Przykładowe kryteria klasyfikacji stali
WYKA
AD 2 i 3
Kryterium podziału Przykładowe rodzaje i grupy stali
Skład chemiczny niestopowe (węglowe), stopowe
Podstawowe konstrukcyjne, maszynowe, narzędziowe,
zastosowanie o szczególnych własnościach
STALE
Jakość ( m in. stężenie jakościowe, specjalne
S i P)
Sposób wytwarzania martenowska, konwertorowa, elektryczna
Sposób odtleniania uspokojona, półuspokojona, nieuspokojona
Rodzaj produktów taśmy, blachy, pręty, druty, rury, odkuwki,
itp.
Postać Lana (staliwo), kuta, walcowana na gorąco,
walcowana na zimno, ciągniona itd.
Stan kwalifikacyjny surowy, zmiękczony, normalizowany,
ulepszony cieplnie i inne
1
3
KLASYFIKACJA STALI wg PN-EN 10020:2003
KLASYFIKACJA STALI
Według składu chemicznego
Stale niestopowe Stale nierdzewne Inne stale stopowe
(węglowe) (nieodpowiadające definicji
Stal jest to materiał zawierający (masowo):
stali nierdzewnych)
Stale, w których zawartość zawierają
więcej żelaza niż jakiegokolwiek innego pierwiastka;
pierwiastków jest mniejsza od 10,5% Cr Stale, w których zawartość
o zawartości węgla w zasadzie mniej niż 2%; zawartości granicznych 1,2 % C przynajmniej jednego
pierwiastka jest równa lub
zawierający również inne pierwiastki.
większa od zawartości
granicznej
Pewna ograniczona liczba stali chromowych może zawierać
więcej niż 2% C; lecz wspomniane 2% jest ogólnie przyjętą
graniczną wielkością, dla odróżnienia stali od żeliwa.
Granica rozdziału umowna (wg normy np. jak wyżej)
1,65 (1,8) 0,6 0,4 0,3 0,1 0,08 0,06 0,05 0,0008 [%wag]
Mn Si Cu Cr V Mo Nb Ti B
Ni
W
Al
2
4
KLASYFIKACJA STALI wg PN-EN 10020:2003
Według jakości, własności i zastosowania
Oznaczanie stali
Klasy jakości stali Klasy jakości stali Stale nierdzewne
Znakowy (wg PN-EN 10027-1:1994)
niestopowych stopowych
- stale niestopowe jakościowe - stale stopowe jakościowe - zawierające < 2,5% Ni
- stale niestopowe specjalne - stale stopowe specjalne - zawierające 2,5% Ni
znaki z symbolami wskazującymi na
znaki z symbolami wskazującymi na
- odporne na korozję
zastosowanie oraz własności
- żaroodporne skład chemiczny stali
- odporne na pełzanie mechaniczne lub fizyczne
(żarowytrzymałe)
Definicje klas jakości dla stali niestopowych i stopowych podane w normach są
Znak stali składa się z:
bardzo podobne. Poniżej podane są w sposób uogólniony
- symbolu głównego oraz
- symboli dodatkowych charakteryzujących inne cechy wyróżniające
stal lub wykonany z niej produkt hutniczy
5
7
Oznaczanie stali
Oznaczanie stali według zastosowania i własności
Obowiązują dwa systemy oznaczania stali:
Znakowy Cyfrowy
Stale lub Składniki symbolu głównego znaku stali
(wg PN-EN 10027-1:1994) (wg PN-EN 10027-2:1994)
produkty ze stali
S i liczba odpowiadająca min. granicy plastyczności w MPa
Stale
Przykłady: S185, S235, S275
konstrukcyjne
Cyfrowy (wg PN-EN 10027-2:1994)
E i liczba odpowiadająca min. granicy plastyczności w MPa
Stale maszynowe
Zgodnie z tą normą każdy gatunek stali jest oznaczony numerem, który można
Przyklady: E295, E355
podać zamiast znaku stali. Numer zawiera 5 cyfr:
P i liczba odpowiadająca min. granicy plastyczności w MPa
Stale na
1. a a b b
Przykłady: P355, P460
urządzenia
gdzie: 1. oznacza stal (ogólnie stop żelaza)
ciśnieniowe
a a dwie cyfry oznaczające grupę stali
b b dwie cyfry wyróżniające konkretny gatunek w grupie
L i liczba odpowiadająca min. granicy plastyczności w MPa
Stale na rury
(np.: 1.4301 jest oznaczeniem gatunku austenitycznej stali X10CrNi 18 -8).
Przykłady: L290, L360
przewodowe
B i liczba odpowiadająca min. granicy plastyczności w MPa
Grupy stali zostały ustalone wg składu chemicznego, własności Stale do zbrojenia
fizycznych, technologicznych oraz mechanicznych, a także wg Przykład: B500
betonu
zastosowania.
