosowanie? Sprawdzamy w poniższym artykule!

Czym jest stal i jak powstaje?

Mianem tym określa się stop żelaza z węglem, plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie. Zgodnie z Polskimi Normami PN-EN 10020:2003 pierwszy składnik (w tym przypadku żelazo) stanowi większą część mieszanki, a drugi (węgiel) nie więcej niż 2,11%.

W przypadku większej zawartości węgla mówi się o żeliwie czy stali stopowej. Niezwykle ważnymi składnikami stali są te, które przesądzają o jej właściwościach. Należą do nich głównie metale - zwykle:

• aluminium - pierwiastek, który zapobiega rozrostowi ziaren austenitu i ma działanie odtleniające,

• chrom - wpływa na wzrost wytrzymałości i twardości, podwyższa też udarność. W stalach narzędziowych zwiększa hartowność, a w przypadku stali nierdzewnych – decyduje o odporności na korozję,

• mangan - pierwiastek, który zwiększa sprężystość i odporność na ścieranie, a także kosztem plastyczności materiału poprawia wytrzymałość oraz twardość stopu,

• krzem - ma działanie odtleniające, a do tego poprawia wytrzymałość i zwiększa twardość stali,

• wolfram - zwiększa wytrzymałość i odporność na ścieranie

• nikiel - odpowiada za zwiększenie twardości i wytrzymałości stali oraz zmniejszenie temperatury progu kruchości,

• miedź - ma podobne właściwości fizyczne jak czyste żelazo, lecz jest znacznie bardziej odporna na korozję.

Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki i fosforu zwane są zanieczyszczeniami.

Sposobów uzyskania stali jest kilka. Otrzymuje się ją z surówki w procesie świeżenia (selektywnego utleniania usuwającego niepożądane składniki) lub z wykorzystaniem pieców konwertorowych, łukowych i próżniowych, pozwalających na uzyskanie wysokiej jakości stopu. Stopiona stal jest niewiele warta, dlatego też należy uformować ją do ostatecznego kształtu a następnie zabezpieczyć przed procesami korozji metali. Zazwyczaj stal odlewa się w gotowe formy.

Jakie są rodzaje stali?

To, że istnieje wiele odmian stali już wiemy. Różne rodzaje stali są produkowane zgodnie z właściwościami wymaganymi do ich zastosowania, a systemy klasyfikacji są stosowane do rozróżniania stali na podstawie tych właściwości. 

Najważniejszymi czynnikami, dzięki którym stal dzielimy na grupy są:

• skład chemiczny (stale niestopowe i stale stopowe),

• zastosowanie tworzywa i dodatki stopowe (stale konstrukcyjne, narzędziowe czy stale specjalne - w tym odporne na korozję),

• stopień czystości (stale zwykłe, stale stalowe, stale o wysokim stopniu czystości).

Oznaczenia stali

Oznaczenia stali są niezwykle ważne w identyfikacji różnych rodzajów stali i ich właściwości. W Polsce stosuje się system oznaczeń stali zgodnie z normą PN-EN 10020:2003. System ten opiera się na symbolach literowych i cyfrowych, które określają skład chemiczny stali oraz jej właściwości mechaniczne.

Przykładowo: stal konstrukcyjna może być oznaczona jako S235JR. W tym przypadku “S” oznacza stal konstrukcyjną, liczba 235 wskazuje na minimalną wytrzymałość na rozciąganie wynoszącą 235 MPa, a “JR” oznacza, że stal ta jest odporna na korozję. Tego typu oznaczenia są niezwykle pomocne w przemyśle, ponieważ pozwalają na szybkie i precyzyjne określenie właściwości stali, co jest kluczowe w procesie produkcji i zastosowania.

Oznaczenia stali zgodne z normą PN-EN 10020:2003 są powszechnie stosowane w Europie i pozwalają na standaryzację i łatwiejszą identyfikację różnych gatunków stali. Dzięki temu możliwe jest dokładne dopasowanie materiału do konkretnych potrzeb i wymagań technicznych.

