Stal jest najczęściej stosowanym metalem żelaznym w przemyśle i produkcji na małą skalę - jej właściwości użytkowe i estetyczne są wykorzystywane przez inżynierów i projektantów. Aby spełnić szeroki zakres wymagań, jakie stawiają przed nią klienci, jej skład musi być odpowiednio dobrany. Dokładnie tak samo dzieje się w przypadku stali węglowej.
Zawartość określonych pierwiastków i ich kombinacja nadaje stali jej właściwości. Tam, gdzie wymagana jest zwiększona ochrona przed skutkami utleniania, w grę wchodzą chrom i nikiel. Z kolei tam, gdzie zastosowanie wymaga wyższej odporności mechanicznej lub odwrotnie (pożądana jest plastyczność), stosuje się zawartość węgla.
Czym jest stal węglowa?
Przede wszystkim jest to stop żelaza (Fe) i węgla (C). Nie musi to oznaczać całkowitego braku innych pierwiastków w składzie, ale mogą one stanowić tak niewielką część całkowitej zawartości, że nie mają znaczącego wpływu na finalne właściwości stali węglowej. Aby można ją było nazwać stalą węglową, udział tego pierwiastka w składzie musi wynosić co najmniej 0,02% i odwrotnie, nie może przekraczać 2%.
Jeśli w stopie jest mniej węgla niż wynosi wyżej wymieniona dolna granica, materiał jest określany jako żeliwo ciągliwe - miękki i dobrze ciągliwy metal.
- Z drugiej strony, jeśli zawartość jest wyższa niż górna granica dla stali węglowej, jest to żeliwo. Ten ostatni jest używany głównie ze względu na niższą temperaturę topnienia i łatwość odlewania - zdolność do płynięcia w formie nawet w cienkich częściach - jako materiał odpowiedni do produkcji złożonych, często dekoracyjnych kształtów.
Klasyfikacja i oznaczanie stali węglowej
Istnieją trzy podstawowe kategorie stali węglowej. Każda z nich indywidualnie określa zawartość węgla, która nadaje jej określone właściwości:
Stal niskowęglowa - zawartość C w zakresie 0,02-0,25%.
Czasami nazywana jest również „łagodną”, co najlepiej opisuje jej podstawową charakterystykę. Nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań, a jej zaletą jest plastyczność. Produkty ze stali niskowęglowej mogą być przetwarzane poprzez kucie, cięcie i spawanie. Może być gięta na zimno lub poddawana obróbce cieplnej w celu zwiększenia odporności na zużycie mechaniczne.
Typowe produkty ze stali niskowęglowej to łańcuchy, druty, pręty, nity, śruby i blachy stalowe.
Stal średniowęglowa - zawartość C w zakresie 0,25-0,6%
Tam, gdzie nadal konieczne jest zachowanie przynajmniej częściowej plastyczności i ciągliwości, ale gdzie wymagana jest również wyższa wytrzymałość niż w przypadku stali niskowęglowej, odpowiednia jest stal średniowęglowa. Jest ona obrabiana głównie przez hartowanie, dzięki czemu dobrze nadaje się do stosowania w budownictwie lub do budowy obciążonych mechanicznie części maszyn i urządzeń. Jest do tego przystosowana ze względu na dobrą skrawalność, ale jest też trudniejsza do spawania.
Jest również wykorzystywana jako surowiec do produkcji stali nierdzewnej.
Stal wysokowęglowa - zawartość węgla w zakresie 0,6 -1,7%.
Ekstremalne wartości wytrzymałości, odporności powierzchniowej i twardości można osiągnąć poprzez zwiększenie zawartości węgla powyżej 0,6%. Do ostatecznego zastosowania stal wysokowęglowa jest hartowana przez długi czas.
Naprężanie łożysk, stalowych ram lub narzędzi skrawających - w tych właśnie przypadkach wykorzystuje się stal wysokowęglową.
Uwaga: Wspomnieć należy, że niektóre źródła wspominają również o czwartej kategorii zwanej Ultra Carbon Steel, tj. stali o bardzo wysokiej zawartości węgla do 2% i wykorzystywanej do celów nieprzemysłowych, zwłaszcza badawczych i naukowych.
Stal węglowa znajduje nowe zastosowania
Jak wspomniano, stal węglowa oferuje wiele zmiennych dla praktycznych zastosowań. Najbardziej aktualnym zastosowaniem jest budowa rurociągów grzewczych i chłodniczych, dla których miedź była pierwotnie najczęściej rozważanym materiałem.
Zaletą jej jest nie tylko krótszy czas potrzebny na instalację rur ze stali węglowej, ale także, co może być zaskakujące dla niektórych, niższa cena. Staje się to znacznie bardziej widoczne wraz ze wzrostem średnicy rury, może być ona nawet kilkaset procent tańsza w porównaniu do miedzi!
W tym przypadku odpowiednie złączki są również wykonane ze stali węglowej, a cały system jest wykonany z jednego materiału. Jednocześnie wysoka wytrzymałość materiału umożliwia wybór mniejszych grubości bez wpływu na żywotność lub wynikającą z niej wytrzymałość strukturalną. Związaną z tym zaletą jest zmniejszona waga całej instalacji, a tym samym zmniejszone wymagania dotyczące obsługi.
© ATREON