ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

ul. Twardosławicka 101
97-300 Piotrków Trybunalski

  zmz@zmzcnc.com
  +48 606 934 054

Stal węglowa

Jednym z najpopularniejszych materiałów, na jakich opiera się obróbka metali jest stal węglowa. Jest to dość szerokie pojęcie określające stop żelaza i węgla (0,05-2%). Możliwy jest również dodatek innych pierwiastków, które nadają stopowi określone właściwości np. manganu, krzemu, fosforu, siarki i tlenu.  Węgiel zwiększa twardość, wytrzymałość i odporność na pękanie stopu, podczas gdy inne pierwiastki nadają odporności na korozję czy poprawiają obrabialność. Większość stali ma dobrą skrawalność, spawalność oraz dobrze reaguje na obróbkę cieplną. Często w stopach stali w większych ilościach występuje mangan (0,3-1,5%), który zmniejsza jej kruchość i zwiększa wytrzymałość. Stal węglowa jest materiałem o dużej gęstości, co sprawia, że jest zbyt ciężka do niektórych zastosowań. Jednak stosunek wytrzymałości do masy stali jest wysoki, dlatego jest to jeden z najczęściej stosowanych metali w produkcji – również ze względu na przystępną cenę.

stal węglowa

Stal węglowa i jej podstawowy podział

Stal to mówiąc krótko stop żelaza z węglem. Ilość węgla jest jednak różna zależnie od rodzaju stali i to powoduje różnice we właściwościach. Określenie stal węglowa odnosi się głównie do stali innych niż nierdzewne. Identyfikuje się ją na podstawie 4-cyfrowego określenia gatunku stali, a szerzej jako stale nisko-średnio- lub wysokowęglowe na podstawie zawartości wagowej węgla:

  • stale niskowęglowe zawierają mniej niż 0,3% węgla (min. 0,05%), charakteryzują się niską twardością, niską wytrzymałością na rozciąganie, dobrą obrabialnością i spawalnością, ale również dobrą ciągliwością,
  • stale średniowęglowe to 0,3-0,5% węgla, charakteryzują się niską hartownością, średnią wytrzymałością, ciągliwością i wytrzymałością,
  • stale wysokowęglowe to 0,6-1% węgla, zapewniają wysoką twardość, wytrzymałość oraz niską ciągliwość.

Główny pierwiastek stopowy stali jest oznaczony pierwszą cyfrą w czterocyfrowym gatunku np. każda stal o symbolu 1xxx zawiera węgiel jako główny pierwiastek stopowy. Obróbka CNC wykorzystuje najczęściej stal nisko- i średniowęglową.

Jakie zalety i wady ma stal węglowa?

Wybór tego metalu ma kilka zalet jak choćby:

  • wysoka wytrzymałość i trwałość,
  • mniejsza skłonność do pękania pod ciśnieniem niż inne metale,
  • odporność na naprężenia, na wysokie i niskie temperatury,
  • podział na różne gatunki ze względu na właściwości, a tym samym szerokie spektrum zastosowań,
  • przystępna cena,
  • przyjazne dla środowiska i nadające się do recyklingu.

Stal węglowa ma również swoje wady:

  • trudna w obróbce, niełatwo ją zgiąć czy formować w różnorodne kształty,
  • jest bardziej podatna na korozję i rdzę niż inne rodzaje stali (nie zawiera chromu),
  • niektóre stale węglowe mają wysoką cenę ze względu na trudne do pozyskania pierwiastki stopowe i skomplikowany proces wytwarzania,
  • praca z tą stalą może nie być łatwa bez zaawansowanych maszyn i metod, co może skutkować kosztownymi odpadami i kosztami ponownej pracy.

Jakie zastosowanie mają popularne gatunki stali węglowej?

Stale niskowęglowe są stosowane do produkcji elementów nadwozi pojazdów, form konstrukcyjnych (belki dwuteowe, ceowniki, kątowniki), rurociągów, elementów budynków i mostów, zbiorników ciśnieniowych niskotemperaturowych, puszek na żywność, gwoździ czy drutów.

Stale średniowęglowe są często stosowane do produkcji torów kolejowych, kół pociągów, wałów korbowych, przekładni i części maszyn, wymagających wysokiej wytrzymałości oraz odporności na zużycie, sprzęgieł, kół zębatych, przerzutek, osi czy śrub.

Stale wysokowęglowe są stosowane w narzędziach skrawających, sprężynach, narzędziach tnących, drutach o dużej wytrzymałości i matrycach, ze względu na ich wysoką odporność na zużycie i twardość.

Stal węglowa a stal nierdzewna

Kiedy myślimy o stali to naturalnie przychodzi nam na myśl stal węglowa lub stal nierdzewna. Oczywiście są między nimi diametralne różnice. Czym więc dokładnie różnią się między sobą te dwa rodzaje stali?

Zawartość stopu

Stal węglowa i stal nierdzewna mają te same dwa składniki – żelazo i węgiel. Stal nierdzewna musi zawierać co najmniej 10,5% chromu. To podstawowe rozróżnienie nadaje stali węglowej i nierdzewnej ich wyjątkowe właściwości fizyczne.

Odporność na korozję i rdzę

Stal nierdzewna została tak zaprojektowana, aby była odporna na rdzę i korozję. Ma więc nieporównywalnie wyższą odporność niż stal węglowa. Do stali nierdzewnej dodaje się dużą ilość chromu, aby utworzyła się powłoka z tlenku chromu, która zapobiega korozji.

