Leksykon

Stal budowlana

Stal jest to stop żelaza z węglem oraz innymi dodatkami stopowymi, otrzymywany w procesach stalowniczych w stanie ciekłym, przeznaczony na półwyroby i wyroby przerabiane plastycznie. Zawartość węgla w stali nie przekracza na ogół 2% i jest ogólnie przyjętą wartością odróżniającą stal od żeliwa. Oprócz żelaza i węgla stal zawiera metale takie jak: chrom, nikiel, mangan, miedź, molibden, tytan i wolfram oraz pierwiastki takie jak azot, tlen i siarka oraz wtrącenia niemetaliczne (zanieczyszczenia), głównie tlenki siarki i fosforu.

Otrzymywanie stali może odbywać się różnymi metodami, które wymagają odmiennych technologii i urządzeń.

 

Metody otrzymywania stali możemy podzielić na:

  • procesy konwertorowe (z bocznym, dolnym lub górnym dmuchem),
  • proces martenowski (historyczny),
  • procesy elektrotermiczne (piece oporowe, łukowe, indukcyjne).
     

Metoda konwertorowego otrzymywania stali jest obecnie podstawową, powszechnie stosowaną technologią wytwarzania stali.

Klasyfikacja stali

Stale można podzielić ze względu na skład chemiczny oraz wg zastosowania i własności mechanicznych lub fizycznych.

 

Ze względu na skład chemiczny:

  • stale niestopowe (węglowe),
  • stale stopowe.
     

Do stali niestopowych zalicza się te gatunki stali, w których zawartość pierwiastków jest mniejsza od zawartości granicznych podanych w PN-EN 10020.

Do stali stopowych zalicza się gatunki stali, w których zawartość przynajmniej jednego pierwiastka jest równa lub większa od zawartości granicznej podanej w normie PN-EN 10020.

 

Ze względu na zastosowanie:

  • stal konstrukcyjna,
    • węglowa: zwykłej jakości, wyższej jakości, najwyższej jakości,
    • stopowa: niskostopowa, sprężynowa, do nawęglania, do ulepszania cieplnego, do azotowania, na łożyska toczne
  • stal narzędziowa,
    • węglowa: płytko i głęboko hartująca się, zgrzewalna,
    • stopowa: do pracy na zimno, gorąco, szybkotnąca,
  • o szczególnych własnościach,
    • węglowa: magnetycznie miękka, łatwo obrabialna (automatowalna),
    • stopowa: do pracy przy podwyższonych temperaturach, odporna na korozję, żaroodporna, o szczególnych własnościach magnetycznych i fizycznych. 

 

W zależności od stopnia odtlenienia rozróżnia się:

  • stal nieuspokojoną,
  • uspokojoną,
  • półuspokojoną.

 

Ze względu na procentową zawartość węgla i strukturę wewnętrzną:

  • stal podeutektoidalna (zawiera poniżej 0,77% węgla),
  • stal eutektoidalna (zawiera 0,77% węgla),
  • stal nadeutektoidalna (zawiera powyżej 0,77% węgla).

 

Stale historyczne:

  • stal damasceńska,
  • stal toledańska.

 

Właściwości mechaniczne i fizyczne stali:
 

Do podstawowych właściwości fizycznych stali, niezależnie od ich składu chemicznego zalicza się:

  • średnią gęstość stali 7850 kg/m3,
  • moduł sprężystości podłużnej 205GPa,
  • moduł sprężystości poprzecznej 80GPa,
  • liczba Poissona: 0,3,
  • współczynnik rozszerzalności termicznej stali zbrojeniowej: α = 12∙10-6K-1.

 

Do cech mechanicznych stali zalicza się:

  • wytrzymałość,
  • udarność,
  • twardość,
  • plastyczność,
  • kowalność,
  • spawalność,
  • odporność na czynniki agresywne,
  • ścieralność.

 

W zależności od warunków pracy stali, wyróżnia się jej wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie, zginanie, ścianie, skręcanie. Wartości wytrzymałości są podawane w normach.

 

Granica plastyczności dla stali węglowych mieści się w przedziale 200-500MPa. W stalach twardych lub utwardzonych, przyjmuje się umowną granicę plastyczności, dla wartości naprężenia, przy którym trwałe wydłużenie próbki wynosi 0,2%.

 

Udarność, czyli odporność stali na pękanie przy obciążeniu dynamicznym- zawartość siarki w stalach konstrukcyjnych, wpływa na obniżenie jej udarności. 

 

Stale charakteryzujące się większą twardością i odpornością na ścieranie (np. stal łożyskowa) mają większą zawartość węgla.

 

Spawalność jest cechą stali, która pozwala na wykonywanie trwałych połączeń stali. Na jej pogorszenie wpływa zawartość pierwiastków węgla i krzemu. Spawalność stali stopowych ocenia się w zależności od równoważnika węgla (CE). Dla CE< 0,42% stal jest dobrze spawalna, a dla CE=0,42-60% należy podgrzać element przed spawaniem.

 

Odporność stali na czynniki środowiskowe uzyskuje się poprzez wprowadzenie dodatkowych pierwiastków. Chrom, zapewnia odporność stali na korozję, krzem i nikiel mają w swoim składzie stale kwasoodporne. Dzięki dodatkom chromu, krzemu i glinu stal ma wyższą żaroodporność.