Y i liczba odpowiadająca min. wytrzym. na rozciąganie w MPa
Np.: Stale do betonu
Przykład: Y1770
1. stale niestopowe jakościowe posiadają numery grup sprężonego
w przedziale 01 - 07 oraz 91 - 97;
R i liczba odpowiadająca min. wytrzym. na rozciąganie w MPa
Stale na szyny
2. stale niestopowe specjalne: 10 - 18;
Przykład: R900
lub w postaci
3. stale nierdzewne oraz żaroodporne: 40 - 49;
4. stale stopowe: konstrukcyjne, maszynowe oraz na ciśnieniowe szyn
6
zbiorniki: 50 - 89. 8
cd
cd
Stale lub produkty Składniki symbolu głównego znaku stali
ze stali
M i liczba odpowiadająca 100 krotnej maksymalnej stratności w W/kg
Stale
Grupa stali Składniki symbolu głównego znaku stali
liczba odpowiadająca 100 krotnej grubości w mm oraz
elektrotechniczne
litera (A, D, E, N, S lub P) oznaczająca rodzaj blachy lub taśmy
X, Liczba oznaczająca średnie stężenie węgla w stali
Stale stopowe (bez
Przykład: M430-50D w setnych częściach % ,
szybkotnących)
Symbole chemiczne pierwiastków stopowych
o stężeniu
Produkty płaskie
DC dla produktów walcowanych na zimno
Liczby (rozdzielone kreskami) podające średnie stężenie
przynajmniej
ze stali miękkich
głównych pierwiastków stopowych ( w %)
jednego składnika
DD dla produktów walcowanych na gorąco
przeznaczonych
stopowego >5%
do kształtowania
DX dla produktów bez wymaganego sposobu walcowania Przykłady: X20CrMoV11-1, X6CrNiMoTi17-12-2
na zimno (za
HS i liczby (rozdzielone kreskami) podające średnie
i dwa symbole cyfrowe lub literowe charakteryzujące stal
Stale szybkotnące
wyjątkiem stali
stężenie (w %) pierwiastków w kolejności:
Przykład: DC03
z grupy H )
Liczby (rozdzielone kreskami) podające średnie stężenie
głównych pierwiastków stopowych ( w %):
Produkty płaskie
H i liczba odpow. min. granicy plastyczności w MPa
W, Mo, V, Co w takiej kolejności
walcowane na
lub
zimno ze stali o
Przykłady: HS 6-5-2-5, HS 6-5-4
podwyższonej
HT i liczba odpowiadająca min. wytrzym. na rozciąganie w MPa
wytrzymałości
przeznaczonych Przykład: H420
do kształtowania
na zimno
9
11
Stale niestopowe
Oznaczanie stali wg ich składu chemicznego
Grupa stali Składniki symbolu głównego znaku stali
stale niestopowe jakościowe
- stale konstrukcyjne i maszynowe
Stale niestopowe
C i Liczba oznaczająca średnie stężenie węgla w setnych
- stale spawalne drobnoziarniste
(bez stali
częściach %
- stale na urządzenia ciśnieniowe
automatowych)
- stale automatowe
o średnim
Przykłady: C45, C50
- stale do ulepszania cieplnego
stężeniu
- stale niskowęglowe do obróbki
Mn < 1.0%
plastycznej na zimno
Liczba oznaczająca średnie stężenie węgla w stali
Stale niestopowe
- stale do zbrojenia betonu
w setnych częściach % ,
o średnim
Symbole chemiczne pierwiastków stopowych
stężeniu
Liczby (rozdzielone kreskami) podające średnie stężenie
Mn > 1,0%
ównych pierwiastków stopowych ( w %) pomnożone
Stale automatowe
przez odpowiednie współczynniki:
Stale stopowe stale niestopowe specjalne
- 4 dla: Cr, Co, Mn, Ni, Si, W
(bez
- stale maszynowe do nawęglania
- 10 dla: Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr
szybkotnących)
- stale maszynowe do ulepszania cieplnego
- 100 dla: Ce, N, P, S
o stężeniu
- stale niestopowe narzędziowe
- 1000 dla: B
przynajmniej
- stale do betonu wstępnie zbrojonego
jednego składnika
Przykłady: 34CrMo6, 20NiCrMo2-2
stopowego <5%
10
12
Stale stopowe
Stale niestopowe
Stale stopowe specjalne
Stale stopowe jakościowe W stalach niestopowych podstawowym składnikiem obok żelaza jest węgiel (C),
(wszystkie gatunki, które nie ujęto
który ma największy wpływ na strukturę a zatem i własności stali.
w klasie stali nierdzewnych i
stopowych jakościowych)
Stężenie graniczne węgla wynosi 2,11% ale w praktyce zawartość C w stalach jest
mniejsza i zazwyczaj nie przekracza 1,4% (są oczywiście stale w których
konstrukcyjne
zawartość C jest większa).
- spawalne drobnoziarniste o ograniczonej minimalnej
granicy plastyczności
Oprócz węgla w stalach niestopowych występują następujące domieszki:
- stale stopowe zawierające tylko miedz
jako dodatek
mangan, krzem, fosfor, siarka oraz wodór, azot i tlen
stopowy
Zawartość ich w stali zazwyczaj nie przekracza następujących granic:
Mangan do 0,8% ( w niektórych stalach do 1,65 % )
inne
Krzem do 0,5 %
- stale stopowe na produkty płaskie do obróbki plastycznej
na zimno Fosfor i siarka do 0,05 % (z wyjątkiem stali automatowych)
- stale stopowe na szyny, grodzice, kształtowniki na
obudowy górnicze
- stale elektrotechniczne
13
15
Wpływ węgla na własności stali
Stale stopowe specjalne
Węgiel bardzo silnie wpływa na własności stali nawet przy nieznacznej zmianie jego
(wszystkie gatunki, które nie ujęto w klasie stali
zawartości (w przypadku stali niestopowych jego wpływ jest dominujący) i z tego względu
nierdzewnych i stopowych jakościowych)
jest bardzo ważnym składnikiem stali.
Zwiększenie zawartości węgla powoduje zmianę struktury stali:
ż� �
konstrukcyjne
- przy zawartości C w stali < 0,8% struktura składa się z ferrytu i perlitu
spawalne drobnoziarniste - przy zawartości węgla > 0,8% w strukturze obok perlitu wystąpi również cementyt
wtórny
odporne na korozję atmosferyczną
Zmiana struktury stali spowodowana różną zawartością węgla wiąże się ściśle ze zmianą
(trudnordzewiejące)
własności mechanicznych stali.
ż� �
maszynowe
Zwiększenie zawartości węgla
do nawęglania
podwyższa: obniża
do ulepszania cieplnego
- wydłużenie A
do azotowania ż� �
wytrzymałość Rm
- przewężenie Z
ż� �
granicę
ż� �
na urządzenia ciśnieniowe
- udarność
plastyczności Re
ż� �
sprężynowe
Maksymalną w ytrzymałość
ż� �
twardość
ż� �
szybkotnące
osiąga stal przy zawartości ok.
ż� � 0,85 % C. Przy większej
narzędziowe stopowe
zawartości węgla w ytrzymałość
do pracy na zimno
zmniejsza się wskutek
do pracy na gorąco
pojawiania się coraz większej
ż� �
na łożyska toczne
ilości kruchego cementytu
ż� �
szczególnych własnościach fizycznych
wtórnego, który w ydziela się na
14
16
granicach ziarn.
Fosfor i siarka należą do domieszek szkodliwych.
