Stal

Stal – stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie, o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11%, co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla, cementyt występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.

Im większa zawartość węgla, a w konsekwencji udział twardego i kruchego cementytu, tym większa twardość stali. Węgiel w stalach niskostopowych wpływa na twardość poprzez wpływ na hartowność stali; im większa zawartość węgla tym dłuższy czas jest potrzebny do przemiany perlitycznej – co w konsekwencji prowadzi do przemiany bainitycznej i martenzytycznej. W stalach stopowych wpływ węgla na twardość jest również spowodowany tendencją niektórych metali, głównie chromu, do tworzenia związków z węglem – głównie węglików o bardzo wysokiej twardości.

Według Polskiej Normy PN-EN 10020:2003 stal definiuje się jako materiał zawierający (masowo) więcej żelaza niż jakiegokolwiek innego pierwiastka, o zawartości węgla w zasadzie mniejszej niż 2% i zawierający inne pierwiastki. Ograniczona liczba stali chromowych może zawierać więcej niż 2% C, lecz 2% jest ogólnie przyjętą wartością odróżniającą stal od żeliwa^[1].

Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych zalicza się głównie metale, zwykle chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan. Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki i fosforu zwane są zanieczyszczeniami.

Stal otrzymuje się z surówki w procesie świeżenia lub – w nowoczesnych instalacjach hutniczych – z wykorzystaniem pieców konwertorowych, łukowych i próżniowych, pozwalających na uzyskanie wysokiej jakości stali. Pierwotnym produktem hutniczym jest staliwo (np. w postaci kęsów, kęsisk lub kęsisk płaskich), które przerabiane jest na stal za pomocą obróbki plastycznej. Stalowe wyroby hutnicze to m.in. pręty okrągłe, kwadratowe lub sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), blachy.

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):
- stal węglowa (niestopowa)
- stal stopowa
  - niskostopowa
  - średniostopowa
  - wysokostopowa

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:
- stal damasceńska
- stal toledańska

Właściwości fizyczne

gęstość^[2] ≈ 7,86 g/cm³
współczynnik liniowej rozszerzalności α = 12×10⁻⁶/K
współczynnik przewodzenia ciepła k = 58 W/(m·K)
współczynnik Poissona ν = 0,30
rezystywność (20 °C, 0,37–0,42% węgla) = 171×10⁻⁹ Ω·m

Właściwości mechaniczne i technologiczne

Są to parametry charakteryzujące przydatność stali w gospodarce. Ich wielkość uzależniona jest od składu stopu i obróbki. Podane poniżej wartości są charakterystyczne dla stali stosowanych w budownictwie.

Granica sprężystości określa maksymalne naprężenia, po ustąpieniu których materiał wraca do swoich pierwotnych wymiarów
Wytrzymałość na rozciąganie określana 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. Podczas badania próbki stali na zerwanie określane 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.
Sprężystość rozumiana jako zdolność materiału do odzyskiwania pierwotnej postaci po zaprzestaniu działania na niego sił powodujących odkształcenie. W zakresie naprężeń sprężystych obowiązuje prawo Hooke’a. Sprężystość materiału określa:
- współczynnik sprężystości podłużnej (moduł Younga) E, który dla stali ma wartość w granicach od 205 do 210 GPa (giga paskali)
- 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 twardego cementytu – czyli im większy jest procent węgla
Spawalność, to cecha stali pozwalająca na wykonanie trwałych połączeń przez spawanie
Odporność na działanie środowiska:
- odporność na działanie podwyższonych i niskich temperatur
- odporność na działanie czynników powodujących korozję chemiczną i atmosferyczną

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

Więcej informacji Pozycja, Państwo ...

