1

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.

2

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

miedź

0,4

Ti

tytan

0,05

La

lantanowce

(każdy)

0,1

V

wanad

0,10

Mn

mangan

1,65*

W

wolfram

0,30

Mo

molibden

0,08

Zr

cyrkon

0,05

Nb

niob

0,06

Inne (

poza węglem, fosfo-

rem, siarką i azotem

) -każdy

0,10

*) 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

Ni



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/mm

2

] dla grubości

elementów



16 mm;

3



posiadające odpowiednią zawartość pierwiastków stopowych (wg.
normy);



praca łamania na próbkach Charpy V w t=-50

o

C



27 J (próbki wzdłużne)

lub



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
mechaniczne lub fizyczne własności
stali

Znaki wskazujące na skład chemiczny
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
P – pracujące pod ciśnieniem
L – na rury przewodowe
E – stale maszynowe

Liczba równa min. granicy plastyczności
[N/mm

2

] dla najmniejszej grubości wyrobu

B - stale do zbrojenia betonu

Charakterystyczna granica plastyczności N/mm

2

]

Y - stale do betonu sprężonego

Minimalna wytrzymałość na rozciąganie N/mm

2

]

R – stal na szyny lub w postaci szyn

Minimalna wytrzymałość na rozciąganie N/mm

2

]

H - wyroby płaskie walcowane na zimno
ze stali o podwyższonej wytrzymałości
do kształtowania na zimno

Minimalna granica plastyczności [N/mm

2

]

T – j.w.

Minimalna wytrzymałość na rozciąganie N/mm

2

]

D - wyroby ze stali miękkich do
kształtowania na zimno (poza tymi ze
znakiem H)

M – stale elektrotechniczne

4

Tab.5. Oznaczenia stali konstrukcyjnych.

Symbole główne

Symbole dodatkowe

Litery

Własności
mechaniczne

Dla stali grupy 1

Dla stali grupy
2

Dla
wyrobów

G-
staliwo
S - stal

Minimalna
granica plas-
tyczności Re
[MPa] dla
najmniejszego
zakresu
wymiarów
produkowanych
elementów
elementów

Udarność/praca łamania [J]

Temp.
próby
[

o

C]

C – do
formowania na
zimno
D - do
walcowania na
goraco
E – do
emaliowania
F- do kucia
L – do
stosowania w
niskich
temperaturach
T – na rury
W odpornych
na korozje
atmosferyczną

Wg.
załączników
do normy

27[J]

40
[J]

60
J]

JR

KR LR 20

J0

K0

L0

0

J2

K2

L2

-20

J3

K3

L3

-30

J4

K4

L4

-40

J5

K5

L5

-50

J6

K6

L6

-60

M-walcowanych termomechanicznie
N- normalizowanych lub walcowanych
normalizujaco
Q – ulepszanych cieplnie
G inne cechy

Do grupy 1 należą stale oznaczane według zastosowania i własności
mechanicznych. Przykłady oznaczeń stali :
S185 – stal konstrukcyjna o Re=185 [MN/m

2

] (N/mm2

2

);

S 355JR- stal konstrukcyjna o Re=355 [MN/m

2

] (N/mm2

2

), o udarności w temp.

+20

o

C w wysokości min. 27 [J].

S 355N- stal konstrukcyjna o Re=355 [MN/m

2

] (N/mm2

2

), normalizowana.

Tab.6. Oznaczenia stali do pracy pod ciśnieniem.

Symbole główne

Symbole dodatkowe

Litery

Własności
mechaniczne

Dla stali grupy 1

Dla stali grupy
2

Dla
wyrobów

G- staliwo
P – stal do
pracy pod
ciśnieniem

Minimalna
granica plas-
tyczności Re
[MPa] dla
najmniejszego
zakresu
wymiarów
produkowanych
elementów
elementów

M-walcowanych termomechanicznie
N- normalizowanych lub walcowanych
normalizujaco;
T – na rury;
B- na butle gazowe;
S- na proste zbiorniki ciśnieniowe;
Q – ulepszanych cieplnie
G inne cechy;

H – wysoka
temperatura;
L - niska
temperatura;
R – tempera-
tura pokojowa
X – wysoka i
niska
temperatura

Wg.
załączników
do normy

Przykładowe oznaczenia:
P265B; P355M; P355 Q.

5

Tab.7. Oznaczenia stali dla rur do pracy pod ciśnieniem.

