Stal niestopowa – charakterystyka i właściwości

Stal niestopowa, inaczej węglowa to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, obrobiony plastycznie i cieplnie, o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11%.

Czym jest stal i jak powstaje?

Stal otrzymuje się z surówki hutniczej z wykorzystaniem pieców konwertorowych, łukowych i próżniowych, pozwalających na uzyskanie wysokiej jakości materiału. Pierwotnym produktem hutniczym jest staliwo, które jest przerabiane na stal za pomocą obróbki plastycznej.

Stalowe wyroby hutnicze to m.in. pręty okrągłe, kwadratowe lub sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), oraz blachy. Węgiel w stali niestopowej najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Im większa zawartość węgla, tym większa twardość stali. 

Właściwości mechaniczne stali niestopowej

Dzięki zawartości węgla w stali niestopowej, jej właściwości mechaniczne są bardzo korzystne. Są to:

• wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie, zginanie, ścinanie i skręcenie

• sprężystość – zdolność materiału do odzyskiwania pierwotnej postaci po zaprzestaniu działania na niego czynników powodujących odkształcenie

• plastyczność – zdolność materiału do zachowania formy odkształconej na skutek działania siły obciążeń po zaprzestaniu ich działania. Odkształcenia są trwałe, powstają po przekroczeniu wartości tzw. granicy plastyczności.

• ciągliwość – zdolność materiału pozwalająca na zachowanie jego właściwości podczas obróbki polegającej na jego tłoczeniu, zginaniu lub prostowaniu itp. Właściwość ta wykorzystywana jest podczas produkcji wyrobów (np. blach trapezowych, ościeżnic itp.).

• twardość – zdolność przeciwstawienia się materiału przy próbie wciskania przedmiotów twardszych. Stal jest tym twardsza, im większy jest procent węgla.

• udarność – czyli odporność na obciążenia dynamiczne

• spawalność – to cecha stali pozwalająca na wykonanie trwałych połączeń przez spawanie

• działanie środowiska – czyli odporność na działanie podwyższonych i niskich temperatur oraz czynników powodujących korozję chemiczną i atmosferyczną

Jakie są rodzaje stali?

Stale jakościowe – cechują się lepszymi parametrami np. podniesioną trwałością, odpornością na czynniki atmosferyczne i chemiczne, wytrzymałością mechaniczną, lepszą spawalnością, wyższą sprężystością czy podatnością na obróbkę termiczną albo nawęglanie. Wszystkie te cechy dobiera się pod kątem zastosowań, stąd poszczególne gatunki stali jakościowej będą miały inny skład i odmienne parametry. Można powiedzieć, że stal jakościowa to stal do zadań specjalnych – często poddawana dodatkowej obróbce cieplnej lub obróbce chemicznej.

Stale specjalne – stal przeznaczona do specjalnych zastosowań. Stale specjalne zawierają dużą ilość dodatków stopowych, wymagają bardzo skomplikowanej obróbki cieplnej oraz wysokiego reżimu obróbki i montażu. Ze względu na wysoką cenę nie są stosowane powszechnie.

Do stali specjalnych należą:

• Stal nierdzewna,

• Stal kwasoodporna,

• Stal żarowytrzymała,

• Stal żaroodporna,

• Stal magnetyczna,

• Stal odporna na zużycie.

Jak dzieli się stal niestopowa?

Ze względu na ilość zawartego węgla możemy podzielić stal niestopową na trzy kategorie:

Stal niestopowa o małej zawartości węgla do około 0.3 %

•  odznacza się z reguły tzw. miękkością oraz dobrą spawalnością. Z tego powodu wykorzystuje się ją chętnie do produkcji blach, części głęboko tłoczonych, drutów itp.

Stal niestopowa o średniej zawartości węgla od 0,3 do 0,6%

• jest mocniejsza od stali niskowęglowej, trudniejsza jednak do formowania, spawania i cięcia. Właściwości tego typu stali sprawiają, że wykorzystuje się ją do produkcji np. konstrukcji oraz części maszyn i pojazdów mechanicznych, a także elementów kutych. Często w celu utwardzenia stosuje się dodatkowe hartowanie.

Stal niestopowa o wysokiej zawartości węgla powyżej 0.6%

• jest najtrudniejsza do obróbki poprzez cięcie, gięcie i spawanie. Dodatkowo po hartowaniu staje się twarda i krucha. Używa się jej do produkcji narzędzi, ostrzy mieczy czy specjalistycznych sprężyn.

W zależności od zastosowania stale niestopowe dzielą się na:

• Stal konstrukcyjną – bardzo popularna, używana podczas tworzenia konstrukcji stalowych (mosty, szkielety nośne, belkowania), części urządzeń oraz maszyn o tzw. typowym przeznaczeniu.

• Stal narzędziową – stosowana jest do produkcji np. wierteł, ostrzy, tarczy. Dodatkowym wymaganiem dla tej stali jest zazwyczaj tzw. płytkie hartowanie. Sprawia ono, że powierzchnia narzędzia pozostaje bardzo trwała, natomiast wnętrze świetnie znosi uderzenia i nie kruszy się.

• Stale o szczególnych właściwościach fizycznych i chemicznych – wykorzystywane są w specjalistycznych urządzeniach pracujących w wyjątkowo trudnych warunkach. Powinny odznaczać się właściwościami odpowiednimi dla danego środowiska pracy.

Stal niestopowa to materiał szeroko stosowany w wielu branżach. Jej odmienne właściwości i parametry pozwalają zastosować ją do wybranego sektora przemysłu, a dzięki stosunkowo niewielkiej cenie oraz łatwej obróbce pozwala przede wszystkim znacząco obniżyć koszty produkcji. Rodzaje o zwiększonej zawartości węgla wykorzystuje się do bardziej zaawansowanych technologicznie projektów od części okrętowych po rakietowe.