stale klasyfikacja

STALE

Ze względu na przyjęcie europejskich przepisów dotyczących zbiorników ciśnieniowych, niezbędne stało się wprowadzenie europejskich norm dla materiałów. Różnice pomiędzy starym a nowym systemem klasyfikacji i oznaczeń (a co za tym idzie i własnościami stali) są na tyle znaczące, że wymagane jest ich dokładne omówienie.UWAGA: należy z ostrożnością podchodzić do podręczników materiałoznawstwa, poradników etc., gdyż te wydane przed 2004r. będą z pewnością zawierały odnośniki do starych norm (te wydane po 2004r r. – mogą, ale nie muszą zawierać nowe oznaczenia).

Przykładowo, patrząc na stale na zbiorniki ciśnieniowe widać różnice nie tylko w sposobie oznakowania, ale również i w składzie stali, a co za tym idzie i własnościach. Przykładowo, w starych stalach kotłowych (St36k, St41k i St44k) zawartość siarki i fosforu była na poziomie 0,45% i spadała do 0,4% w stali 18CuNMT to nowe stale typu P…H (i P…L) mogą posiadać max 0,025%S i 0,03% P.

1. Klasyfikacja stali wg. PN-EN 10020:2003.

Stal jest to materiał zawierający (masowo): więcej żelaza niż jakiegokolwiek innego pierwiastka; o zawartości węgla w zasadzie mniej niż 2%; zawierający również inne pierwiastki.

Pewna ograniczona liczba stali chromowych może zawierać więcej niż 2% C; lecz wspomniane 2% jest ogólnie przyjętą graniczną wielkością, dla odróżnienia stali od żeliwa.

Klasyfikacja stali opiera się na zawartości pierwiastków w analizie wykopowej (norma lub warunki dostawy) i zależy od ich minimalnej zawartości. W przypadku, gdy norma podaje tylko max. wartości, to do klasyfikacji stali przyjmuje się tylko 70% tej wielkości – zgodnie z wartościami podanymi w tab.1.

Stalami odpornymi na korozje są stale zawierające co najmniej 10,5% Cr i max 1.2 % C. Podział stali odpornych na korozję pokazano w tab.2.

Innymi stalami stopowymi są stale nie odpowiadające definicji stali odpornych nas korozję, dla których co najmniej zawartość jednego z w/w pierwiastków osiąga lub przekracza graniczną wartość podaną w tab.1.

1

Tab.1. Graniczne wartości zawartości pierwiastków dla określenia granicy miedzy stalami stopowymi i niestopowymi – wg. analizy wytopowej. Wartości w [%] udziału masowego.

Symbol Pierwiastek Udział [%] Symbol Pierwiastek Udział [%]

Al aluminium 0,30 Ni nikiel 0,30B bor 0,0008 Pb ołów 0,40Bi bizmut 0,10 Se selen 0,10Co kobalt 0,30 Si krzem 0,60Cr chrom 0,3 Te telur 0,10Cu miedź 0,4 Ti tytan 0,05La lantanowce

(każdy)0,1 V wanad 0,10

Mn mangan 1,65* W wolfram 0,30Mo molibden 0,08 Zr cyrkon 0,05Nb niob 0,06 Inne (poza węglem, fosfo-

rem, siarką i azotem) -każdy0,10

*) max 1.8%

Stalami odpornymi na korozję ( wg. normy) są stale zawierające co najmniej 10.5 % Cr i max. 1.2 % C. Podział stali odpornych na korozje pokazano w tab.2.

Tab.2 Podział stali odpornych na korozję.

Stale odporne na korozję:według zawartości niklu: nierdzewneNi<2.5 % żaroodporneNi 2.5 % żarowytrzymałe

Innymi stalami stopowymi są stale nie odpowiadające definicji stali odpornych na korozję i dla których zawartość, co najmniej jednego z pierwiastków stopowych osiąga lub przekracza wartości graniczne wg. tab.1.

Stale niestopowe dzieli się na: stale niestopowe jakościowe inne niż niestopowe stale specjalne.

Stale konstrukcyjne drobnoziarniste spawalne, w tym stale na rury ciśnieniowe i zbiorniki ciśnieniowe :

posiadające minimalną granicę plastyczności <380 [N/mm2] dla grubości elementów 16 mm;

2

posiadające odpowiednią zawartość pierwiastków stopowych (wg. normy);

praca łamania na próbkach Charpy V w t=-50oC 27 J (próbki wzdłużne) lub 16 J ( próbki poprzeczne).

Oznaczenia stali wg. PN-EN 10027-1.

Klasyfikację oznaczeń stali można podzielić na dwie grupy, wg. poniższej tabeli (tab.3.)

