STALE
Ze względu na przyjęcie europejskich przepisów dotyczących zbiorników
ciśnieniowych, niezbędne stało się wprowadzenie europejskich norm dla
materiałów. Różnice pomiędzy starym a nowym systemem klasyfikacji i
oznaczeń (a co za tym idzie i własnościami stali) są na tyle znaczące, że
wymagane jest ich dokładne omówienie.
UWAGA: należy z ostrożnością podchodzić do podręczników
materiałoznawstwa, poradników etc., gdyż te wydane przed 2004r. będą z
pewnością zawierały odnośniki do starych norm (te wydane po 2004r r.  mogą,
ale nie muszą zawierać nowe oznaczenia).
Przykładowo, patrząc na stale na zbiorniki ciśnieniowe widać różnice nie
tylko w sposobie oznakowania, ale również i w składzie stali, a co za tym idzie i
własnościach. Przykładowo, w starych stalach kotłowych (St36k, St41k i St44k)
zawartość siarki i fosforu była na poziomie 0,45% i spadała do 0,4% w stali
18CuNMT to nowe stale typu P& H (i P& L) mogą posiadać max 0,025%S i
0,03% P.
1. Klasyfikacja stali wg. PN-EN 10020:2003.
Stal jest to materiał zawierający (masowo):
�� więcej żelaza niż jakiegokolwiek innego pierwiastka;
�� o zawartości węgla w zasadzie mniej niż 2%;
�� zawierający również inne pierwiastki.
Pewna ograniczona liczba stali chromowych może zawierać więcej niż 2% C;
lecz wspomniane 2% jest ogólnie przyjętą graniczną wielkością, dla odróżnienia
stali od żeliwa.
Klasyfikacja stali opiera się na zawartości pierwiastków w analizie wykopowej
(norma lub warunki dostawy) i zależy od ich minimalnej zawartości. W
przypadku, gdy norma podaje tylko max. wartości, to do klasyfikacji stali
przyjmuje się tylko 70% tej wielkości  zgodnie z wartościami podanymi w
tab.1.
Stalami odpornymi na korozje są stale zawierające co najmniej 10,5% Cr i max
1.2 % C. Podział stali odpornych na korozję pokazano w tab.2.
Innymi stalami stopowymi są stale nie odpowiadające definicji stali
odpornych nas korozję, dla których co najmniej zawartość jednego z w/w
pierwiastków osiąga lub przekracza graniczną wartość podaną w tab.1.
1
Tab.1. Graniczne wartości zawartości pierwiastków dla określenia granicy
miedzy stalami stopowymi i niestopowymi  wg. analizy wytopowej. Wartości
w [%] udziału masowego.
Symbol Pierwiastek Udział [%] Symbol Pierwiastek Udział [%]
Al aluminium 0,30 Ni nikiel 0,30
B bor 0,0008 Pb ołów 0,40
Bi bizmut 0,10 Se selen 0,10
Co kobalt 0,30 Si krzem 0,60
Cr chrom 0,3 Te telur 0,10
Cu miedz
0,4 Ti tytan 0,05
La lantanowce 0,1 V wanad 0,10
(każdy)
Mn mangan 1,65* W wolfram 0,30
Mo molibden 0,08 Zr cyrkon 0,05
Nb niob 0,06 Inne (poza węglem, fosfo- 0,10
rem, siarką i azotem) -każdy
*) max 1.8%
Stalami odpornymi na korozję ( wg. normy) są stale zawierające co najmniej
10.5 % Cr i max. 1.2 % C. Podział stali odpornych na korozje pokazano w tab.2.
Tab.2 Podział stali odpornych na korozję.
Stale odporne na korozję:
według zawartości niklu: nierdzewne
Ni<2.5 % żaroodporne
Nił� 2.5 % żarowytrzymałe
Innymi stalami stopowymi są stale nie odpowiadające definicji stali odpornych
na korozję i dla których zawartość, co najmniej jednego z pierwiastków
stopowych osiąga lub przekracza wartości graniczne wg. tab.1.