Wzrost zawartości węgla wpływa również na
Fosfor (występuje w postaci roztworu stałego w ferrycie):
- podwyższa wytrzymałość stali
- obniża własności plastyczne - powoduje tzw. kruchość stali na zimno (podwyższa
- własności technologiczne:
temperaturę w której stal staje się krucha)
pogarsza zgrzewalność, skrawalność, podatność na obróbkę
Siarka w stalach występuje w postaci siarczków - głównie żelaza i manganu (nie
plastyczną i spawalność
rozpuszcza się w żelazie). Powoduje tzw. kruchość stali na gorąco.
Wpływ wodoru jest zdecydowanie ujemny (rozpuszcza się w stali stosunkowo łatwo
- fizyczne:
w całym zakresie temperatury)
- zwiększa współczynnik rozszerzalności liniowej
- zmniejsza w znacznym stopniu własności plastyczne i technologiczne
- zmniejsza przewodność cieplną
- powoduje występowanie wielu wad materiałowych (wewnętrznych pęknięć,
odwęglania, skłonność do tworzenia pęcherzy przy trawieniu)
Azot powoduje
- zwiększenie wytrzymałości (zjawisko korzystne) oraz
- zmniejszenie plastyczności (co może objawiać się kruchością)
- zwiększenie skłonności do
W niektórych stalach stopowych azot stosowany jest jako korzystny dodatek stopowy
stabilizujący austenit, zastępując drogi nikiel.
Tlen występuje w stali głównie w postaci związanej, najczęściej tlenków ( FeO, SiO2,
Al2O3 i innych). Powoduje pogorszenie prawie wszystkich własności mechanicznych i
dlatego dąży się przez odpowiednie prowadzenie procesu technologicznego do
19
17
obniżenia jego wartości.
Stale niestopowe konstrukcyjne i maszynowe
Wpływ pozostałych domieszek na własności
Stale te należą do klasy stali jakościowych.
Stale konstrukcyjne stosowane są zazwyczaj na mało odpowiedzialne
konstrukcje w budownictwie przemysłowym i ogólnym, których elementy
Mangan występuje w stalach niestopowych jako pozostałość z procesu
łączone są przez:
wytapiania stali (procesu metalurgicznego) a głównie procesu odtleniania
- spawanie
i odsiarczania - nitowanie
- skręcanie śrubami
- występuje w postaci roztworu stałego w ferrycie lub cementycie
Stale maszynowe stosowane są na mniej odpowiedzialne części maszyn.
- podwyższa wytrzymałość stali
- wpływa korzystnie na zgrzewalność
Stale tej grupy dostarczane są w postaci produktów długich i płaskich, walcowanych
- wiąże siarkę na siarczek manganu MnS (przez co zapobiega powstawaniu
na gorąco:
- blachy grube, uniwersalne i cienkie
szkodliwego siarczku żelaza FeS)
- pręty
- kształtowniki (kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki itp.)
- taśmy
Krzem również dodawany jest do stali podczas jej wytapiania w celu
Stale te nie są poddawane obróbce cieplnej i są dostarczane po obróbce
odtleniania. Wpływ krzemu, który rozpuszcza się w ferrycie, jest podobny do
plastycznej na gorąco. Część tych stali może być dostarczana po
wpływu manganu
- normalizowaniu
- walcowaniu normalizującym
Podstawą klasyfikacji jest granica plastyczności Re
20
18
Maksymalne stężenie Minimalne własności mechaniczne
Wg PN
Znak stali
pierwiastków %
Stale do ulepszania cieplnego
Rm Re A KV/ temp
C Mn P i S N
Mpa Mpa % J / C Są przeznaczone do wytwarzania elementów maszyn o wyższych wymaganiach
wytrzymałościowych, które można uzyskać przez odpowiednią obróbkę cieplną 
S185 - - - - 290 185 18 J/- St0S
ulepszanie cieplne (można je też stosować w stanie znormalizowanym a także
S235JR 0,2 - 0,045 0,009 27/20 St3SX
hartować powierzchniowo)
S235JRG1 0,2 1,4 0,045 0,007 27/20
S235JRG2 0,20 1,4 0,045 0,009 340 235 26 27/20 St3S
S235J0 0,17 1,4 0,040 0,009 27/0 St3W
Podstawą klasyfikacji jest skład chemiczny a w szczególności zawartość węgla.
S235J2G3 0,17 1,4 0,035 - 27/-20
S235J2G4 0,17 1,4 0,035 - 27/-20
Stale C ## należą do klasy stali jakościowych (np. C30, C40)
S275JR 0,21 0,045 0,009 27/20 St4VY
Stale C ## E i C ## R należą do klasy stali specjalnych (np. C30E, C30R)
S275J0 0,18 0,040 0,009 27/0 St4W
S275J2G3 0,18 1,5 0,035 - 410 275 22 27/-20
Bez liter E, R, w oznaczeniu zawartość siarki i fosforu 0,045%
S275J2G4 0,18 0,035 - 27/-20
Z literą E wymagane maks. stężenie siarki i fosforu 0,035%
S355JR 0,24 0,045 0,009 27/20 18G2A
Z literą R wymagany zakres stężenia siarki S = 0,02  0,04%
S355J0 0,2 0,040 0,009 27/0 18G2A
S355J2G3 0,2 0,035 - 27/-20 18G2ACu
S355J2G4 0,2 1,6 0,035 - 490 355 22 27/-20
Wykonuje się z tych stali głównie małe i średnie o niewielkich przekrojach (ze względu na
S355K2G3 0,2 0,035 - 40/-20
niską hartowność) części:
S355K2G4 0,2 0,035 - 40/-20
- maszyn
E295 - - 470 295 20 - St5
- pojazdów
E335 - - 0,045 0,009 570 335 16 - St6
E360 - - 670 360 11 - St7 - konstrukcji
gdy wymagane własności wytrzymałościowe i oporność na pękanie i ciągliwość są zbyt duże,
Zawartość Si 0,55% ; Ograniczenie stężenia N nie obowiązuje jeżeli Al >0,02 %
aby można było stosować stale o strukturze perlityczno-ferrytycznej.
21
23
Stale niestopowe spawalne drobnoziarniste
Stale konstrukcyjne i maszynowe do ulepszania
Stale te należą do klasy stali jakościowych.
Spełniają wyższe wymagania niż stale konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia. cieplnego
Dostarczane są w postaci produktów długich i płaskich walcowanych na gorąco:
Skład chemiczny i własności mechaniczne
- wyżarzanych normalizująco (N) litera L na końcu  wymagana
Minimalne własności mechaniczne
Wg.