Właściwości fizyczne

Stal nierdzewna jest nieznacznie cięższa niż węglowa, gdyż wartości średniej gęstości obu stali są porównywalne (nierdzewna – 8000kg/m3, węglowa – 7850kg/m3). Również wzrost termiczny stali nierdzewnej jest niewiele większy niż materiału ze stali węglowej. Temperatura topnienia stali węglowej jest większa niż stali nierdzewnej. Zwykle stal niskowęglowa ma temperaturę topnienia 1410⁰C, wysokowęglowa waha się pomiędzy 1425-1540⁰C, gdy dla porównania temperatura topnienia stali nierdzewnej waha się od 1375 do 1530⁰C.

Właściwości mechaniczne

  • plastyczność: gatunki austenitycznej stali nierdzewnej mają większą ciągliwość niż gatunki stali węglowej; martenzytyczne gatunki stali nierdzewnej mogą być bardziej kruche niż stal węglowa,
  • wytrzymałość: ze względu na niższą zawartość węgla stal nierdzewna jest często bardziej miękka i słabsza,
  • stal węglowa jest łatwa w obróbce i ma wysokie właściwości spawalnicze, natomiast stal nierdzewna wymaga specjalistycznych technik spawania i obróbki, przez co jest trudniejszym materiałem do obróbki CNC,
  • stal nierdzewna ma estetyczny wygląd już po samym procesie obróbki i nie wymaga dodatkowego zabezpieczenia przed korozją, w odrożnieniu od stali węglowej, która powinna być pomalowana, żeby nie rdzewieć.

Koszt

Stal nierdzewna jest często droższa niż stal węglowa, ale ceny różnią się w zależności od gatunku materiału. Koszt stali nierdzewnej wzrasta ze względu na szczególne dodatki stopowe, takie jak chrom, nikiel itp. a także związane z nimi procesy produkcyjne.

Zastosowanie

Obie stale mają zalety i wady pod względem zastosowania, właściwości i kosztów. W rezultacie wyboru między stalą nierdzewną a węglową należy zawsze dokonywać w zależności od przeznaczenia. Zakładając, że koszt nie jest ograniczeniem, a zastosowanie wymaga wysokiej lub kriogenicznej temperatury, a także odporności na korozję – to wiadomo, że w takim wypadku warto wybrać stal nierdzewną. Z drugiej strony stal węglowa ze względu na cenę jest odpowiednia do normalnych, niekorozyjnych warunków.

Inne różnice:

Stal nierdzewna ma niższą przewodność cieplną niż węglowa. Ma również niezwykłą odporność na zużycie. Jednocześnie w porównaniu do węglowej dużo łatwiej się czyści.

Stal węglowa a recykling i ochrona środowiska

Co roku poddaje się recyklingowi 1 085 milionów ton stali, co sprawia, że jest ona obecnie najczęściej używanym materiałem poddawanym recyklingowi. Wszystkie rodzaje stali nadają się w zakresie od 90% do 100% do recyklingu. Jest to idealny materiał do produkcji opakowań żywności, napojów, aerozoli i karmy dla zwierząt domowych, jak i do wielu produktów gospodarstwa domowego i przemysłowych. Zastosowanie złomu stalowego pozwala zaoszczędzić ok. 70-80% energii potrzebnej do wytworzenia stali z materiałów pierwotnych. Dodatkowo recykling 1 tony puszek stalowych pozwala zaoszczędzić:

  • 1,5 tony rudy żelaza,
  • 0,5 tony koksu,
  • 1,3 tony odpadów stałych,

Światowy przemysł stalowy odpowiada za znaczną część ok. 5-8% emisji gazów cieplarnianych na całym świecie, co czyni go jednym z najbardziej zanieczyszczających środowisko sektorów przemysłu. Dla porównania produkcja 1 tony stali powoduje emisję ok. 1,8 tony dwutlenku węgla. Recykling redukuje więc emisję szkodliwych substancji do powietrza o ok. 85%, jak i eliminuje gazy cieplarniane tj. tlenek azotu i dwutlenek siarki oraz zmniejsza zanieczyszczenie wody o ok. 75%. Zapobiega również degradacji środowiska poprzez górnictwo odkrywkowe. Ochrania zasoby naturalne jak rudy żelaza, węgiel i wapień.

Recykling stali jest praktykowany głównie ze względów ekonomicznych, gdyż jej właściwości magnetyczne umożlwiają łatwe oddzielanie jej od innych materiałów. Co więcej jej właściwości chemiczne nie ulegają w czasie znaczącym zmianom, co zapewnia nieograniczone możliwości wykorzystania. Na przykład nasz samochód może być wykonany ze stali wyprodukowanej pierwotnie w 1950r.

Mimo licznych korzyści dla środowiska stal węglowa ma też swoje ograniczenia. Złom stalowy może być źródłem zanieczyszczeń pochodzących z farb, powłok czy innych materiałów na wyrobach stalowych, co komplikuje recykling oraz wymaga energochłonnych procesów czyszczenia. Dostępność stali może nie być doskonała, gdyż zależy od zachowań konsumentów oraz trwałości produktów stalowych. Nie każdy region posiada też odpowiednią infrastrukturę do recyklingu stali.

ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c. - obróbka CNC, usługi frezowania CNC

© 2024 All rights Reserved. Designed and powered by ZMZ Radosław Misztela, Kamil Kraska s.c.

Projekt graficzny: Magdalena Mirowska, Zdjęcia: Agnieszka Seklecka

This site is registered on wpml.org as a development site. Switch to a production site key to remove this banner.