Stale niestopowe dzieli się na:
�� stale niestopowe jakościowe inne niż niestopowe
�� stale specjalne.
Stale konstrukcyjne drobnoziarniste spawalne, w tym stale na rury ciśnieniowe i
zbiorniki ciśnieniowe :
�� posiadające minimalną granicę plastyczności <380 [N/mm2] dla grubości
elementów Ł� 16 mm;
2
�� posiadające odpowiednią zawartość pierwiastków stopowych (wg.
normy);
�� praca łamania na próbkach Charpy V w t=-50oC Ł� 27 J (próbki wzdłużne)
lub Ł� 16 J ( próbki poprzeczne).
Oznaczenia stali wg. PN-EN 10027-1.
Klasyfikację oznaczeń stali można podzielić na dwie grupy, wg. poniższej tabeli
(tab.3.)
Tab.3. Klasyfikacja znaków stali.
Klasyfikacja znaków stali:
Znaki wskazujące na zastosowanie oraz Znaki wskazujące na skład chemiczny
mechaniczne lub fizyczne własności stali
stali
2. Oznakowanie stali wg. własności mechanicznych i zastosowania.
Oznakowanie to składa się z ciągu liter i cyfr, przy czym pierwszym symbolem
jest litera wskazująca na przeznaczenie, a drugim cyfra wskazująca na
wytrzymałość stali, wg poniższego schematu (tab.4).
Tab.4. Ważniejsze znaki wskazujące na zastosowanie oraz mechaniczne
własności stali.
Oznaczenie literowe Oznaczenie cyfrowe
S - stale konstrukcyjne Liczba równa min. granicy plastyczności
P  pracujące pod ciśnieniem [N/mm2] dla najmniejszej grubości wyrobu
L  na rury przewodowe
E  stale maszynowe
B - stale do zbrojenia betonu Charakterystyczna granica plastyczności N/mm2]
Y - stale do betonu sprężonego Minimalna wytrzymałość na rozciąganie N/mm2]
R  stal na szyny lub w postaci szyn Minimalna wytrzymałość na rozciąganie N/mm2]
H - wyroby płaskie walcowane na zimno Minimalna granica plastyczności [N/mm2]
ze stali o podwyższonej wytrzymałości
do kształtowania na zimno
T  j.w. Minimalna wytrzymałość na rozciąganie N/mm2]
D - wyroby ze stali miękkich do
kształtowania na zimno (poza tymi ze
znakiem H)
M  stale elektrotechniczne
3
Tab.5. Oznaczenia stali konstrukcyjnych.
Symbole główne Symbole dodatkowe
Litery Własności Dla stali grupy 1 Dla stali grupy Dla
mechaniczne 2 wyrobów
G- Minimalna Udarność/praca łamania [J] Temp. C  do Wg.
staliwo granica plas- próby formowania na załączników
S - stal tyczności Re [oC] zimno do normy
[MPa] dla 27[J] 40 60 D - do
najmniejszego [J] J] walcowania na
zakresu goraco
JR KR LR 20
wymiarów E  do
J0 K0 L0 0
produkowanych emaliowania
J2 K2 L2 -20
elementów F- do kucia
J3 K3 L3 -30
elementów L  do
J4 K4 L4 -40
stosowania w
J5 K5 L5 -50
niskich
J6 K6 L6 -60
temperaturach
M-walcowanych termomechanicznie
T  na rury
N- normalizowanych lub walcowanych
W odpornych
normalizujaco
na korozje
Q  ulepszanych cieplnie
atmosferyczną
G inne cechy
Do grupy 1 należą stale oznaczane według zastosowania i własności
mechanicznych. Przykłady oznaczeń stali :
S185  stal konstrukcyjna o Re=185 [MN/m2] (N/mm22);
S 355JR- stal konstrukcyjna o Re=355 [MN/m2] (N/mm22), o udarności w temp.
+20oC w wysokości min. 27 [J].
S 355N- stal konstrukcyjna o Re=355 [MN/m2] (N/mm22), normalizowana.