Stężenie pierwiastków
- po walcowaniu regulowanym (M) praca łamania w - 50 C. W stanie normalizowanym W stanie ulepszonym cieplnie
Znak stali
PN
Rm Re A Rm Re A KV
C Mn S i P
Stosowane są na elementy konstrukcji spawanych bardzo obciążonych: MPa MPa % MPa MPa % J
C22 C22E Stale
- mosty
0,21 410 210 25 470 290 22 50
C22R C..
- zbiorniki
25 26A
C25 C25E S 0,045
0,55
0,25 440 230 23 500 320 21 50
26rs
C25R P 0,045
- śluzy
30 30A
C30 C30E
0,30 480 250 21 550 350 20 40
Maksymalne stężenie pierwiastków % Minimalne własności mechaniczne 30rs
C30R Stale
Znak stali
35 35A
Rm Re A KV, J KV, J C35 C35E C..E
C Mn Si Ni Cu V 0,35 520 270 19 600 380 19 35
35rs
MPa MPa % w - 20 C w - 50 C
C35R S 0,035
0,65
40 40A
S275N 0,18 1,4 0,4 0,3 0,35- 0,05 370 40 - C40 C40E P 0,035
0,40 550 290 17 630 400 18 30
40rs
C40R
S275NL 0,16 47 27
275 24 45 46A
C45 C45E Stale
S275M 0,13 1,5 0,5 0,3 - 0,08 360 40 -
0,46 580 305 16 650 430 16 25
46rs
C45R C..R
S275ML 0,13 47 27
S: 0,02 50 50A
C50 C50E
S355N 0,20 1,65 0,5 0,5 0,35 0,12 470 40 - 0,51 610 320 14 700 460 15 -
 0,04
55 55A
S355NL 0,18 47 27 C55 C50E
P 0,035
0,56 640 330 12 750 490 15 -
355 22 0,75
S355M 0,14 1,5 0,5 0,3 - 0,10 450 40 -
60 60A
C60 C60E
0,61 670 340 11 800 520 13 -
S355ML 0,14 47 27
28Mn6
1,48 S 0,035
Bez litery L: P 0,035; S 0,03; Al 0,02; Nb 0,05; N 0,015
0,28 600 310 18 800 490 15 40
P 0,035
Z literą L na końcu: P 0,03; S 0,025; Al 0,02
Inne pierwiastki: Si 0,4 : Cri 0,4 : Ni 0,4 : Mo 0,1
N  po wyżarzaniu normalizującym
M  po walcowaniu regulowanym
24
22
Stale do nawęglania
Stale automatowe
Stale te należą do klasy stali specjalnych.
Stale niestopowe automatowe
Są to stale niskowęglowe, które po obróbce cieplno-chemicznej (nawęglanie,
Średnie stężenie pierwiastków %
węgloazotowanie) poddaje się hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu w celu
Znak stali Rm
MPa
uzyskania warstwy wierzchniej o wysokiej twardości i miękkiego rdzenia.
C Mn Si P S Pb
Stale te oznacza się podobnie jak poprzednią grupę stali do ulepszania cieplnego.
Stale nieprzeznaczone do obróbki cieplnej-
Przykłady takich stali:
11SMn30 0,11 1,1 0,05 0,11 0,3 -
380  570
Minimalne własności mechaniczne 11SMnPb30 0,28
Wg.
Stężenie pierwiastków
W stanie W stanie po hartowaniu
Znak
11SMn37 0,11 1,3 0,05 0,11 0,37 -
PN
normalizowanym (bez nawęglania)
stali
11SMnPb37 0,28
KV
Rm Re A Rm Re A
C Mn S i P
J
MPa MPa % MPa MPa %
Stale do nawęglania
Stale
C10E
09A
0,10 0,45 335 205 31 450 270 14 - 10S20 - 360  530
C..E
0,1 0,9 0,4 0,06 0,2
C10R
S 0,035 10SPb20 0,28
P 0,035 15SMn13 0,15 1,1 0,4 0,06 0,13 - 430 - 600
C15E
14A
0,15 0,45 375 225 27 500 300 13 -
C15R Stale do ulepszania cieplnego
Stale
14rs
C..R
35S20 0,35 0,9 0,4 0,06 0,2 - 630  780
C16E S: 0,02
14GA
410 245 25 550 340 11 - 36SMnPb14 0,36 1,5 0,4 0,06 0,28 0,25 700 - 860
0,15 0,75
 0,04
C16R
38SMnPb28 0,38 1,4 0,4 0,06 0,28 0,25 700 - 800
14Grs
P 0,035
46SPb20 0,46 0,9 0,4 0,06 0,2 0,25 700 - 800
Inne pierwiastki: Si 0,4 : Cr 0,4 : Ni 0,4 : Mo 0,1
25
27
Stale stopowe
Stale automatowe
Stalami stopowymi nazywamy stale, które poza żelazem, węglem i zwykłymi
Stale automatowe przeznaczone są do obróbki skrawaniem na domieszkami (Mn, Si, P, S) zawierają inne, specjalnie wprowadzone składniki lub
podwyższone zawartości Mn i Si.
automatach z dużymi szybkościami skrawania. Powinny zapewnić:
- krótki łamliwy wiór
Te celowo wprowadzone składniki w ilości przekraczającej minimalne stężenie
- nieprzyleganie wióra do narzędzia
(według tabeli) noszą nazwę dodatków stopowych. Do najczęściej stosowanych
- zmniejszenie tarcia i ilości wydzielanego ciepła
pierwiastków stopowych należą:
- łatwe wykończenie powierzchni (gładkość)
Mn, Si, Cr, Ni, W, Mo, V
Bardzo często dodawane są: Al, Co, Cu, Ti, Nb
Coraz częściej jako pierwiastki stopowe:
Zawierają zwiększone stężenie takich pierwiastków jak: S, Pb, P
są stosowane N, B, a nawet P i S
Wykonuje się z nich:
Dzięki wprowadzeniu do stali dodatków stopowych można uzyskać :
- elementy niezbyt mocno obciążone i produkowane masowo
wysokie własności mechaniczne i technologiczne
- elementy o złożonym kształcie uzyskiwanym obróbką skrawaniem
zwiększoną hartowność
wysoką twardość i odporność na ścieranie
określone własności fizyczne i chemiczne takie jak:
- odporność na korozję,
- żaroodporność,
26
- żarowytrzymałość, itp.