Tab.3. Klasyfikacja znaków stali.Klasyfikacja znaków stali:Znaki wskazujące na zastosowanie oraz mechaniczne lub fizyczne własności stali

Znaki wskazujące na skład chemiczny stali

2. Oznakowanie stali wg. własności mechanicznych i zastosowania.

Oznakowanie to składa się z ciągu liter i cyfr, przy czym pierwszym symbolem jest litera wskazująca na przeznaczenie, a drugim cyfra wskazująca na wytrzymałość stali, wg poniższego schematu (tab.4).

Tab.4. Ważniejsze znaki wskazujące na zastosowanie oraz mechaniczne własności stali.

Oznaczenie literowe Oznaczenie cyfroweS - stale konstrukcyjneP – pracujące pod ciśnieniemL – na rury przewodoweE – stale maszynowe

Liczba równa min. granicy plastyczności [N/mm2] dla najmniejszej grubości wyrobu

B - stale do zbrojenia betonu Charakterystyczna granica plastyczności N/mm2]Y - stale do betonu sprężonego Minimalna wytrzymałość na rozciąganie N/mm2]R – stal na szyny lub w postaci szyn Minimalna wytrzymałość na rozciąganie N/mm2]H - wyroby płaskie walcowane na zimno ze stali o podwyższonej wytrzymałości do kształtowania na zimno

Minimalna granica plastyczności [N/mm2]

T – j.w. Minimalna wytrzymałość na rozciąganie N/mm2]D - wyroby ze stali miękkich do kształtowania na zimno (poza tymi ze znakiem H)M – stale elektrotechniczne

Tab.5. Oznaczenia stali konstrukcyjnych.

3

Symbole główne Symbole dodatkoweLitery Własności

mechaniczneDla stali grupy 1 Dla stali grupy

2Dla wyrobów

G- staliwoS - stal

Minimalna granica plas-tyczności Re[MPa] dlanajmniejszegozakresuwymiarówprodukowanychelementówelementów

Udarność/praca łamania [J] Temp. próby[oC]

C – do formowania na zimnoD - do walcowania na goracoE – do emaliowaniaF- do kuciaL – do stosowania w niskich temperaturachT – na ruryW odpornych na korozje atmosferyczną

Wg. załączników do normy

27[J] 40 [J]

60 J]

JR KR LR 20J0 K0 L0 0J2 K2 L2 -20J3 K3 L3 -30J4 K4 L4 -40J5 K5 L5 -50J6 K6 L6 -60M-walcowanych termomechanicznieN- normalizowanych lub walcowanych normalizujacoQ – ulepszanych cieplnieG inne cechy

Do grupy 1 należą stale oznaczane według zastosowania i własności mechanicznych. Przykłady oznaczeń stali :S185 – stal konstrukcyjna o Re=185 [MN/m2] (N/mm22);S 355JR- stal konstrukcyjna o Re=355 [MN/m2] (N/mm22), o udarności w temp. +20oC w wysokości min. 27 [J].S 355N- stal konstrukcyjna o Re=355 [MN/m2] (N/mm22), normalizowana.

Tab.6. Oznaczenia stali do pracy pod ciśnieniem.



2Dla wyrobów

G- staliwoP – stal do pracy pod ciśnieniem


M-walcowanych termomechanicznieN- normalizowanych lub walcowanych normalizujaco;T – na rury;B- na butle gazowe;S- na proste zbiorniki ciśnieniowe;Q – ulepszanych cieplnieG inne cechy;

H – wysoka temperatura;L - niska temperatura;R – tempera-tura pokojowaX – wysoka i niska temperatura


Przykładowe oznaczenia:P265B; P355M; P355 Q.

Tab.7. Oznaczenia stali dla rur do pracy pod ciśnieniem.

4



2Dla wyrobów

L – stal na rury przewodowe


M-walcowanych termomechanicznieN- normalizowanych lub walcowanych normalizująco;G inne cechy (uzupełnione 2 cyframi)M, N, Q – stale drobnoziarniste

Klasa wymagań


Przykładowe oznaczenia: L360M, L265 Q

Do grupy drugiej należą stale oznaczane według składu chemicznego. Oznaczenia stali wg. składu chemicznego:

1. Stale niestopowe (bez stali automatowej) o średniej zawartości manganu Mn<1% (podgrupa 2.1).

C50 – cyfra oznacza średnią zawartość węgla [%] x100 (w tym przypadku zaw. węgla = 0.5%).

2. Stale o średniej zawartości manganu 1% i stale stopowe, bez szybkotnących o zawartości każdego pierwiastka stopowego <5% (podgrupa 2.2).