Rodzaje stali - stal niestopowa

Nazywana jest również stalą węglową, charakteryzuje się ona zawartością węgla do 2,11% masy całkowitej. W jej składzie znajdują się znikome ilości innych pierwiastków, co oznacza, że z reguły nie ma określonej zawartości chromu, kobaltu niklu, tytanu czy innych pierwiastków w celu uzyskania pożądanego efektu stopowania. Stanowi ona 90% całkowitej produkcji stali. Ważną cechą stali węglowej jest również możliwość wytwarzania jej ze stali pochodzącej z recyklingu oraz stali pierwotnej.

Od zawartości węgla zależy twardość, odporność i elastyczność końcowego materiału. Stal niestopową podzielić można na trzy grupy.

1. Stal niskowęglowa

Zwana również stalą miękką, zwykłą albo niskoemisyjną, w jej składzie znajduje się jedynie do 0,3% węgla. Ważnymi jej właściwościami jest wysoka elastyczność, ciągliwość i łatwość w obróbce (także na zimno). Znajduje niezwykle szerokie zastosowanie i jest obecnie jednym z najpopularniejszych rodzajów stali.

2. Stal średniowęglowa

Jest najbardziej optymalnym rozwiązaniem pomiędzy wytrzymałością a plastycznością stopu. Ilość węgla jest mierzona w przedziale 0,3 – 0,6%, a wyższa jego zawartość pozwala na lepszą obróbkę cieplną. Do stali średniowęglowej dodaje się często pierwiastki stopowe pod postacią chromu czy niklu. Rodzaj ten wykorzystuje się chociażby do wytwarzania części samochodowych takich jak osie, koła zębate i sprzęgła lub do produkcji szyn kolejowych.

3. Stal wysokowęglowa

Najbardziej wytrzymała z tego podziału, zawiera 0,6 - 1% węgla w swoim składzie. Duża jego ilość wpływa na odporność na cięcie i wyginanie tego stopu dzięki czemu idealnie nadaje się on do produkcji np. sprężyn lub drutów. Przez swoje zastosowanie nadaną ma alternatywną nazwę stali narzędziowej. Porównując ją ze średnio- i niskowęglową stalą wypada ona zdecydowanie lepiej pod kątem wytrzymałości i twardości, jest jednak zdecydowanie mniej plastyczna.

[product category_id="2" limit="10" slider="true" onlyAvailable="true"]

Rodzaje stali - stal stopowa

Jest to typ stali, w której do stopu dodane zostały inne dodatki (pierwiastki) o zawartości od kilku do nawet kilkudziesięciu procent. Zgodnie z Polskimi Normami ich masa powinna ona być równa lub większa od tej zawartej w tabeli z dopuszczalnym stężeniem. W procesie wytwarzania stali wykorzystywany jest najczęściej mangan, chrom, wanad, nikiel, wolfram, ale także kobalt, miedź, cer, niob, tytan, cyna, cynk, ołów i cyrkon. Poszczególne domieszki mogąL

• podwyższyć hartowność stali,

• uzyskać określone własności wytrzymałościowe,

• zmienić strukturę stopu,

• ułatwić i przyspieszyć jego obróbkę termiczną,

• nadać stali nowych właściwości chemicznych i fizycznych.

Stale stopowe można podzielić jeszcze na niskostopową, średniostopową i wysokostopową. Ich rozróżnienie związane jest z zawartością węgla oraz poszczególnych domieszek. Wyróżnia je wysoka wytrzymałość, twardość oraz odporność na zużycie i korozję. Wykorzystywane są dość niekonwencjonalnych produktach, gdyż mają specyficzne, związane z dodatkami stopowymi właściwości. Produkowane są z nich między innymi silniki elektryczne, transformatory, agregaty prądotwórcze, łopatki turbin silników odrzutowych, czy nawet reaktory jądrowe.

