Stal
Stal–stopżelaza z węglemi innymi pierwiastkami, plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie, o zawartościwęglanieprzekraczającej 2,11%, co odpowiada granicznejrozpuszczalnościwęgla wżelazie(dlastali stopowychzawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaciperlitupłytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla,cementytwystępuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziarenferrytu.
Im większa zawartość węgla, a w konsekwencji udział twardego i kruchegocementytu,tym większa twardość stali. Węgiel w stalach niskostopowych wpływa natwardośćpoprzez wpływ nahartowność stali;im większa zawartość węgla tym dłuższy czas jest potrzebny doprzemiany perlitycznej– co w konsekwencji prowadzi doprzemiany bainitycznejimartenzytycznej.W stalach stopowych wpływ węgla na twardość jest również spowodowany tendencją niektórych metali, głównie chromu, do tworzenia związków z węglem – główniewęglikówo bardzo wysokiej twardości.
WedługPolskiej NormyPN-EN 10020:2003 stal definiuje się jakomateriałzawierający (masowo) więcej żelaza niż jakiegokolwiek innegopierwiastka,o zawartości węgla w zasadzie mniejszej niż 2% i zawierający inne pierwiastki. Ograniczona liczbastali chromowychmoże zawierać więcej niż 2% C, lecz 2% jest ogólnie przyjętą wartością odróżniającą stal odżeliwa[1].
Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych zalicza się główniemetale,zwyklechrom,nikiel,mangan,wolfram,miedź,molibden,tytan.Pierwiastki takie jaktlen,azot,siarkaoraz wtrącenianiemetaliczne,głównietlenków siarkiifosforuzwane są zanieczyszczeniami.
Stal otrzymuje się zsurówkiw procesieświeżenialub – w nowoczesnych instalacjach hutniczych – z wykorzystaniem pieców konwertorowych, łukowych i próżniowych, pozwalających na uzyskanie wysokiej jakości stali. Pierwotnym produktem hutniczym jeststaliwo(np. w postacikęsów,kęsisk lub kęsisk płaskich), które przerabiane jest na stal za pomocąobróbki plastycznej.Stalowewyroby hutniczeto m.in. pręty okrągłe, kwadratowe lub sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki,kątowniki,ceowniki,teowniki,dwuteowniki), blachy.
Kryteria i podział stali
[edytuj|edytuj kod]Ze względów praktycznych klasyfikacji gatunków stali dokonuje się zgodnie z PN-EN 10020:1996 według składu chemicznego oraz według ich zastosowania i własności mechanicznych lub fizycznych.
- ze względu na skład chemiczny (rodzaj i udział składników stopowych):
- ze względu na procentową zawartość węgla i strukturę wewnętrzną:
- ze względu na stopień czystości:
- zwykłej jakości
- wyższej jakości
- najwyższej jakości
- ze względu na zastosowanie:
- stale historyczne:
Właściwości stali węglowej
[edytuj|edytuj kod]Właściwości fizyczne
[edytuj|edytuj kod]- gęstość[2]≈ 7,86 g/cm³
- współczynnik liniowej rozszerzalnościα = 12×10−6/K
- współczynnik przewodzenia ciepłak = 58 W/(m·K)
- współczynnik Poissonaν = 0,30
- rezystywność(20 °C, 0,37–0,42% węgla) = 171×10−9Ω·m
Właściwości mechaniczne i technologiczne
[edytuj|edytuj kod]Są to parametry charakteryzujące przydatność stali wgospodarce.Ich wielkość uzależniona jest od składu stopu i obróbki. Podane poniżej wartości są charakterystyczne dla stali stosowanych wbudownictwie.