Ccc sssssssssss nn-nn-nn-nn-nnGdzie : ccc – liczba = 100xśrednia zawartość węgla [%];

ssss – symbole pierwiastków chemicznych – składników stopowych stali uporządkowane wg. malejącej zawartości , a gdy dwa mają taką samą zawartość – to wg. kolejności alfabetycznej;nn- liczby odpowiadające zawartości poszczególnych pierwiastków stopowych (średnio)x współczynniki z tab. 8.(zaokrąglone do najbliższej liczby całkowitej) oddzielone od siebie kreską poziomą.

Przykładem może być stal, dawniej oznaczana jako 09G2Cu o zawartości:Cmax = 0.12%; Mn1.2-1.8%; Cu<1%. Według nowej normy oznaczenie tej stali to:9MnCu6-10

3. Stale stopowe (bez stali szybkotnących) zawierające co najmniej 1 pierwiastek stopowy w ilości 5% (podgrupa 2.3):

X Ccc ssssssss nn-nn-nn-nn-nnGdzie : X – symbol grupy stali

5

ccc – liczba = 100xśrednia zawartość węgla [%];ssss – symbole pierwiastków chemicznych – składników stopowych stali uporządkowane wg. malejącej zawartości , a gdy dwa mają taką samą zawartość – to wg. kolejności alfabetycznej;nn- liczby odpowiadające zawartości poszczególnych pierwiastków stopowych (średnio)x współczynniki z tab. 8.(zaokrąglone do najbliższej liczby całkowitej).

Przykładem może być stal X7Ni36 o zawartości węgla średnio 0.07% (max. 0.1 %) i niklu średnio 9% (dawniej oznaczana jako X7Ni9).

4. Stale szybkotnące (podgrupa 2.4.) – oznaczenie rozpoczyna się od liter HS (nie omawiane – bo na s nie interesują).

Tab. 8. Tabela współczynników do oznaczania stali.

Pierwiastek WspółczynnikCr, Co, Mn, Ni, Si, W 4Al.,Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V,Zr 10Ce, N, P, S, 100B 1000

Norma PN-EN 10027-2 podaje również system cyfrowy oznaczania stali, który z braku miejsca nie będzie tu omówiony. Zainteresowane osoby winny we własnym zakresie przeczytać wspomnianą normę.

WŁASNOŚCI MECHANICZNE CZĘŚCI ZŁĄCZNYCH WYKONYWANYCH ZE STALI WĘGLOWYCH ORAZ STOPOWYCH (śruby i śruby dwustronne).

Oznaczenia śrub zawarte są w normie PN-EN-ISO 898-1 z lutego 2001r.

Dla śrub z gwintem zwykłym od M1.6 do M39 i drobnozwojnym od M8x1 do M39x3 poddawanych naprężeniom rozciągającym oznaczenie własności składa się z 2 liczb: Pierwsza liczba stanowi 1/100 nominalnej wytrzymałości na rozciąganie

materiału śruby Rm [N/mm2; MN/m2]; Druga stanowi 10x krotność stosunku dolnej granicy plastyczności ReL (lub

umownej granicy plastyczności) do nominalnej wytrzymałości na rozciąganie Rm.

Iloczyn obu tych liczb stanowi 1/10 granicy plastyczności w [N/m2; MN/m].

6

Tab.1 Dane dla stosowanych gatunków stali na śruby złączne.Minimalne wydłużenie po zerwaniu Amin [%]

Nominalna wytrzymałość na rozciąganie Rm [N/mm2]

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

78

9 6.8 12.9

10 10.9

12 5.8 9.8*

14 8.8

16 4.818

20 5.6

22 4.6

25 3.630*)- dotyczy tylko średnicy gwintu d < 16 mm.W rubryce nominalna wytrzymałość na rozciąganie Rm rubryka np. 200 oznacza stale o Rm od 200 do 300 [N/mm2].UWAGA: jak widać, na śruby stosowane są tylko wybrane stale.

Przykładowe oznaczenie stali 3.6 - zgodnie z powyższą definicją oznacza: 3 – 1/100Rm, czyli RM= minimum 300 N/mm2;

6 – oznacza, (10xRe)/Rm. Czyli Re/Rm = 0.6 ; czyli Re =0.6xRm= 0.6x300 = 240 N/mm2 (minimum).

Tab.2 Wpływ temperatury na własności śrub.

Klasa własności

Temperatura [oC]+20 +100 +200 +250 +300

5.6 300 270 230 215 1958.8 640 590 540 510 480

Tab.3. Skład chemiczny stali stosowanych na śruby.