28
Pierwiastki stopowe zwykle występują w stali w postaci : Takie pierwiastki jak Cr, V, Al, Si, Ti, Mo, W zwane ferrytotwórczymi
rozpuszczonej (w ferrycie lub austenicie) : Mn, Si, Ni, Co, Cr, Mo, Cu
ograniczają występowanie obszaru roztworu stałego ł . Przy odpowiednio
w związkach z azotem i węglem ; Nb, Zr, Ti, V, W, Mo, Cr, Mn tworząc azotki i
dużym stężeniu tych pierwiastków może występować w całym zakresie
węgliki:
temperatury jednofazowa struktura ą.
VC, TiC, NbC, ZrC, WC, Mo2C, W2C i inne  te węgliki (fazy
międzywęzłowe o strukturach prostych) mają prostą sieć krystaliczną i bardzo
trudno rozpuszczają się w austenicie, tak że nawet przy nagrzaniu do wysokich
temperatur mogą nie przejść do roztworu stałego
Fe3C, Mn3C, Cr23C6, Cr7C3, Fe3W3C, Fe3Mo3C i inne  te węgliki (fazy
międzywęzłowe o strukturach złożonych) mają dość złożoną strukturę i
stosunkowo łatwo rozpuszczają się w austenicie podczas nagrzewania.
Im bardziej stabilne są węgliki danego metalu, tym w wyższych tempe raturach
rozpuszczają się w austenicie przy nagrzewaniu oraz trudniej wydzielają się
z martenzytu przy odpuszczaniu stali co ma bardzo istotne znaczenie dla
obróbki cieplnej stali
Znacznie rzadziej występują we
- wtrąceniach niemetalicznych, : SiO2, Al2O3 , TiO2 FeO, MnO, CaO, MgO i inne
- w związkach międzymetalicznych: Fe2Ti, Fe2Nb, FeCr (faza sigma), Ni3Ti, Ni3Al
Pozostałe pierwiastki do których poza węglem należą np. Cu i N
- czy też w stanie wolnym, np. Pb.
sprzyjają występowaniu przemiany eutektoidalnej  występuje roztwór ł
29
w wyższych temperaturach i roztwór ą w temperaturze niskiej.
31
Pierwiastki stopowe rozpuszczone w ferrycie zmieniają jego własności
Wprowadzenie do stopów Fe-C pierwiastków stopowych powoduje zmiany
- podwyższają wytrzymałość na rozciąganie, granicę plastyczności
w wyglądzie układu równowagi Fe-Fe3C. Zmiany te są tym większe im
większa jest zawartość dodatków stopowych. Dotyczy to zarówno: i twardość stali
- temperatur przemian fazowych
- obniżają własności plastyczne.
- jak i zawartości węgla w punktach charakterystycznych np. 0,8% C,
Zmiany te są tym większe im bardziej te pierwiastki są oddalone od
2,11% C itp.
żelaza w okresowym układzie pierwiastków i im większa jest różnica w
średnicach atomowych.
Pierwiastki takie jak :Co, Mn, Ni
Węgliki stopowe powodują wzrost wytrzymałości i twardości stali, przy
zwane austenitotwórczymi
czym decydującym czynnikiem jest zależny od uprzedniej obróbki
w stopach żelaza powodują
cieplnej i składu chemicznego stali, stopień ich dyspersji. Ten wpływ
rozszerzenie obszaru
węglików jest zwykle wielokrotnie silniejszy od utwardzenia ferrytu przez
występowania roztworu stałego ł.
rozpuszczone składniki stopowe.
Ogólnie rzecz biorąc wpływ węglików stopowych na właściwości stali jest
Przy odpowiednio dużym stężeniu
podobny do wpływu cementytu w stalach niestopowych, a mianowicie:
tych pierwiastków jednofazowa
- im większe cząstki węglików tym wpływ ich na wytrzymałość jest
struktura austenityczna może
mniejszy
występować w całym zakresie
- wydzielenia węglików w postaci płytkowej dają mniejszą plastyczność
poniżej temperatury solidusu.
niż wydzielenia sferoidalne przy tej samej twardości
30
- wydzielenia węglików na granicach ziarn powodują kruchość stali 32
Stale stopowe spawalne drobnoziarniste
Stale do ulepszania cieplnego
Są to stale spawalne stosowane do budowy:
Od stali tych wymagana jest:
- konstrukcji przemysłowych,
- wysoka wytrzymałość (Rm, Re ) oraz jednocześnie wysoka
- statków,
ciągliwość (A, Z, K)
- zbiorników ciśnieniowych,
- rurociągów,
- odpowiednia hartowność (zwykle konieczne jest hartowanie i
- nadwozi pojazdów,
odpuszczanie)
- mostów,
- często również dobra skrawalność
- zbrojenia betonów itp.
eksploatowane w temperaturze otoczenia
Wymaganie te realizuje się przez odpowiedni skład i obróbkę cieplną:
- średnia zawartość węgla 0.25  0,50% C (ze względu na
Charakteryzuje je dobra spawalność co powoduje, że ich skład chemiczny
podlega ograniczeniom i jest dobierany z uwzględnieniem wartości równoważnika ciągliwość)
węgla obliczanego wg wzoru:
- dodatki stopowe zapewniające głównie hartowność ale też
ciągliwośći wytrzymałość:
Ce = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 %
o Cr, Ni, Mo, V, Ti,
- regulowaną zawartośc S (0,02  0,04%) dla odpowiedniej
gdy Ce < 0,45% to stal jest spawalna bez żadnych ograniczeń. Stale o większym
równoważniku węgla wymagają podgrzewania przed spawaniem, regulowanego skrawalności
chłodzenia albo wyżarzania po spawaniu. Z tego powodu stale te mają ograniczoną
zawartość węgla do 0,20 %.
Obróbka cieplna: ulepszanie cieplne
33
35
Wysokie wartości Re (> 300 MPa) i Rm (> 500 MPa) przy tak niskiej zawartości węgla
otrzymuje się, przede wszystkim,
- poprzez rozdrobnienie ziarna,
Stale konstrukcyjne i maszynowe do ulepszania cieplnego
- utwardzenie roztworu stałego ferrytu (manganem)
- utwardzenie wydzieleniowe węglikami i węglikoazotkami wprowadzonych mikrododatków
(hamowanie rozrostu ziarna).