Tab.6. Oznaczenia stali do pracy pod ciśnieniem.
Symbole główne Symbole dodatkowe
Litery Własności Dla stali grupy 1 Dla stali grupy Dla
mechaniczne 2 wyrobów
G- staliwo Minimalna M-walcowanych termomechanicznie H  wysoka Wg.
P  stal do granica plas- N- normalizowanych lub walcowanych temperatura; załączników
pracy pod tyczności Re normalizujaco; L - niska do normy
ciśnieniem [MPa] dla T  na rury; temperatura;
najmniejszego B- na butle gazowe; R  tempera-
zakresu S- na proste zbiorniki ciśnieniowe; tura pokojowa
wymiarów Q  ulepszanych cieplnie X  wysoka i
produkowanych G inne cechy; niska
elementów temperatura
elementów
Przykładowe oznaczenia:
P265B; P355M; P355 Q.
4
Tab.7. Oznaczenia stali dla rur do pracy pod ciśnieniem.
Symbole główne Symbole dodatkowe
Litery Własności Dla stali grupy 1 Dla stali grupy Dla
mechaniczne 2 wyrobów
L  stal na Minimalna M-walcowanych termomechanicznie Klasa Wg.
rury granica plas- N- normalizowanych lub wymagań załączników
przewodowe tyczności Re walcowanych normalizująco; do normy
[MPa] dla G inne cechy (uzupełnione 2 cyframi)
najmniejszego M, N, Q  stale drobnoziarniste
zakresu
wymiarów
produkowanych
elementów
elementów
Przykładowe oznaczenia: L360M, L265 Q
Do grupy drugiej należą stale oznaczane według składu chemicznego.
Oznaczenia stali wg. składu chemicznego:
1. Stale niestopowe (bez stali automatowej) o średniej zawartości manganu
Mn<1% (podgrupa 2.1).
C50  cyfra oznacza średnią zawartość węgla [%] x100 (w tym przypadku
zaw. węgla = 0.5%).
2. Stale o średniej zawartości manganu ł� 1% i stale stopowe, bez
szybkotnących o zawartości każdego pierwiastka stopowego <5%
(podgrupa 2.2).
Ccc sssssssssss nn-nn-nn-nn-nn
Gdzie : ccc  liczba = 100xśrednia zawartość węgla [%];
ssss  symbole pierwiastków chemicznych  składników stopowych
stali uporządkowane wg. malejącej zawartości , a gdy dwa mają
taką samą zawartość  to wg. kolejności alfabetycznej;
nn- liczby odpowiadające zawartości poszczególnych pierwiastków
stopowych (średnio)x współczynniki z tab. 8.(zaokrąglone do
najbliższej liczby całkowitej) oddzielone od siebie kreską poziomą.
Przykładem może być stal, dawniej oznaczana jako 09G2Cu o zawartości:
Cmax = 0.12%; Mn1.2-1.8%; Cu<1%. Według nowej normy oznaczenie tej stali
to:
9MnCu6-10
3. Stale stopowe (bez stali szybkotnących) zawierające co najmniej 1
pierwiastek stopowy w ilości ł� 5% (podgrupa 2.3):
X Ccc ssssssss nn-nn-nn-nn-nn
5
Gdzie : X  symbol grupy stali
ccc  liczba = 100xśrednia zawartość węgla [%];
ssss  symbole pierwiastków chemicznych  składników stopowych
stali uporządkowane wg. malejącej zawartości , a gdy dwa mają
taką samą zawartość  to wg. kolejności alfabetycznej;
nn- liczby odpowiadające zawartości poszczególnych pierwiastków
stopowych (średnio)x współczynniki z tab. 8.(zaokrąglone do
najbliższej liczby całkowitej).
Przykładem może być stal X7Ni36 o zawartości węgla średnio 0.07% (max.
0.1 %) i niklu średnio 9% (dawniej oznaczana jako X7Ni9).
4. Stale szybkotnące (podgrupa 2.4.)  oznaczenie rozpoczyna się od liter
HS (nie omawiane  bo na s nie interesują).
