Stal

Stalą nazywamy przerobiony plastycznie stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, w którym zawartość węgla nie przekracza 2,11%. Pierwiastki występujące w stali dzielimy na 3 grupy:

• zanieczyszczenia, których ilość jest optymalizowana ze względu na przeznaczenie i ekonomikę wytwarzania. Wśród nich znajdują się siarka, fosfor oraz gazy: tlen, wodór i azot,

• domieszki, których obecność wiąże się z procesem metalurgicznym. Należą do nich zwykle mangan, krzem, niekiedy aluminium, stosowane do odtleniania stali,

• dodatki stopowe wprowadzane do stali w określonej ilości celem spowodowania zamierzonych zmian struktury a przez to właściwości stali. Najszerzej stosowanymi pierwiastkami stopowymi są: mangan, krzem, chrom, nikiel, miedź, molibden, wolfram, wanad i bor.

 

Podział stali

W zależności od składu chemicznego:

 

• węglowe: zawierają oprócz żelaza głównie węgiel oraz niewielkie ilości pierwiastków pochodzących z przerobu hutniczego - są to zanieczyszczenia (głównie siarka i fosfor) oraz domieszki, których zawartość nie może przekraczać określonych umownych ilości: 0,8% manganu, 0,4% krzemu, 0,3% chromu, 0,3% niklu 0,2% wolframu, 0,2% miedzi, 0,2% kobaltu, 0,1% aluminium, 0,05% molibdenu, 0,05% wanadu, 0,05% tytanu. Pod względem zawartości węgla stale węglowe dzieli się na:

     -   niskowęglowe: zawierające do 0,25% węgla,

     -   średniowęglowe: zawierające 0,35-0,6% węgla,

     -   wysokowęglowe: zawierające powyżej 0,6% węgla

Zależnie od stopnia czystości, określonego zawartością fosforu i siarki, rozróżnia się stale węglowe: 

     -   zwykłej jakości: zawierające 0,045-0,07% P i 0,045-0,06% S,

     -   wyższej jakości: zawierające do 0,04% P i 0,04% S,

     -   najwyższej jakości: zawierające 0,025-0,035% P i 0,025­-00,35% S

• stopowe: zawierają oprócz żelaza i węgla jeden lub więcej pierwiastków (dodatków stopowych) w ilości przekraczającej granicę ustaloną dla stali węglowych. Wprowadza się je podczas wytapiania w celu nadania stali określonych właściwości (chemicznych, elektrycznych, mechanicznych). Najczęściej stosowanymi dodatkami stopowymi są: chrom, nikiel, wolfram, molibden, mangan, krzem, wanad, tytan, kobalt, aluminium (stal chromowa, chromowo-niklowa, wolframowa itp.). Rozróżnia się stale stopowe:

     -   niskostopowe: łączna zawartość dodatków stopowych < 10%,

     -   średniostopowe: łączna zawartość dodatków stopowych 10-20%,

     -   wysokostopowe: łączna zawartość dodatków stopowych > 20%.

Zależnie od przeznaczenia zarówno stale węglowe, jak i stopowe można podzielić na: 

·        konstrukcyjne: są przeznaczone na konstrukcje budowlane, części maszyn i urządzeń pracujących w temperaturach niższych od 300°C i wyższych od -40°C w środowisku chemicznie nieagresywnym. Odznaczają się wysoką wytrzymałością na obciążenia przy dobrych właściwościach plastycznych oraz, zależnie od składu chemicznego, wysoką granicą sprężystości, odpornością na ścieranie i stabilnością wymiarową, przy czym konstrukcyjne stale stopowe mają lepsze właściwości wytrzymałościowe i technologiczne niż węglowe. Rozróżnia się stale konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia (produkowane w postaci prętów, blach, kształtowników itp.) i szczególnego (określonego) przeznaczenia. Do tych ostatnich zalicza się m.in.: stale łożyskowe (przeznaczone na elementy łożysk tocznych), zawierające średnio 1 % węgla i 1,5% chromu, sprężynowe (na sprężyny, resory itp.), zawierające 0,35-0,95% węgla, 1-2% krzemu oraz mangan, chrom i wanad.

·        narzędziowe: są stosowane do wyrobu różnego rodzaju narzędzi (pilników, pił, wierteł). Odznaczają się przede wszystkim dużą twardością i odpornością na ścieranie, a także, zależnie od zawartości dodatków stopowych, wytrzymałością na obciążenia, odpornością na działanie podwyższonej temperatury oraz stabilnością wymiarową. Zalicza się do nich stale szybkotnące (przeznaczone do wyrobu narzędzi do obróbki skrawaniem) zawierające 0,8-1,4% węgla i do 18% wolframu.

·        specjalne: są przeznaczone do pracy w warunkach specjalnych (np. w wysokich temperaturach, w agresywnych chemicznie środowiskach). Odznaczają się szczególnymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi; są to m.in.: 

   stale nierdzewne, zawierające 0,45% węgla i co najmniej 13% chromu, wykazujące odporność na korozyjne działanie środowisk utleniających (powietrza, pary wodnej, roztworów zasadowych, słabych kwasów organicznych), stosowane do wyrobu urządzeń dla przemysłu chemicznego, na narzędzia medyczne, pomiarowe i inne;  

    stale kwasoodporne, zawierające do 0,02% węgla oraz 16-25% chromu, 4-29% niklu, niekiedy molibden (do 5%), tytan (do 0,8%) lub niob (do 1,1%), odznaczające się odpornością na działanie środowisk utleniających, a także większości kwasów nieorganicznych i organicznych oraz barwników, stosowane m.in. do wyrobu urządzeń dla przemysłu chemicznego i spożywczego; 

    stale żaroodporne, zawierające zwykle 0,1-0,2% węgla oraz chrom (5-27%), krzem, aluminium, molibden, odznaczające się odpornością na działanie gazów w wysokiej temperaturze (żaroodporność); 

    stale żarowytrzymałe, zawierające 0,1-0,4% węgla oraz chrom (15-30%), nikiel (8-25%), molibden, wolfram, wanad, wykazujące zdolność zachowywania dobrych właściwości mechanicznych w wysokiej temperaturze (żarowytrzymałość). Stale żaroodporne i żarowytrzymałe są stosowane m.in. do wyrobu aparatury chemicznej, osłon pirometrów, armatury piecowej, urządzeń energetycznych, silników odrzutowych. 

   Stale automatowe, zawierające zwykle 0,1-0,4% węgla, 0,1­-0,35% siarki i 0,035-0,8% fosforu, czasami mangan (0,5-1,8%), odznaczające się bardzo dobrą skrawalnością, przeznaczane do wyrobu śrub, nakrętek itp.

   Stale o specjalnych właściwościach magnetycznych, stanowiące zarówno materiały magnetycznie miękkie, jak i twarde. Do pierwszych zalicza się stale niskowęglowe i stale krzemowe, stosowane do produkcji prądnic, transformatorów itp., do drugich - stale wysokowęglowe (1-1,5% C), a także stale stopowe zawierające ok. 1% węgla oraz wolfram, chrom i kobalt, stosowane jako magnesy trwałe. 

    Stale o specjalnej odporności na zużycie, np. stal Hadfielda, zawierająca 1-1,3% węgla, 11-14% manganu i 0,3-0,5% krzemu, bardzo odporna na ścieranie, stosowana na elementy rozjazdów kolejowych i tramwajowych, wykładziny młynów kulowych, gąsienice i inne.

   

Ze względu na procentową zawartość węgla i strukturę wewnętrzną:

• podeutektoidalne,
• eutektoidalne,
• nadeutektoidalne.