STALE NIESTOPOWE – są to stale, w których zawartość pierwiastków jest mniejsza od wartości granicznych przedstawionych w tabeli poniżej.
a) Stale niestopowe jakościowe – są to sale, które mają ściśle określone wymagania dotyczące własności takich jak: ciągliwość, regulowana wielkość ziarna czy podatność do obróbki plastycznej.
b) Stale niestopowe specjalne – należą do nich stale, które charakteryzują się dokładniejszym niż stale niestopowe jakościowe składem chemicznym i większym stopniem czystości (szczególnie biorąc pod uwagę wtrącenia niemetaliczne). Przeznaczone są one do hartowania i odpuszczania lub utwardzania powierzchniowego.
2) Składniki strukturalne stali niestopowych.
Typowymi strukturami stali stali niestopowych w stanie wyżarzonym są:
a) stal o bardzo małej zawartości węgla (żelazo „armco”) – struktura ferrytyczna
Ferryt, powiększenie 500x
b) stal podeutektoidalna – ferryt + perlit
Stal zawierająca poniżej 0,77% węgla. Na polerowanym przekroju oglądanym pod mikroskopem daje się zauważyć ziarna ferrytu oddzielone obszarami perlitu. Wraz ze wzrostem zawartości węgla, udział ferrytu maleje, a perlitu wzrasta. Wzrasta także twardość stali, a obniża się jej ciągliwość.
Struktura ferrytyczno – perlityczna, powiększenie 200x.
c) stal eutektoidalna – perlit
Stal zwierająca 0,77% węgla. Stal taka ma strukturę ziarnistego perlitu, składającego się z płytek ferrytu i cementytu
Perlit, powiększenie 500x.
d) stal nadeutektoidalna – perlit + cementyt wtórny
Stal zawierająca powyżej 0,77% węgla. Na polerowanym przekroju oglądanym pod mikroskopem daje się zauważyć ziarna perlitu oddzielone obszarami cementytu. Wraz ze wzrostem zawartości węgla, udział perlitu maleje, a cementytu wzrasta. Wzrasta także twardość stali, a obniża się jej ciągliwość. Struktura siatkowa stali nadeutektoidalnej narzędziowej.
Ciemne ziarna perlitu, jasny cementyt wtórny na granicach ziarn.
Powiększenie 250x.
Stal niestopowa to stop żelaza z węglem do którego nie wprowadzono dodatkowych pierwiastków, a ich szczątkowa obceność wynika z zastosowanej rudy i technologii hutniczej. Zgodnie z normą PN-EN 10020:2003 stale niestopowe można podzielić na: jakościowe oraz specjalne.
Dla stali należących do pierwszej grupy przeważnie określa się wyłącznie wymagania co do niektórych właściwości, na przykład udarności, ciągliwości, podatności na odkształcenia, przy czym są one na poziomie niższym niż dla stali niestopowych specjalnych. Do stali jakościowych zalicza się także stale elektrotechniczne, a także wszystkie inne stale niestopowe, które nie można zakwalifikować do stali specjalnych.
Stale niestopowe specjalne mają wyższy poziom czystości i mniejszy udział wtrąceń niemetalicznych. Przeważnie stale te ulepsza się cieplnie lub hartuje powierzchniowo. Dzięki wąskim granicą tolerancji składu chemicznego oraz stosowaniu specjalnych warunków wytwarzania stale z drugiej grupy posiadają bardzo zróżnicowane właściwości mechaniczne, technologiczne oraz użytkowe.
Stale specjalne spełniają co najmniej jeden z poniższych warunków:
mają wymaganą pracę łamania dynamicznego (udarność),
posiadają wymaganą głębokość hartowania lub twardość powierzchni po zahartowaniu,
niski udział wtrąceń niemetalicznych,
stężenie fosforu i siarki poniżej 0,02% przy analizie wytopowej,
posiadają pożądaną pracą łamania przy temeraturze -50 stopni Celsjusza,
charakteryzują się określoną przewodnością właściwą.
Dodatkowo od stali przeznaczonej do budowy reaktorów atomowych wymaga się stężenia miedzi mniejszego niż 0,01%, a wanadu i kobaltu mniejszego niż 0,05%. Podobnie dodatkowe wymagania dotyczą również stali stosowanych w konstrukcjach żelbetowych ze zbrojeniem wstępnie sprężanym.
Przykłady różnych stali niestopowych w zależności od przeznaczenia:
konstrukcyjne (wszelkiego typu konstrukcje stalowe, także budowlane),
do zbrojenia betonu,
szynowe,
automatowe,
do ciągnienia,
do spęczania na zimno,
do nawęglania,
do ulepszania cieplnego,
sprężynowe,
narzędziowe,
na opakowania,
elektrotechniczne,
na materiały spawalnicze.
W zależności od głownego pierwiastka lub kilku pierwiastkow występujących
w stalach stopowych, można wydzielić następujące ich podgrupy:
stale manganowe,
stale krzemowe,
stale manganowo–krzemowe,
stale niklowe,
stale chromowe,
stale chromowo–niklowe,
stale chromowo–molibdenowe,
stale chromowo–manganowo–krzemowe,
stale chromowo–niklowo–molibdenowe,
inne.
Występowanie odmiennych struktur stali, spowodowane jest różną zawartością węgla. Wpływa to na ich własności mechaniczne oraz warunkuje sposób obróbki, dlatego też stal niestopowa stosowana jest powszechnie przy wytwarzaniu konstrukcji oraz części urządzeń mechanicznych, wszędzie tam, gdzie jej charakterystyki są wystarczające do zastosowań.
WPŁYW DOMIESZEK I ZANIECZYSZCZEŃ NA WŁASNOŚCI STALI
Domieszki występują w stalach niestopowych jako pozostałość z procesu metalurgicznego
wytapiania stali, a także w wyniku przetapiania złomu stalowego.
-Mangan działa korzystnie, tworząc siarczek MnS o wyższej temperaturze
topnienia od siarczku żelaza. Powoduje jednak niekorzystny rozrost ziarn w czasie
obróbki cieplnej i plastycznej na gorąco.
-Krzem powoduje korzystne obniżenie stężenia gazów w stali lanej i przeciwdziała
segregacji fosforu i siarki.
-Fosfor i siarka stanowią zanieczyszczenia niekorzystne. Stale zawierające fosfor
charakteryzują się podwyższoną temperaturą przejścia w stan kruchości,
skłonnością do kruchości na niebiesko, gruboziarnistości i segregacji. Siarka tworzy
siarczki MnS o temperaturze topnienia do 1620°C i FeS, ciekłe już w 1000°C,
co powoduje kruchość stali na gorąco, zwłaszcza podczas obróbki plastycznej.
-Siarka o dużej skłonności do segregacji pogarsza spawalność i wytrzymałość stali
na zmęczenie.
-Wodór działa zdecydowanie szkodliwie, powodując powstawanie płatków śnieżnych,
odwęglenia, pęcherzy gazowych oraz segregacji fosforu.
-Azot powoduje zmniejszenie plastyczności i kruchości na niebiesko, a także
zwiększenie skłonności stali do starzenia, szczególnie po zgniocie.
-Tlen powoduje zmniejszenie własności wytrzymałościowych oraz plastycznych
stali. Z tego względu jest bardzo istotne odtlenianie kąpieli stalowej.