Minimalne własności mechaniczne
Stężenie pierwiastków %
(po ulepszaniu cieplnym)
Stale stopowe spawalne drobnoziarniste
Znak stali
Rm Re A KV
C Mn Cr Mo Ni V
MPa MPa % J
Skład chemiczny i własności mechaniczne
38Cr2 0,38 0,65 0,5 700 450 15 35
Stężenie pierwiastków % Minimalne własności mechaniczne
46Cr2 0,46 800 550 14 35
KV, J
Znak stali Rm Re A KV, J
34Cr4 0,34 -
800 590 14 40
C Si Ni V Cu N
w -
MPa MPa % w - 20 C
50 C 850 630 13 35
37Cr4 0,37
S420N 40 -
-
0,2 0,6 0,8 0,2 0,7 0,025 520 420 19
41Cr4 0,41 900 660 12 35
S420NL 47 27
-
0,75
25CrMo4 0,25 800 600 14 50
S420M 40 -
0,16 0,5 0,3 0,12 - 0,02 500 420 19
1,05
S420ML 47 27 34CrMo4 0,34 900 650 12 40
S460N 40 -
0,23
42CrMo4 0,42 1000 750 11 35
0,2 0,6 0,8 0,2 0,7 0,025 550 460 17
S460NL 47 27
50CrMo4 0,50 0,65 1000 780 10 30
S460M 40 -
0,16 0,5 0,3 0,12 - 0,02 530 460 17
36CrNiMo4 0,36 1,05 1000 800 11 40
S460ML 47 27
Mn 1,7
30CrNiMo8 0,30 0,45 2,0 0,4 2,0 1250 1050 9 30
Bez litery L: P 0,035; S 0,03; Al 0,02; Nb 0,05
51CrV4 0,51 0,9 1,15 - - 0,18 1000 800 10 30
z literą L na końcu: P 0,03; S 0,025
Si 0,4, P 0,035, S 0,035 lub S=0,02  0,04 dla gatunków z literą S na końcu
N  po wyżarzaniu normalizującym
M  po walcowaniu regulowanym
34
36
Stale trudnordzewiejące
Stale stopowe do nawęglania
Stale te powinny zapewnić:
(stale niskostopowe specjalne)
- twardą i odporną na ścieranie oraz zmęczenie powierzchnię
- ciągliwy rdzeń Są to stosunkowo niedrogie stale konstrukcyjne o podwyższonej odporności
- odpowiednią hartowność rdzenia
na korozję atmosferyczną w porównaniu ze stalami niestopowymi.
- często dobrą skrawalność
W związku z zawartością niewielkiej ilości określonych dodatków stopowych:
Wymagania te realizuje się:
Cr, Cu, Ni, P wytwarza się wskutek dłuższego oddziaływania atmosfery
- niska zawartość 0,1  0,2% C
zwarta warstewka ochronna produktów korozji, skutecznie hamująca przebieg
- twardość powierzchni  nawęglanie do 0,8  1,0 % C
- hartowność zapewnia odpowiedni skład (takie dodatki jak przy stalach do dalszego rdzewienia stali.
ulepszania cieplnego)
Zawierają ok:
- skrawalność zapewnia regulowana zawartość S
- 0,15 % C
Stosuje się np. na:koła i wałki zębate, sworznie tłokowe, przeguby kuliste,
- 1  1,5 % pasywującego Cr
Znak stali Stężenie pierwiastków % Minimalne własności mechaniczne
- do 0,6 % Cu
Rm Re A KV
C Mn Cr Mo Ni
- niewielki ilości Ni, P, Al
MPa MPa % J
17Cr3, 17CrS3 0,17 0,75 0,85 - - 690 4909 12 50
16MnCr5, 0,16 1,15 0,95 - - 830 590 12 -
Stale znajdują zastosowanie jako stale spawalne, pracujące w środowisku
20MnCr5 0,20 1,25 1,15 - - 1080 740 7 -
atmosfery przemysłowej i morskiej (kopalnie, koksownie, części wagonów,
20MoCr4 0,20 0,85 0,45 0,45 -
pokrycia dachów).
17CrNi6-6 0,17 0,7 1,55 - 1,55 980 830 12 60
18CrNiMo7-6 0,18 0,7 1,65 0,3- 1,55 1180 830 7 -
37
39
Si 0,4 P 0,035, S 0,035 lub S=0,02  0,04 (gatunki z S na końcu znaku)
Stale stopowe do azotowania
W stalach tych można uzyskać bardziej twardą i odporną na ścieranie powierzchnię
Stale trudnordzewiejące
(azotowanie jest droższe od nawęglania ale daje lepsze właściwości)
Stosuje się dodatki stopowe:
Stężenie pierwiastków % Minimalne własności m echaniczne
Znak stali
- Al: najlepsze efekty umocnienia (ale zwiększa skłonność do odwęglania)
Rm Re A KV, J KV,
C Mn Si P Cu Cr
- Mo: duży efekt umocnienia , zabezpiecza przed kruchością odpuszczania w - 20 C
MPa MPa
% J
max max
w -
- Cr: hartowność oraz zwiększa grubość warstwy
50 C
S235J0W 27 -
0,13 0,2  0,4 0,25  0,4  340 235 26
0,04
Zawartość C jak dla stali do ulepszania cieplnego
0,6 0,55 0,8
S235J2W - 27
Wykonuje się takie elementy maszyn:
S355J0W P 0,12 0,75 0,06  0,3 
wały korbowe, korbowody, sworznie tłokowe, koła zębate tuleje, cylindry, 1 27
0,25  490 355 22
0,15 1,25
0,55
krzywki i wały rozrządu, elementy pomp paliwowych silników
S355J2W P -
wysokoprężnych. A także przyrządy pomiarowe.