Produkcja stali w tys. ton^[3]
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

Zamknij

W światowej produkcji stali surowej, wynoszącej w 2001 r. ok. 850 mln ton, przodowały Chiny (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%) i Indie (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]:

ArcelorMittal Luksemburg
Baosteel Group Chiny
POSCO Pohang Iron and Steel Company Korea Południowa
Nippon Steel Japonia
JFE Holdings Japonia
Jiangsu Shagang Group Chiny
Tata Steel(inne języki) Indie
Angang Steel Company Chiny
Sevierstal Rosja
Evraz Group Luksemburg(inne języki)
US Steel Corporation USA
Shougang Corporation Chiny
Gerdau Brazylia
Nucor Corporation USA
Wuhan Iron and Steel Chiny
Steel Authority of India Limited Indie
Hebei Iron and Steel Chiny
Gruppo Riva Włochy
Sumitomo Metal Industries Japonia
ThyssenKrupp Niemcy
Novolipetsk Steel Rosja
IMIDRO Iran
Magnitogorsk Iron and Steel Works Rosja
China Steel(inne języki) Tajwan
Laiwu Chiny
Hyundai Steel(inne języki) Korea Południowa
CELSA Hiszpania
Metinvest Ukraina
Techint (Tenaris) Włochy
Erdemir Turcja

W budownictwie stanowi jeden z kilku podstawowych materiałów konstrukcyjnych. Najczęściej używane w tej dziedzinie gospodarki gatunki stali to ogólnego przeznaczenia i stale 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

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:

karoseria samochodów
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]

Szybkie fakty

Zamknij

Szybkie fakty

Zamknij

Szybkie fakty

Zamknij

[1]
Norma PN-EN 10020:2003. Definicja i klasyfikacja gatunków stali. 2003-07-08.
[2]
CRC Handbook of Chemistry and Physics, 83th ed.; s. 12-204; CRC Press LLC: Boca Raton, 2003.
[3]
United States Geological Survey.
[4]
Światowy rynek węgla koksowego. min-pan.krakow.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2014-06-29)]..
[5]
Rośnie światowa produkcja stali.
[6]
Chiny wyprodukowały ponad połowę światowej stali.
[7]
Polska zyskuje w rankingu producentów stali.
[8]
Produkcja stali w Polsce rośnie. Jesteśmy światowym ewenementem
[9]
Wzrosła produkcja stali na świecie
[10]
Lista 30 największych producentów stali 2010.
[11]
DRZWI LOFTOWE – GDEL [online], gdel.pl [dostęp 2022-09-23].
[12]
Drzwi loftowe Warszawa, ścianki loftowe, meble loftowe | Steel and Loft [online], Drzwi loftowe, ścianki loftowe, meble loftowe-SteelandLoft [dostęp 2021-03-11] (pol.).
[13]
Drzwi Loftowe – Meble Industrialne – Meble Loftowe [online], Loft & Design [dostęp 2021-05-08] (pol.).

Fotoreportaż przemysł stalowy (niem.)
Polska Unia Dystrybutorów Stali (pol.)

[stal1-1] [1]
Norma PN-EN 10020:2003. Definicja i klasyfikacja gatunków stali. 2003-07-08.

[2] [2]
CRC Handbook of Chemistry and Physics, 83th ed.; s. 12-204; CRC Press LLC: Boca Raton, 2003.

[3] [3]
United States Geological Survey.

[4] [4]
Światowy rynek węgla koksowego. min-pan.krakow.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2014-06-29)]..

[5] [5]
Rośnie światowa produkcja stali.

[6] [6]
Chiny wyprodukowały ponad połowę światowej stali.

[7] [7]
Polska zyskuje w rankingu producentów stali.

[8] [8]
Produkcja stali w Polsce rośnie. Jesteśmy światowym ewenementem

[9] [9]
Wzrosła produkcja stali na świecie

[10] [10]
Lista 30 największych producentów stali 2010.

[11] [11]
DRZWI LOFTOWE – GDEL [online], gdel.pl [dostęp 2022-09-23].

[12] [12]
Drzwi loftowe Warszawa, ścianki loftowe, meble loftowe | Steel and Loft [online], Drzwi loftowe, ścianki loftowe, meble loftowe-SteelandLoft [dostęp 2021-03-11] (pol.).

[13] [13]
Drzwi Loftowe – Meble Industrialne – Meble Loftowe [online], Loft & Design [dostęp 2021-05-08] (pol.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]