Co to jest stal? Jakie ma właściwości i zastosowanie?

Stal to bardzo popularny surowiec budowlany. Jest wytrzymały, względnie tani w produkcji, posiada dobre właściwości mechaniczne i nie sprawia trudności w razie demontażu i utylizacji. Sprawdźmy więc, wg jakich kategorii możemy podzielić ten surowiec, takie konkretne cechy ma stal i gdzie jest najpowszechniej wykorzystywany.

Stal – skład, budowa

Stal jest stopem żelaza z węglem o gęstości ok. 7,86 g/cm³. Jest on wcześniej obrobiony plastycznie i cieplnie. Zawartość węgla w żelazie nie przekracza 2,11% i jest to jednocześnie jego maksymalne, graniczne stężenie. Definicję stali w prosty sposób określa Polska Norma PN-EN 10020:2003 wg której stalą można nazwać każdy materiał, który zawiera więcej żelaza niż innych pierwiastków oraz węgiel o stężeniu mniejszym od 2%.

Podział stali – rodzaje

Stal jako surowiec możemy podzielić według kilku kryteriów. Najpopularniejszy jest podział stali z uwagi na jego skład chemiczny. Wyróżnia się zatem stal:

• stopową
• niskostopową
• wysokostopową
• węglową (w tym: niskowęglową, wysokowęglową oraz średniowęglową)

Stal można również podzielić z uwagi na jej zastosowanie. Będzie to zatem stal:

• konstrukcyjna
• narzędziowa
• specjalna

Jako ciekawostkę można dodać, że obecnie udało się skatalogować ponad 3 tysiące gatunków stali.

Sprawdź również: Co to jest próba srebra?

Produkcja stali: jak powstaje stal?

Do produkcji stali wykorzystuje się tzw. wsad, który składa się z rudy żelaza oraz innych dodatków. Wsad przetapia się najpierw w wielkich piecach, który na skutek tego procesu, przybiera postać płynną (nazywaną surówką). W tej postaci materiał jest traktowany tlenem oraz wysoką temperaturą (powyżej 1000 stopni Celsjusza). To powoduje, że od surówki oddzielają się produkty niepożądane, takie jak żużel czy gaz wielkopiecowy.

W procesie przetapiania można wykorzystać również różne dodatki, które wpływają na przyszłe właściwości mechaniczne stali. Tak przygotowany materiał odlewa się w specjalnych formach. Stal może być wtedy poddawana wstępnej obróbce plastycznej, np. walcowaniu.

Zastosowanie stali

Stal z racji swoich wyjątkowych właściwości, ma całkiem spore zastosowanie. Z tego powodu wykorzystuje się ją m.in. przy produkcji:

• puszek na konserwy
• karoserii samochodów
• gwoździ i narzędzi ręcznych
• noży
• elementów infrastruktury drogowej i kolejowej
• pokryć dachowych
• profili konstrukcyjnych

Właściwości fizyczne stali

Największą zaletą stali jest jej wysoka odporność na ściskanie i rozciąganie. Ponadto stal jest twarda, sprężysta, posiada wysoką temperaturę topnienia, doskonale przewodzi ciepło i energię elektryczną. Stal dobrze poddaje się również obróbce cieplnej i plastycznej.

Niestety dosyć znaczącą wadą stali jest jej podatność na korozję. W tym celu do jej produkcji wykorzystuje się domieszki innych pierwiastków. Powierzchnię stali można dodatkowo poddać procesowi galwanizacji oraz ocynkowania.

Gęstość	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