S355J0W 27 -
0,04
Stężenie pierwiastków % Minimalne własności
S355J2G1W -
27
mechaniczne rdzenia( w 0,035
Znak stali
stanie ulepszonym cieplnie)
S355J2G2W
0,16 0,5  0,5 0,25  0,4  490 355 22
Rm Re A KV
C Cr Mo V Ni Al
MPa MPa % J
1,5 0,55 0,8
S355K2G1W -
40
0,035
24CrMo13-6 0,24 3,3 0,6 - - - 1000 800 10 25
S355 K2G2W
31CrMo12 0,31 3 0,4 - - - 1030 835 10 25
33CrMoV12-9 0,33 3 0,85 0,2 - - 1150 950 11 30
Stal... J0: S 0,04, N 0,009, Ni 0,65: stal...J2 i ... K2 S 0,035, Ni 0,65
32CrAlMo7-10 0,32 1,7 0,3 - - 1 1030 835 10 25
34CrAlNi7-10 0,34 1,7 0,2 - 1 1 900 680 10 30
38
40
P 0,025 S 0,035, Mn = 0,55, Si 0,4
Stale narzędziowe
Przykłady zastosowania stali narzędziowych niestopowych
Stosowane na narzędzia do kształtowania materiałów.
Główne wymagania:
- jak największa żywotność (trwałość)
o twardość całej struktury
o odporność na ścieranie
- często odporność na odpuszczające działanie ciepła
- często udarność (kompromis z twardością)
Stale narzędziowe
Stale niestopowe Stale stopowe
narzędziowe narzędziowe
Do pracy Do pracy
Szybkotnące
na zimno na gorąco
43
41
Stale narzędziowe niestopowe
Stale stopowe narzędziowe
Stale narzędziowe niestopowe ( zgodnie z normą PN -EN ISO 4957:2002U) klasyfikowane
są na podstawie składu chemicznego (średniej zawartości węgla). Na końcu znaku dodaje się
literę U, która oznacza właśnie stale narzędziowe.
Stale przeznaczone do wytwarzania narzędzi do:
- Należą do klasy jakości niestopowych specjalnych.
- kształtowania
- Są dostarczane w postaci produktów hutniczych walcowanych na gorąco lub na zimno
w zakresie temp od T ot do ok. 600 C
w stanie wyżarzonym zmiękczająco.
- dzielenia różnych materiałów.
- Hartowność stali narzędziowych jest w porównaniu ze stalami konstrukcyjnymi znacznie
- oraz przyrządów pomiarowych używanych w temp otoczenia.
mniejsza.
- Są stosowane głównie na narzędzia o średnicy lub grubości mniejszej niż 20 mm,
Wymagania są najczęściej następujące:
wysoka twardość
twardość w podwyższonych temperaturach
odporność na ścieranie
wytrzymałość i ciągliwość.
Stosuje się dodatki:
C - nadaje twardość
Cr - drobnoziarnistość, hartowność
pierwiastki węglikotwórcze:
W, V, Mo - odporność na ścieranie
Mn, Ni, Si - występują sporadycznie
Stale narzędziowe produkuje się jako uspokojone, najwyższej jakości.
44
42
Stale do pracy na zimno Stale szybkotnące (PN-EN ISO 4957:2002U)
Podstawową cechą stali szybkotnących jest zdolność zachowania twardości i odporności
Stosuje się na narzędzia nie osiągające w pracy 200 C. Na przykład.:
na ścieranie przy temperaturach dochodzących do 600  650 C. Własność tę nadaje stalom
- narzędzia do przeróbki plastycznej, (matryce, stemple, przebijaki, ciągadła,
szybkotnącym twarda i nie mięknąca pod wpływem odpuszczania osnowa, w której
pierścienie do ciągnięcia rur itp.)
rozmieszczone są twarde węgliki. Powyższą strukturę uzyskuje się w drodze obróbki cieplnej
- narzędzia skrawające (frezy, gwintowniki, narzynki)
stali o odpowiednim składzie chemicznym (poprzez odpowiednią kombinację stężenia)
- narzędzia do młotów pneumatycznych,
- C (powyżej 0,6 % do około 1,3%) i takich pierwiastków stopowych jak:
- dłuta, nitowniki, przebijaki
- Cr (około 4%),
- W, (1,1  18 %)
Twardość
Skład chemiczny w % (wartości średnie)
po obróbce
- Mo, (2,7  9,5 % ) i
Znak stali
cieplnej
C Mn Si Cr Mo W V
- V, (1,0  3,3 %)
HRC
- a w wielu gatunkach dodatkowo - Co (4,8  10%).
105V 1,05 025 0,20 - - - 0,15 61
Oznacza się literą HS.
102Cr6 1,02 0,35 0,25 1,5 - - - 50
Stosowane na:
- wieloostrzowe narzędzia skrawające,
90MnMoCr8 0,7 2,2 0,30 1,1 1,2 - - 60
- na narzędzia wykrojnikowe,
95MnWCr5 0,95 1,2 0,25 0,5 - 0,6 0,13 60 - na narzędzia do obróbki plastycznej na na zimno i gorąco.
Przykłady:
X100CrMoV5 1,0 0,6 0,25 5,2 1,05 - 0,25 60
HS0-4-1 HS3-3-2 HS2-9-2 HS18-0-1 HS6-6-2 bezkobaltowe
X210Cr12 2,05 0,4 0,35 12,0 - - - 62
HS6-5-2-5 HS2-9-1-8 z kobaltem
60WCrV8 0,6 0,3 0,85 1,1 - 2 0,15 58
Twardość tych stali 60  65 HRC.
Zawartość P i S 0,03%
47
45
Stale nierdzewne
Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco
Korozją nazywamy proces niszczenia metalu na skutek oddziaływania środowiska
zewnętrznego. Zaczyna się ona zawsze na powierzchni i stopniowo przenika do
Stosuje się na narzędzia osiągające w pracy 250  700 C. Na przykład:
warstw głębszych, jednakże ten postęp w głąb metalu nie jest zawsze równomierny.
- narzędzia kuz
nicze,
Rozpoczęty proces korozji, o ile nie ulegnie zahamowaniu prowadzi do całkowitego
- matryce pras kuz
niczych,
zniszczenia elementów metalowych.
- noże do cięcia na gorąco,
Odporność na korozję stali zależy
Ze względu na charakter rozróżniamy:
- formy do odlewania pod ciśnieniem
głównie od:
ż� �korozję chemiczną,
- składu chemicznego,
ż� �korozję elektrochemiczną.