- Granica sprężystościokreśla maksymalne naprężenia, po ustąpieniu których materiał wraca do swoich pierwotnych wymiarów
- Wytrzymałość na rozciąganieokreślana wielkością naprężenia wywołanego w przekroju próbki przez siłę powodującą jej zerwanie. Badane są także inne parametry określające naprężenia w próbkach stali, takie jak wytrzymałość na ściskanie, zginanie, ścinanie i skręcenie. Podczasbadania próbki stali na zerwanieokreślane są także:
- naprężenie rozrywające, czyli rzeczywista wartość naprężenia w miejscu przewężenia rozciąganej próbki bezpośrednio przed jej zerwaniem (jest to wartość siły powodującej zerwanie w odniesieniu do przekroju zerwanej próbki w jej najwęższym miejscu);
- wydłużenie względne, czyli procentowy przyrost długości zerwanej próbki w stosunku do jej początkowej długości,
- przewężenie względne, czyli procentowe zmniejszenie powierzchni przekroju poprzecznego zerwanej próbki w miejscu zerwania do jej przekroju pierwotnego.
- Sprężystośćrozumiana jako zdolność materiału do odzyskiwania pierwotnej postaci po zaprzestaniu działania na niego sił powodującychodkształcenie.W zakresie naprężeń sprężystych obowiązujeprawo Hooke’a.Sprężystość materiału określa:
- współczynnik sprężystości podłużnej (moduł Younga) E, który dla stali ma wartość w granicach od 205 do 210 GPa (gigapaskali)
- moduł sprężystości poprzecznej G (moduł Kirchhoffa), który dla stali ma wartość 80 GPa
- Plastyczność,czyli zdolność materiału do zachowania postaci odkształconej na skutek naprężeń od obciążeń po zaprzestaniu ich działania. Są to odkształcenia trwałe, które powstają po przekroczeniu wartości tzw. granicy plastyczności, po przekroczeniu której następuje znaczny przyrost wydłużenia rozciąganej próbki, nawet bez wzrostu a często przy spadku wartości siły rozciągającej. Umownie przyjmuje się granicę plastyczności dla wartości naprężenia, przy którym trwałe wydłużenie próbki wynosi 0,2%.
- Ciągliwość– zdolność materiału pozwalająca na zachowanie jego właściwości podczas obróbki polegającej na jego tłoczeniu, zginaniu lub prostowaniu itp. Właściwość ta wykorzystywana jest podczas produkcji wyrobów (np. blach trapezowych, ościeżnic itp.).
- Udarność,czyli odporność na obciążenia dynamiczne
- Twardość,czyli zdolność przeciwstawienia się materiału przy próbie wciskania przedmiotów twardszych. Stal jest tym twardsza, im więcej zawiera składnika twardegocementytu– czyli im większy jest procent węgla
- Spawalność,to cecha stali pozwalająca na wykonanie trwałych połączeń przezspawanie
- Odporność na działanie środowiska:
- odporność na działanie podwyższonych i niskich temperatur
- odporność na działanie czynników powodującychkorozjęchemiczną i atmosferyczną
Normy materiałowe
[edytuj|edytuj kod]- PN-EN 10020:2003. Definicje i klasyfikacja gatunków stali. Norma zawiera klasyfikację według składu chemicznego oraz ustalenia głównych klas jakościowych
- PN-EN 10027-1:2005. Określa europejski system oznaczania stali obejmujący znaki i oznaczenia cyfrowe składające się z symboli głównych (według zastosowań, własności mechanicznych lub fizycznych, bądź według składu chemicznego) i symboli dodatkowych