7

Klasa własności

Materiał i obróbka Skład chemiczny [%] Temperatura odpuszczania

Cmin Cmax Pmax Smax Bmax [oC]3.6 Stal węglowa 0,2 0,05 0,06 0,0034.6 0,55 0,05 0,06 0,0034.8 0,55 0,05 0,06 0,003

8

5.6 0,13 0,55 0,05 0,06 0,0035.8 0,55 0,05 0,06 0,0036.8 0,55 0,05 0,06 0,0038.8* Stal węglowa z

dodatkami stopowy-mi (B, Mn, Cr) hartowana i odpuszczana

0,15 0,4 0,35 0,035 0,003 425

8.8 Stal węglowa hartowana i odpuszczana

0,25 0,55 0,35 0,035 0,003 425

9.8 Stal węglowa j.w. 0,15 0,35 0,35 0,035 0,003 4259.8 Stal węglowa j.w. 0,25 0,55 0,35 0,035 0,003 425*) w przypadku średnic >20 mm może wystąpić konieczność stosowania stali o klasie własności 10.9 dla zapewnienia odpowiedniej twardości.

Rys. .1 Cechowanie umieszczone na łbie śruby: (symbol cyfrowy i kod zegarowy) Xyz – cecha identyfikujaca wytwórcę; 5.6 – klasa własności (można pisać 56 – z pominięciem kropki)Tab.4. Własności mechaniczne i fizyczne śrub i srub dwustronnych (wyciąg z normy )

WłasnościMechaniczne i fizyczne

Klasy własności3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8

d<168.8d>16

9.8d<16

9

Nominalna wytrzymałość na rozciąganie Rmnom[N/mm2]

300 400 400 500 500 600 800 800 900

Rmmin[N/mm2] 330 400 420 500 520 600 800 830 900

Twardość wg. Rockwella min. HRB

52 67 71 79 82 89

HRC 22 23 28max HRB 95 99,5

HRC 32 34 37

Dolna granica plastyczności

ReL[N/mm2] nominalna

180 240 320 300 400

minimalna 190 240 340 300 420 480

Umowna granica plastyczności

Rp0,2[N/mm2] nominalna

640 640 720

minimalna 640 640 720

Wydłużenie po zerwaniu Amin [%]

25 22 - 20 - - 12 12 10

Przewężenie po zerwaniu Zmin[%]

52 52 48

Udarność KUmin [J] 25 30 30 25

Tab. 5. Minimalna siła zrywająca [N] (AsnomxRmmin) – gwinty metryczne zwykłe.

Gwint Asnom

[mm2]

Klasy własności3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8

M8 36,6 12100 14600 15400 18300 19000 22000 29200 32900M10 58 19100 23200 24400 29000 30200 34800 46400 52200M12 84,3 27800 33700 35400 42200 43800 50600 67400 75900M16 157 51800 62800 65900 78500 81600 94000 125000 141000M20 245 80800 98000 103000 122000 127000 147000M24 353 116000 141000 148000M27 459 152000M30 561 185000

WŁASNOŚCI MECHANICZNE NAKRĘTEK O WYSOKOŚCI NOMINALNEJ 0.8d (czynna długość gwintu 0.6 D).

10

Zalecane klasy mechaniczne nakrętek do współpracy ze śrubami złącznymi wg. PN-EN 20898-2 zawiera poniższa tabela.

Klasa własności mechanicznych nakrętek

Śruby współpracująceKlasa własności wytrzymałościowych

Zakres średnic

4 3,6; 4.6; 4.8; >M165 3.6; 4.6; 4.8; M16

5.6; 5.8; M396 6.8 M398 8.8 M399 9.8 M16

10 10.9 M3912 12.9 M39

Klasa własności mechanicznych nakrętek to liczba wskazująca maksymalną klasę własności mechanicznych śrub, z którymi nakrętki mogą współpracować.

Połączenia gwintowe należy projektować tak, aby powodem uszkodzenia było zawsze pękanie trzpienia. Zerwanie gwintu – zwłaszcza w nakrętce – jest mało widoczne i często stopniowe i trudne do wykrycia. Wprowadza to ryzyko, że częściowo uszkodzone części mogą pozostać w zespole złącznym. Śruba (wkręt) o odpowiedniej klasie, skojarzona z nakrętką o odpowiedniej klasie własności mechanicznych zgodnie z powyższą tabelą może być dokręcana do obciążenia próbnego bez zerwania. Przekroczenie obciążenia próbnego przy właściwym (zalecanym) doborze klas własności mechanicznych śruby i nakrętki zapewnia przewidywaną awarię minimum 10% połączeń nadmiernie dokręconych – w formie uszkodzenia śruby, dla ostrzeżenia użytkownika, że takie postępowanie przy montażu nie jest odpowiednie

Rys. 3. Znakowanie nakrętek – symbol cyfrowy.

11

Rys.4. Znakowanie nakrętek – kod zegarowy.

12

stale klasyfikacja

Documents