Tab. 8. Tabela współczynników do oznaczania stali.
Pierwiastek Współczynnik
Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4
Al.,Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V,Zr 10
Ce, N, P, S, 100
B 1000
Norma PN-EN 10027-2 podaje również system cyfrowy oznaczania stali, który
z braku miejsca nie będzie tu omówiony. Zainteresowane osoby winny we
własnym zakresie przeczytać wspomnianą normę.
WA
ASNOŚCI MECHANICZNE CZ
ŚCI ZA

CZNYCH
WYKONYWANYCH ZE STALI W
GLOWYCH ORAZ STOPOWYCH
(śruby i śruby dwustronne).
Oznaczenia śrub zawarte są w normie PN-EN-ISO 898-1 z lutego 2001r.
Dla śrub z gwintem zwykłym od M1.6 do M39 i drobnozwojnym od M8x1 do
M39x3 poddawanych naprężeniom rozciągającym oznaczenie własności składa
się z 2 liczb:
�� Pierwsza liczba stanowi 1/100 nominalnej wytrzymałości na rozciąganie
materiału śruby Rm [N/mm2; MN/m2];
�� Druga stanowi 10x krotność stosunku dolnej granicy plastyczności ReL (lub
umownej granicy plastyczności) do nominalnej wytrzymałości na
rozciąganie Rm.
Iloczyn obu tych liczb stanowi 1/10 granicy plastyczności w [N/m2; MN/m].
6
Tab.1 Dane dla stosowanych gatunków stali na śruby złączne.
Minimalne Nominalna wytrzymałość na rozciąganie Rm [N/mm2]
wydłużenie
po zerwaniu 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Amin [%]
7
8
9 6.8 12.9
10 10.9
12 5.8 9.8*
14 8.8
16 4.8
18
20 5.6
22 4.6
25 3.6
30
*
)- dotyczy tylko średnicy gwintu d < 16 mm.
W rubryce nominalna wytrzymałość na rozciąganie Rm rubryka np. 200
oznacza stale o Rm od 200 do 300 [N/mm2].
UWAGA: jak widać, na śruby stosowane są tylko wybrane stale.
Przykładowe oznaczenie stali 3.6 - zgodnie z powyższą definicją oznacza:
�� 3  1/100Rm, czyli RM= minimum 300 N/mm2;
�� 6  oznacza, (10xRe)/Rm. Czyli Re/Rm = 0.6 ;
czyli Re =0.6xRm= 0.6x300 = 240 N/mm2 (minimum).
Tab.2 Wpływ temperatury na własności śrub.
Klasa Temperatura
własności [oC]
+20 +100 +200 +250 +300
5.6 300 270 230 215 195
8.8 640 590 540 510 480
7
Tab.3. Skład chemiczny stali stosowanych na śruby.
Klasa Materiał i obróbka Skład chemiczny [%] Temperatura
własności odpuszczania
Cmin Cmax Pmax Smax Bmax [oC]
3.6 Stal węglowa 0,2 0,05 0,06 0,003
4.6 0,55 0,05 0,06 0,003
4.8 0,55 0,05 0,06 0,003
5.6 0,13 0,55 0,05 0,06 0,003
5.8 0,55 0,05 0,06 0,003
6.8 0,55 0,05 0,06 0,003
Stal węglowa z
8.8* 0,15 0,4 0,35 0,035 0,003 425
dodatkami stopowy-mi
(B, Mn, Cr) hartowana
i odpuszczana
8.8 Stal węglowa 0,25 0,55 0,35 0,035 0,003 425
hartowana i
odpuszczana
9.8 Stal węglowa j.w. 0,15 0,35 0,35 0,035 0,003 425
9.8 Stal węglowa j.w. 0,25 0,55 0,35 0,035 0,003 425
*
) w przypadku średnic >20 mm może wystąpić konieczność stosowania stali o klasie
własności 10.9 dla zapewnienia odpowiedniej twardości.