- PN-EN 10027-2:1994. Określa europejski system oznaczania stali obejmujący znaki i oznaczenia cyfrowe stali
Produkcja i zastosowanie
[edytuj|edytuj kod]Pozycja | Państwo | 1970 | 1980 | 1990 | 2000 | 2004 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | Chiny | 20 000 | 40 918 | 66 349 | 127 236 | 272 450 |
2 | Japonia | 102 869 | 122 792 | 110 339 | 106 444 | 112 718 |
3 | USA | 131 514 | 100 800 | 89 726 | 101 824 | 99 681 |
4 | Rosja | 87 250 | 111 410 | 116 243 | 59 136 | 65 583 |
5 | Korea Południowa | 530 | 9434 | 23 125 | 43 107 | 47 521 |
6 | Niemcy | 55 219 | 56 379 | 43 981 | 46 376 | 46 374 |
7 | Ukraina | 32 810 | 41 898 | 43 715 | 31 782 | 38 738 |
8 | Brazylia | 5942 | 16 908 | 20 567 | 27 865 | 32 909 |
9 | Indie | 6722 | 10 387 | 15 313 | 26 924 | 32 626 |
10 | Włochy | 19 045 | 29 212 | 25 439 | 26 759 | 28 479 |
11 | Francja | 28 205 | 25 547 | 19 015 | 20 743 | 20 770 |
12 | Turcja | 1445 | 2796 | 9322 | 13 572 | 19 868 |
13 | Tajwan | 324 | 3767 | 9747 | 16 896 | 19 593 |
14 | Hiszpania | 8189 | 13 874 | 12 714 | 15 874 | 17 684 |
15 | Meksyk | 4278 | 7888 | 8726 | 15 631 | 16 730 |
16 | Kanada | 12 346 | 17 512 | 12 281 | 16 496 | 16 428 |
17 | Wielka Brytania | 31 213 | 12 432 | 17 908 | 15 155 | 13 766 |
18 | Belgia | 13 897 | 13 696 | 11 419 | 11 615 | 11 697 |
19 | Polska | 13 002 | 21 479 | 13 625 | 10 498 | 10 578 |
20 | RPA | 5244 | 9996 | 8619 | 8481 | 9504 |
21 | Iran | 0 | 1300 | 1425 | 6615 | 8990 |
22 | Australia | 7520 | 8371 | 6666 | 7297 | 7414 |
23 | Czechy | 8562 | 11 355 | 9996 | 6216 | 7033 |
24 | Holandia | 5558 | 5811 | 5412 | 5492 | 6848 |
25 | Austria | 4496 | 5097 | 4292 | 5722 | 6530 |
W światowej produkcji stali surowej, wynoszącej w 2001 r. ok. 850 mln ton, przodowałyChiny(152 mln ton; 17,88%),Japonia(100 mln ton; 11,76%),USA(90 mln ton; 10,58%),Rosja(60 mln ton; 7,06%),Niemcy(45 mln ton; 5,29%),Korea Południowa(45 mln ton; 5,29%),Ukraina(32 mln ton; 3,76%),Brazylia(27 mln ton; 3,18%),Włochy(27 mln ton; 3,17%) iIndie(27 mln ton; 3,17%). Polska, sklasyfikowana na 19. pozycji, wyprodukowała 9 mln ton stali (1,06%)[potrzebny przypis].
Produkcja stali w 2007 roku osiągnęła poziom 1346 mln ton[4],a w 2011 wynosiła 1527 mln ton, przy czym na Chiny przypadło 695,5 mln ton, tj. 45,5 proc[5].W 2013 roku Chiny wyprodukowały już ponad połowę światowej produkcji stali[6].W 2013 roku produkcja wyniosła 1607 mln ton. W 2014 roku produkcja wyniosła 1665 mln ton, przodowały Chiny (822,7 mln ton; 49,41%), za nimi Japonia (110,7 mln ton; 6,65%), USA (88,2 mln ton; 5,30%), Indie (86,5 mln; 5,20%), Korea Południowa (71,5 mln ton; 4,29%) i Rosja także z produkcją na poziomie 71,5 mln ton; 4,29%. Polska, która w roku 2013 wyprodukowała 8 mln ton stali i zajęła 20. miejsce na świecie, zwiększyła produkcję w 2014 roku do 8,6 mln ton, wskakując o jedną pozycję wyżej, wyprzedzając Austrię, która zmniejszyła produkcję z 8 mln ton do 7,9 mln ton[7].W 2015 roku produkcja wyniosła 1,623 mln ton i była niższa o 2,8 proc. w porównaniu z rokiem poprzednim[8],a w 2016 roku produkcja wyniosła 1,629 mln ton co oznacza wzrost o 0,8 proc. do roku ubiegłego[9].