Symbole główne

Symbole dodatkowe

Litery

Własności
mechaniczne

Dla stali grupy 1

Dla stali grupy
2

Dla
wyrobów

L – stal na
rury
przewodowe

Minimalna
granica plas-
tyczności Re
[MPa] dla
najmniejszego
zakresu
wymiarów
produkowanych
elementów
elementów

M-walcowanych termomechanicznie
N- normalizowanych lub
walcowanych normalizująco;
G inne cechy (uzupełnione 2 cyframi)
M, N, Q – stale drobnoziarniste

Klasa
wymagań

Wg.
załączników
do normy

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



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



5% (podgrupa 2.3):

X Ccc ssssssss nn-nn-nn-nn-nn

6

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.


WŁASNOŚCI MECHANICZNE CZĘŚCI ZŁĄCZNYCH
WYKONYWANYCH ZE STALI WĘGLOWYCH 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 R

m

[N/mm

2

; MN/m

2

];



Druga stanowi 10x krotność stosunku dolnej granicy plastyczności Re

L

(lub

umownej granicy plastyczności) do nominalnej wytrzymałości na
rozciąganie R

m

.

Iloczyn obu tych liczb stanowi 1/10 granicy plastyczności w [N/m

2

; MN/m].

7

Tab.1 Dane dla stosowanych gatunków stali na śruby złączne.

Minimalne

wydłużenie

po zerwaniu

Amin [%]

Nominalna wytrzymałość na rozciąganie Rm [N/mm

2

]

200

300

400

500

600

700

800

900

1000 1100 1200 1300 1400

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/mm

2

].

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/mm

2;



6 – oznacza, (10xRe)/Rm. Czyli Re/Rm = 0.6 ;

czyli Re =0.6xRm= 0.6x300 = 240 N/mm

2

(minimum).

Tab.2 Wpływ temperatury na własności śrub.

Klasa
własności

Temperatura
[

o

C]

+20

+100

+200

+250

+300

5.6

300

270

230

215

195

8.8

640

590

540

510

480

8

Tab.3. Skład chemiczny stali stosowanych na śruby.

Klasa
własności

Materiał i obróbka

Skład chemiczny [%]

Temperatura
odpuszczania

Cmin

Cmax

Pmax

Smax

Bmax

[

o

C]

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

8.8

*

Stal węglowa z
dodatkami stopowy-mi
(B, Mn, Cr) hartowana
i odpuszczana

0,15

0,4

0,35

0,035

0,003

425

8.8

Stal węglowa
hartowana i
odpuszczana

0,25

0,55

0,35

0,035

0,003

425

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)

9

Tab.4. Własności mechaniczne i fizyczne śrub i srub dwustronnych (wyciąg z
normy )

Własności
Mechaniczne i fizyczne

Klasy własności

3.6

4.6

4.8

5.6

5.8

6.8

8.8
d<16

8.8
d>16

9.8
d<16

Nominalna wytrzymałość

na rozciąganie

Rm

nom

[N/mm

2

]

300

400

400

500

500

600

800

800

900

Rm

min

[N/mm

2

] 330

400

420

500

520

600

800

830

900

Twardość wg. Rockwella

min. HRB

52

67

71

79

82

89

HRC

22

23

28

max HRB

95

99,5

HRC

32

34

37

Dolna granica

plastyczności

Re

L

[N/mm

2

] nominalna

180

240

320

300

400

minimalna 190

240

340

300

420

480

Umowna granica

plastyczności

Rp

0,2

[N/mm

2

] nominalna

640

640

720

minimalna

640

640

720

Wydłużenie po zerwaniu

A

min

[%]

25

22

-

20

-

-

12

12

10

Przewężenie po zerwaniu

Z

min

[%]

52

52

48

Udarność KU

min

[J]

25

30

30

25

Tab. 5. Minimalna siła zrywająca [N] (As

nom

xRm

min

) – gwinty metryczne

zwykłe.

Gwint As

nom

[mm

2]

Klasy własności

3.6

4.6

4.8

5.6

5.8

6.8

8.8

9.8

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

10

WŁASNOŚCI MECHANICZNE NAKRĘTEK O WYSOKOŚCI
NOMINALNEJ



0.8d (czynna długość gwintu



0.6 D).

Zalecane klasy mechaniczne nakrętek do współpracy ze śrubami złącznymi wg.
PN-EN 20898-2 zawiera poniższa tabela.

Klasa własności
mechanicznych nakrętek

Śruby współpracujące
Klasa własności
wytrzymałościowych

Zakres średnic

4

3,6; 4.6; 4.8;

>M16

5

3.6; 4.6; 4.8;



M16

5.6; 5.8;



M39

6

6.8



M39

8

8.8



M39

9

9.8



M16

10

10.9



M39

12

12.9



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.

11

Rys.4. Znakowanie nakrętek – kod zegarowy.