Stal konstrukcyjna – właściwości, rodzaje i zastosowania

Jak dobrać stal na odpowiednie elementy konstrukcyjne?

W celu doboru odpowiedniego materiału na elementy konstrukcyjne należy postępować zgodnie z przyjętymi procedurami. Dobór stali powinien odbywać się wg następujących etapów:

• analiza warunków pracy elementu i wymagań dotyczących własności 
• ustalenie rozkładu wymaganych własności na powierzchni elementu oraz w jego rdzeniu
• ocena sposobu wykonania elementu
• określenie grupy i gatunku  stali.

Jeśli to konieczne, należy także rozważyć sposób obróbki cieplnej np. sposób hartowania, dobór ośrodka chłodzącego, zakres temperatury, określenie stężenia węgla w stali oraz dobór parametrów odpuszczania.  

Przy doborze stali na projektowane konstrukcje zawsze należy korzystać z norm i tablic. Te materiały zawierają wszystkie najważniejsze informacje i zapewniają poprawność wykonanego projektu. 

Stal konstrukcyjna stopowa?

Stopowe stale konstrukcyjne najczęściej stosowane są w branży budowlanej oraz na elementy maszyn i urządzeń, pracujące w temperaturze pokojowej lub wyższej sięgającej nawet 300°C w środowisku o małym działaniu korozyjnym. Stale stopowe dzięki odpowiedniej zawartości składników stopowych przeznaczone są na elementy konstrukcji narażone na duże obciążenia statyczne a także dynamiczne. Podstawowym kryterium doboru stali są własności mechaniczne, a szczególnie granica plastyczności i granica wytrzymałości. Jeśli w konstrukcji niedopuszczalne jest odkształcenie plastyczne, wtedy kryterium doboru staje się granica sprężystości. W przypadku narażenia konstrukcji na obciążenia zmęczeniowe konstruktor jako kryterium przyjmuje granicę zmęczenia. Innym kryterium doboru stali są własności określane metodami mechaniki pękania, a także odporność na ścieranie.

Skład chemiczny

W dużym stopniu o własnościach stali decyduje skład chemiczny. Zawartość poszczególnych pierwiastków wpływa w dużej mierze na hartowność stali, czyli podstawowe kryterium stosowane podczas doboru stali na elementy konstrukcyjne. Szczególne znaczenie mają tu Mn, Cr, Si, Ni czy Mo. Ważną rolę odgrywają pierwiastki węglikotwórcze tj. Cr, V, Mo czy W, które przyczyniają się do tworzenia węglików i tym samym zwiększają twardość, odporność na ścieranie, mają wpływ na tworzenie struktury drobnoziarnistej i tym samym poprawiają własności mechaniczne i technologiczne. Najkorzystniejsze własności stali konstrukcyjnej osiągane są po operacjach obróbki cieplnej, zazwyczaj po hartowaniu i odpuszczaniu.

Stal konstrukcyjna niestopowa

Niestopowe stale konstrukcyjne bardzo często stosowane są w budownictwie oraz w zastosowaniu ogólnym na elementy mało narażone na obciążenia.  Często elementy te są łączone ze sobą za pomocą spawania, skręcania czy nitowania. Zazwyczaj stale te są dostarczane w stanie po obróbce plastycznej na gorąco, w postaci wyrobów długich i płaskich po walcowaniu na gorąco m.in. w postaci blach grubych lub cienkich, prętów, kształtowników lub taśm. Własności mechaniczne tych stali zależą od składu chemicznego, a także od grubości wyrobu hutniczego. Stale te zawierają podstawowe pierwiastki chemiczne takie jak węgiel, mangan, czasami krzem oraz P, S i N. Najważniejszą wartością określającą własności mechaniczne jest minimalna granica plastyczności podana w MPa, której wartość podana jest po literze „S” określającej stal konstrukcyjną np. S235, S355.

W budownictwie często mają zastosowanie elementy wykonane z niestopowych stali konstrukcyjnych występujące w postaci kształtowników zamkniętych okrągłych, kwadratowych, prostokątnych o grubości ścianki do 65 mm, wytwarzane bez szwu oraz ze szwem.