Najwięksi producenci stali (2009)[10]:
- ArcelorMittalLuksemburg
- Baosteel GroupChiny
- POSCO Pohang Iron and Steel CompanyKorea Południowa
- Nippon SteelJaponia
- JFE Holdings Japonia
- Jiangsu Shagang Group Chiny
- Tata Steel Indie
- Angang Steel Company Chiny
- SevierstalRosja
- Evraz Group Luksemburg
- US SteelCorporation USA
- Shougang Corporation Chiny
- GerdauBrazylia
- Nucor CorporationUSA
- Wuhan Iron and Steel Chiny
- Steel Authority of India Limited Indie
- Hebei Iron and Steel Chiny
- Gruppo RivaWłochy
- SumitomoMetal Industries Japonia
- ThyssenKruppNiemcy
- Novolipetsk SteelRosja
- IMIDROIran
- Magnitogorsk Iron and Steel Works Rosja
- China SteelTajwan
- Laiwu Chiny
- Hyundai SteelKorea Południowa
- CELSAHiszpania
- MetinvestUkraina
- Techint (Tenaris)Włochy
- ErdemirTurcja
Wbudownictwiestanowi jeden z kilku podstawowych materiałów konstrukcyjnych. Najczęściej używane w tej dziedziniegospodarkigatunki stali toogólnego przeznaczeniaistale niskostopowe.
W pierwszej grupie najbardziej popularne to (oznaczone zgodnie z PN-88/H-84020) grupy o symbolach St0S, St3S i St4S. W grupie drugiej znajdują się stale:
- o podwyższonej wytrzymałości 18G2, 18G2A i 18G2AV (PN-86/H-84018)
- trudnordzewiejące 10HA, 10H, 12HIJA, 12PJA (PN-82/H-84017)
- stale do produkcji rur R, R35, R45, 12X. Do produkcji rur używane są także stale 18G2A i St3S (PN-89/H-84023.7)
Do parametrów określających właściwości stali jako materiału należą charakterystyki fizyczne, mechaniczne i technologiczne.
Zastosowanie
[edytuj|edytuj kod]Stal znalazła zastosowanie w różnych dziedzinach techniki. Jednym z zastosowań stali są konstrukcje budowlane. Stal używana jest w samochodach, okrętach i rakietach kosmicznych. Przykłady zastosowania stali:
- karoseriasamochodów
- pokrycia dachu i elewacji
- puszki do konserw
- konstrukcje budowlane
- kadłuby statków i platformy morskie
- wyroby stalowe: blachy, profile stalowe, pręty, taśmy, śruby, gwoździe, kable, druty
- części maszyn
- infrastruktura sieciowa, trakcyjna, kolejowa,
- instalacje elektryczne
- stolarka okienna i drzwiowa, w szczególności antywłamaniowa, przeciwpożarowa i typu loftowego[11][12][13]
Zobacz też
[edytuj|edytuj kod]Przypisy
[edytuj|edytuj kod]- ↑Norma PN-EN 10020:2003.Definicja i klasyfikacja gatunków stali.2003-07-08.
- ↑CRC Handbook of Chemistry and Physics, 83th ed.; s.12-204; CRC Press LLC: Boca Raton, 2003.
- ↑United States Geological Survey.
- ↑Światowy rynek węgla koksowego.min-pan.krakow.pl. [zarchiwizowane ztego adresu(2014-06-29)]..
- ↑Rośnie światowa produkcja stali.
- ↑Chiny wyprodukowały ponad połowę światowej stali.
- ↑Polska zyskuje w rankingu producentów stali.
- ↑Produkcja stali w Polsce rośnie. Jesteśmy światowym ewenementem
- ↑Wzrosła produkcja stali na świecie
- ↑Lista 30 największych producentów stali 2010.
- ↑DRZWI LOFTOWE – GDEL[online], gdel.pl[dostęp 2022-09-23].
- ↑Drzwi loftowe Warszawa, ścianki loftowe, meble loftowe | Steel and Loft[online], Drzwi loftowe, ścianki loftowe, meble loftowe-SteelandLoft[dostęp 2021-03-11](pol.).
- ↑Drzwi Loftowe – Meble Industrialne – Meble Loftowe[online], Loft & Design[dostęp 2021-05-08](pol.).