Twardość - struktury,
Skład chemiczny w % (wartości średnie)
po obróbce
- stanu powierzchni
Znak stali
cieplnej
C Mn Si Cr Mo W V
HRC
Korozja chemiczna zachodzi zwykle pod wpływem działania suchych gazów przy
32CrMoV12-28 0,32 0,3 0,25 3 2,8 - 0,5 46
wysokich temperaturach. Powstaje wówczas na powierzchni elementów metalowych
X37CrMoV5-1 0,37 0,4 1 5,2 1,3 - 0,45 48
cienka warstwa związków chemicznych, najczęściej tlenków rzadziej siarczków,
azotków lub węglików. Czynnik korodujący przenika na drodze dyfuzji poprzez
X40CrMoV5-1 0,4 0,4 1 5,2 1,4 - 1 50
warstwę produktów dyfuzji do metalu co powoduje jej stopniowe pogłębianie i korozja
postępuje w głąb metalu.
50CrMoV13-5 0,5 0,7 0,5 3,3 1,5 - 0,25 56
Korozja elektrochemiczna zachodzi w cieczach, zwykle w roztworach wodnych na
X30WCrV9-3 0,3 0,3 0,2 2,8 - 9 0,4 48
skutek przepływu prądu elektrycznego z jednej części metalu do drugiej za
X35CrWMoV5 0,35 0,35 1,5 5,1 1,4 1,4 0,25 48
pośrednictwem elektrolitu. Przykładem jej może być rozpuszczanie metali w kwasach.
Zawartość P i S 0,03%
46 48
Wg normy PN-EN 10008-1 stale odporne na korozję podzielone zostały na
cztery grupy, w zależności od budowy wewnętrznej (struktury) stali:
STALIWO
- stale ferrytyczne,
- stale martenzytyczne i umacniane wydzieleniowo,
Staliwo jest to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, zawierający do około
- stale austenityczne,
2 % węgla, otrzymywany w procesach stalowniczych w stanie ciekłym i odlewany
- stale ferrytyczno-austenityczne.
do form odlewniczych.
Główne składniki %
Staliwo to stal w postaci lanej (czyli odlana formy odlewnicze), nie poddana obróbce
Struktura
plastycznej.
C Cr Ni Mo inne
do 0,08 10,5 - 30 - do 4 Ti, Nb, N,
Ferrytyczna
Otrzymywanie elementów na drodze odlewania ze staliwa jest niewątpliwie
0,05  1,1 12 - 18 do 4 do 1 V, N
Martenzytyczna
ekonomiczne, ponadto staliwo ma:
Mn, Ti, Cu, N
do 0,15 17  25 8  30 do 7
Austenityczna - dobre własności mechaniczne
- dobrą, zwłaszcza przy niskich zawartościach węgla spawalność (co umożliwia
Ferrytyczno-
Cu, W
do 0,05 21 -28 3,5 - 8 do 4
austenityczna np. regenerację miejsc zużytych na drodze napawania).
Ze stali odpornych na korozję wykonuje się:
W porównaniu do żeliwa staliwo ma gorsze właściwości odlewnicze:
- aparaturę dla przemysłu:
- aparaturę chemiczną
- jest bardziej gęstopłynne,
o farmaceutycznego
- urządzenia do przetwarzania żywności
- ma znaczny skurcz odlewniczy (1,6  2,1%)
o rafineryjnego
(szczególnie te elementy, które stykają
- ma wyższą temperaturę topienia (dochodzącą do 1600 - 1700 C)
o petrochemicznego
się bezpośrednio z żywnością)
- naczynia kuchenne i nakrycia
- sprzęt medyczny
51
49
stołowe
- sprzęt sanitarny
Staliwo węglowe (niestopowe)
Składnikami strukturalnymi (podobnie jak w stali) są ferryt i perlit. Odlewy
staliwne poddaje się obróbce cieplnej, głównie:
- wyżarzaniu ujednorodniającemu lub
- normalizującemu, a także
- wyżarzaniu odprężającemu
(w celu usunięcia niejednorodności składu chemicznego oraz naprężeń
odlewniczych).
Odlewy staliwne można również:
- hartować, a także
- obrabiać cieplno-chemicznie (podobnie jak stal o podobnym składzie)
Norma PN-ISO 3755:1994 wyróżnia dwie grupy staliw, podlegających
odbiorowi:
- na podstawie tylko własności mechanicznych (bez litery W)
gatunki nie przeznaczone do spawania, bez ścisłego oznaczenia składu
chemicznego, który pozostawia się do uznania producenta
- na podstawie własności mechanicznych oraz składu chemicznego
(z literą W ) gatunki przeznaczone do spawania ze ściśle określonym
normą składem chemicznym
50 52
Staliwo stopowe
Staliwa stopowe (podobnie jak stale) zawierają specjalnie wprowadzone
dodatki stopowe (o stężeniu przekraczającym wartości graniczne jak dla
stali), które nadają im określone własności. Stosowane są te same
pierwiastki jak w przypadku stali. Zazwyczaj stosuje się więcej niż jeden
dodatek stopowy.
Sposób oznaczanie staliw stopowych jest analogiczny, jak w przypadku
stali i rozpoczyna się od litery:
- G (według PN-EN) np.: GP 240 GH
- L (według dotychczasowych norm PN ) np.: L 35G, LH18N9
a następujący po nich znak jest zgodny z systemem oznaczania
odpowiedniej grupy stali.
53
55
Zastosowanie staliwa
Staliwa węglowe używa się na takie elementy jak:
Klasyfikacja staliw stopowych
- korpusy silników elektrycznych,
- części taboru kolejowego (koła elektrowozów, wagonów),
- koła linowe, i łańcuchowe dz
wigów,
Ze względu na zastosowanie staliwa stopowe dzielimy na:
- płyty fundamentowe silników,
- koła i płaszcze turbin wodnych,
- staliwa stopowe konstrukcyjne:
- korpusy pras i młotów,
- ogólnego przeznaczenia
- elementy armatury przemysłowej (zawory itp.)
- do pracy pod ciśnieniem
- koła zębate dla różnych napędów.
- w pokojowej i podwyższonej temperaturze
- w niskiej temperaturze
- odpornych na ścieranie
- staliwa stopowe żaroodporne i żarowytrzymałe
- staliwa odporne na korozję
- staliwa narzędziowe
54
56