Zobacz również: Czym czyścić stal nierdzewną i jak ją polerować?

Typy stali ze względu na zastosowanie

Oprócz podziału stali ze względu na jej skład istnieją również inne, uznawane za kryterium właściwości. Jedną z nich jest właśnie wykorzystanie - jakie są rodzaje stali i ich zastosowanie?

Gatunki stali - stal konstrukcyjna

Używana do budowy najczęściej spotykanych typowych konstrukcji, części maszyn, ale także do wzmacniania innych stopów. Wyróżnia się wiele rodzajów stali konstrukcyjnej:

• stal ogólnego przeznaczenia – stop niższego gatunku wykorzystywany do tworzenia konstrukcji i części maszyn; sprawdza się tam, gdzie nie są konieczne konkretnie określone parametry materiału,

• stal konstrukcyjna wyższej jakości – charakteryzuje się ściśle ustalonymi ilościami węgla i manganu, znajduje się w niej mniej zanieczyszczeń; tworzone są z niej blachy, rury oraz części do pojazdów i maszyn;

• stal konstrukcyjna niskostopowa – zawiera maksymalnie do 0,22% węgla, ceni się jej wytrzymałość i znaczną odporność na korozję; ze względu na odporność na trudne warunki atmosferyczne wykorzystywana do budowy mostów, wagonów kolejowych, masztów;

• stal do nawęglania – wykazuje dużą ciągliwość i twardość powierzchni, nadaje się do wytwarzania elementów o dużej wytrzymałości;

• stal do azotowania – polega ono na nasyceniu powierzchni metalu azotem, wyjątkowo dobrze sprawdza się jako materiał kół zębatych;

• stal do ulepszania cieplnego – nadaje się do produkcji mocno obciążanych części;

• stal sprężynowa – zawiera spory dodatek krzemu i jest używana do produkcji sprężyn, resorów oraz drążków skrętnych,

• stal automatowa – wykorzystywana jest do produkcji śrub, podkładek, nakrętek itp.

• stal na łożyska toczne – o bardzo precyzyjnie kontrolowanym składzie, produkowana w ścisłym reżimie technologicznym.

Rodzaje stali i ich zastosowanie - stal narzędziowa

Duża zawartość węgla i odpowiedni sposób obróbki cieplnej zapewniają jej niezwykle pożądane właściwości. Stal narzędziowa stosowana jest do wytwarzania różnego rodzaju narzędzi oraz odpowiedzialnych części przyrządów pomiarowych. Wyróżnia się dużą twardością i odpornością na ścieranie. Jest niepodatna na przegrzanie i, co więcej, nie odkształca się nawet po długim użytkowaniu.
Stal narzędziową również podzielić można na bardziej szczegółowe gatunki, są to między innymi:

• stale narzędziowe węglowe,

• stale narzędziowe stopowe,

• do pracy na zimno,

• do pracy na gorąco,

• szybkotnące,

Jakie są gatunki stali specjalnych?

Stal specjalna przeznaczona jest do -tak jak sugeruje nazwa- specjalnych zastosowań. Jej gatunki zawierają dużą ilość dodatków stopowych, wyróżniają się bardzo specyficznymi parametrami i wymagają skomplikowanej obróbki cieplnej. Ze względu na wysoką cenę nie są stosowane powszechnie. Do grupy stali specjalnych należy między innymi:

• stal nierdzewna - o specjalnych właściwościach fizykochemicznych, odpornych na korozję oraz wysokie temperatury;

• stal kwasoodporna - o dużej zawartości chromu, odporna jest na niszczące działanie kwasów, które mają mniejszą moc niż kwas siarkowy;

• stal żarowytrzymała i żaroodporna - wykazuje się odpornością na niszczące działanie gazów utleniających w wysokich temperaturach;

• stal magnetyczna - o bardzo niskiej zawartości węgla, wykazuje się właściwościami ferromagnetycznymi;

• stal odporna na zużycie - stal o wysokiej zawartości węgla i manganu.