Stal węglowa to materiał obecnie bardzo szeroko stosowany. Wykorzystywana jest zarówno w popularnych przedmiotach codziennego użytku, jak i monumentalnych konstrukcjach czy skomplikowanych elementach mechaniki precyzyjnej. Przedstawiamy poszczególne rodzaje stali węglowej wraz z omówieniem ich zastosowań.
Stal węglowa to materiał obecnie bardzo szeroko stosowany. Wykorzystywana jest zarówno w popularnych przedmiotach codziennego użytku, jak i monumentalnych konstrukcjach czy skomplikowanych elementach mechaniki precyzyjnej. Przedstawiamy poszczególne rodzaje stali węglowej wraz z omówieniem ich zastosowań.
Czym jest stal węglowa?
Stal węglowa (tzw. stal niestopowa) oznaczana także symbolem CS (carbon steel) to – podobnie jak w przypadku innych typów stali – materiał powstały z połączenia żelaza oraz węgla. Zawartość innych pierwiastków jednak nie przekracza w niej wartości granicznych, które określone są specjalną normą PN-EN 10020:2003. Domieszki te stanowić mogą zwykle ułamek procenta – np. dla boru będzie to mniej niż 0,0008%, a dla miedzi 0,4%.
Popularność stali węglowej wynika z jej właściwości. Jest z reguły łatwa do obróbki, a przy tym podczas typowych dla danego rodzaju zastosowań niezawodna i niskokosztowa.
Rodzaje stali węglowej
Stale węglowe dzieli się na podstawie kilku wyznaczników. Bierze się pod uwagę m.in. skład, właściwości oraz zastosowanie. Głównym i podstawowym kryterium pozostaje przy tym procentowa zawartość węgla. Wśród stali niestopowych wyróżniamy więc:
- Stal niskowęglową – zawartość węgla wynosi do 0,3%
- Stal średniowęglową – zawartość węgla mieści się w przedziale od 0,3 do 0,6%
- Stal wysokowęglową – zawartość węgla przekracza 0,6%
Zawartość domieszek fosforu i siarki ma wpływ na określenie jakości danego typu stali. Tak więc stal najwyższej jakości nie może przekraczać ich sumarycznie 0,03%, stal wyższej jakości – 0,07%, a stal zwykłej jakości – 0,1%.
Dodatkowo ważny jest poziom odtlenienia. Stale uspokojone posiadają najwyższy stopień, stale półuspokojone średni, a nieuspokojone najniższy stopień odtlenienia. Stale uspokojone odznaczają się z reguły bardzo wysoką jakością. Rodzajem tego typu stali jest stal uspokojona niestarzejąca się.
W zależności od składu chemicznego wyróżnia się także tzw. stal przeróbczą (wysoko- lub niskofosforową), odlewniczą (np. Pig-P1, Pig-P3, Pig-P6), a także inne stale niestopowe.
Zastosowanie stali węglowej
Podział stali węglowych byłby niepełny bez rozgraniczenia typów ze względu na ich zastosowanie. Wyróżniamy:
- 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.
Zawartość węgla w stali
Zawartość węgla w stali wpływa na jej właściwości – wytrzymałość, ciągliwość oraz możliwość spawania. Stal niskowęglowa 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 o średniej zawartości węgla jest mocniejsza od stali niskowęglowej, trudniejsza jednak do formowania, spawania i cięcia. Często w celu utwardzenia stosuje się dodatkowe hartowanie. Właściwości tego typu stali sprawiają, że wykorzystuje się ją do produkcji np. części do pojazdów mechanicznych, a także elementów kutych.
Stal o wysokiej zawartości węgla jest najtrudniejsza do cięcia, gięcia oraz spawania. Dodatkowo po hartowaniu staje się twarda i krucha. Używa się jej do produkcji narzędzi, ostrzy mieczy czy specjalistycznych sprężyn.
Spawanie stali niskostopowych
Wszystkie rodzaje stali niskowęglowych odznaczają się ogólną dobrą spawalnością. Wraz ze wzrostem procentowym węgla rośnie jednak ryzyko tzw. pęknięć zimnych powstających podczas ochładzania się spoiny. Dzieląc stale niskostopowe ze względu na spawalność, przyjęło się stosowanie kryterium równoważnika węgla (CE). Przy jego wyznaczaniu należy znać skład danej stali i posłużyć się wzorem CE = C + Mn /6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15. W zależności od otrzymanego wyniku:
- CE < 0,42% charakteryzuje stal łatwo spawalną
- CE = 0,42-0,60% odnosi się do stali o ograniczonej spawalności
- CE > 0,60% sygnalizuje stal trudno spawalną
W celu spawania stali trudno spawalnych należy zastosować specjalne sposoby. Do popularnych środków technologicznych należą:
- Podgrzewanie wstępne
- Niskowodorowe procesy spawania i określenie prawidłowych rozwiązań konstrukcyjnych złączy
- Zwiększanie energii liniowych łuku
Stale niskostopowe spawalne nie mają szczególnych wymagań odnośnie urządzeń wykorzystywanych do ich łączenia. Spawarki stosowane do spawania stali węglowych mogą należeć do każdego popularnego typu – MIG/MAG, TIG czy MMA. Wybór odpowiedniego sprzętu zależy głównie od umiejętności spawacza oraz wymogów odnośnie jakości spoiny. Jeżeli ma być wysoka, zachodzi konieczność spawania drobnych elementów lub uzupełniania braków (niezgodności, pęknięcia), najlepszym wyborem będą z reguły bardziej precyzyjne spawarki typu TIG.
Podsumowanie
Stal węglowa to materiał szeroko stosowany w szeregu branż. Mnogość typów o odmiennych właściwościach pozwala wybrać odpowiedni do danego zastosowania. Dzięki stosunkowo niewielkiej cenie oraz łatwej obróbce stal niskowęglowa idealnie nadaje się do większości typowych zastosowań konstrukcyjnych. Jej użycie pozwala przede wszystkim znacząco obniżyć koszty inwestycji.
Odmiany o większej zawartości węgla chętnie wykorzystywane są do bardziej profesjonalnych zastosowań. Parametry – przy zachowaniu atrakcyjnej ceny – często okazują się wystarczające do produkcji narzędzi oraz bardziej zaawansowanych produktów typu części do maszyn.
Istnieją także stale węglowe specjalnego przeznaczenia. Te produkowane są w ściśle określonych profesjonalnych celach (np. części okrętowe, elektrody), a ich właściwości regulowane są szczegółowymi wymaganiami norm technicznych i warunków odbioru.
Udostępnij