Rys. .1 Cechowanie umieszczone na łbie śruby: (symbol cyfrowy i kod
zegarowy) Xyz  cecha identyfikujaca wytwórcę; 5.6  klasa własności (można
pisać 56  z pominięciem kropki)
8
Tab.4. Własności mechaniczne i fizyczne śrub i srub dwustronnych (wyciąg z
normy )
Własności Klasy własności
Mechaniczne i fizyczne 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 8.8 9.8
d<16 d>16 d<16
Nominalna wytrzymałość 300 400 400 500 500 600 800 800 900
na rozciąganie
Rmnom[N/mm2]
Rmmin[N/mm2] 330 400 420 500 520 600 800 830 900
Twardość wg. Rockwella 52 67 71 79 82 89
min. HRB
HRC 22 23 28
max HRB 95 99,5
HRC 32 34 37
Dolna granica 180 240 320 300 400
plastyczności
ReL[N/mm2] nominalna
minimalna 190 240 340 300 420 480
Umowna granica 640 640 720
plastyczności
Rp0,2[N/mm2] nominalna
minimalna 640 640 720
Wydłużenie po zerwaniu 25 22 - 20 - - 12 12 10
Amin [%]
Przewężenie po zerwaniu 52 52 48
Zmin[%]
Udarność KUmin [J] 25 30 30 25
Tab. 5. Minimalna siła zrywająca [N] (AsnomxRmmin)  gwinty metryczne
zwykłe.
Klasy własności
Gwint Asnom
2]
3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8
[mm
M8 36,6 12100 14600 15400 18300 19000 22000 29200 32900
M10 58 19100 23200 24400 29000 30200 34800 46400 52200
M12 84,3 27800 33700 35400 42200 43800 50600 67400 75900
M16 157 51800 62800 65900 78500 81600 94000 125000 141000
M20 245 80800 98000 103000 122000 127000 147000
M24 353 116000 141000 148000
M27 459 152000
M30 561 185000
9
WA
ASNOŚCI MECHANICZNE NAKR
TEK O WYSOKOŚCI
NOMINALNEJ ł� 0.8d (czynna długość gwintu ł� 0.6 D).
Zalecane klasy mechaniczne nakrętek do współpracy ze śrubami złącznymi wg.
PN-EN 20898-2 zawiera poniższa tabela.
Klasa własności Śruby współpracujące
mechanicznych nakrętek Klasa własności Zakres średnic
wytrzymałościowych
4 3,6; 4.6; 4.8; >M16
5 3.6; 4.6; 4.8; Ł� M16
5.6; 5.8; Ł� M39
6 6.8 Ł� M39
8 8.8 Ł� M39
9 9.8 Ł� M16
10 10.9 Ł� M39
12 12.9 Ł� M39
Klasa własności mechanicznych nakrętek to liczba wskazująca maksymalną
klasę własności mechanicznych śrub, z którymi nakrętki mogą współpracować.
Połączenia gwintowe należy projektować tak, aby powodem uszkodzenia było
zawsze pękanie trzpienia. Zerwanie gwintu  zwłaszcza w nakrętce  jest mało
widoczne i często stopniowe i trudne do wykrycia. Wprowadza to ryzyko, że
częściowo uszkodzone części mogą pozostać w zespole złącznym. Śruba (wkręt)
o odpowiedniej klasie, skojarzona z nakrętką o odpowiedniej klasie własności
mechanicznych zgodnie z powyższą tabelą może być dokręcana do obciążenia
próbnego bez zerwania. Przekroczenie obciążenia próbnego przy właściwym
(zalecanym) doborze klas własności mechanicznych śruby i nakrętki zapewnia
przewidywaną awarię minimum 10% połączeń nadmiernie dokręconych  w
formie uszkodzenia śruby, dla ostrzeżenia użytkownika, że takie postępowanie
przy montażu nie jest odpowiednie
Rys. 3. Znakowanie nakrętek  symbol cyfrowy.
10
Rys.4. Znakowanie nakrętek  kod zegarowy.
11