Dlaczego S355J2 to jeden z najczęściej wykorzystywanych gatunków stali?

Stal to podstawowy materiał wykorzystywany przy wykonywaniu konstrukcji, budowie maszyn, urządzeń i pojazdów. Ze względu na różny skład poszczególnych stopów oraz rozmaite procesy technologiczne przy wytwarzaniu wyrobów stalowych poszczególne gatunki mają bardzo szeroki zakres podstawowych parametrów wytrzymałościowych. Charakterystyka niektórych gatunków zapewnia jednak dużą elastyczność i pozwala na używanie ich w wielu zastosowaniach.

Podstawowe właściwości materiałów konstrukcyjnych

Stal jest wybierana jako materiał do budowy maszyn, urządzeń i rozmaitych konstrukcji ze względu na swoje dobre właściwości, wyrażające się w korzystnym stosunku masy własnej do najważniejszych parametrów związanych z wytrzymałością na działanie wszelkiego rodzaju sił wewnętrznych i zewnętrznych. Ponieważ każda struktura podlega wielu obciążeniom zarówno ze względu na ich sposób oddziaływania – objętościowym, powierzchniowym, liniowym czy skupionym, jak i ich rozkładowi czasowemu – tj. obciążeniom dynamicznym, statycznym czy okresowo zmiennym, stop użyty do jej wykonania musi wykazywać się odpowiednim poziomem odporności na te, które są w konkretnym zastosowaniu najbardziej istotne. W celu dopasowania tworzonego projektu należy zawsze znaleźć taki gatunek stali, który może jednocześnie zagwarantować możliwość przeprowadzania takich rodzajów obróbki, które będą niezbędne w danym przypadku. Przy stalach maszynowych kluczowe będą zazwyczaj skrawalność czy hartowność, a przy stalach konstrukcyjnych głównym czynnikiem jest  na ogół ich spawalność – zauważa przedstawiciel firmy MTM Stal, specjalizującej się w dostarczaniu stali jakościowej.

Podstawowymi parametrami, jeśli chodzi o wytrzymałość poszczególnych stali, są ich granica plastyczności oraz wytrzymałość na rozciąganie. W przypadku pierwszego parametru chodzi o taką wartość naprężenia, której przekroczenie sprawi, że dojdzie do takiego przekształcenia sieci krystalicznej materiału wskutek poślizgów między warstwami atomów, iż po odciążeniu, nie powróci on już do pierwotnego kształtu. Wytrzymałość na rozciąganie jest natomiast wielkością siły wywołującą zmiany struktury metalu, która nastąpi bez powodowania jego uszkodzenia. Przekroczenie progu wytrzymałości na rozciąganie powoduje natomiast przerwanie ciągłości metalu. Istotna, z punktu widzenia tworzenia rozmaitych konstrukcji i wyliczania ich niezbędnych cech wytrzymałościowych, jest także znajomość innych wielkości wyznaczanych dla różnych gatunków stali eksperymentalnie, choćby modułu Young’a, wydłużalności, twardości czy wreszcie wytrzymałości zmęczeniowej.

Kolejnym ważnym, zwłaszcza w przypadku materiałów konstrukcyjnych obszarem będzie zwykle ich spawalność, ponieważ jest to zwykle najprostsza i najbardziej efektywna metoda łączenia metalu. Wiąże się ona z podatnością stopu na obróbkę termiczną i zdolnością do zachowania właściwej struktury wewnętrznej mimo jej przeprowadzenia. Wynika to z konieczności częściowego uplastycznienia powierzchni metalu, co pozwala na przemieszczanie się poszczególnych atomów scalanych fragmentów i tworzenie między nimi trwałych wiązań w obrębie nowej jednolitej sieci krystalicznej. W zależności od sytuacji analiza własności metalu może też obejmować zweryfikowanie jego składu chemicznego pod kątem podatności na korozję czy wysoką temperaturę.

Stale konstrukcyjne o podwyższonej wytrzymałości S335

Wybór właściwego gatunku stali przeznaczonego do wykonania konkretnego elementu musi uwzględniać wszystkie istotne parametry wytrzymałościowe. Ma to duże znaczenie dla niemal wszystkich cech tworzonej konstrukcji – odpowiednia odporność na obciążenia daje możliwość uzyskania mniejszych przekrojów poszczególnych części, a zatem przekłada się na niższą masę całości, a w efekcie bardziej kompaktowe rozmiary. Jednocześnie równie ważne będą uwarunkowania ekonomiczne, ponieważ za lepszymi parametrami idzie z reguły wyższy koszt produkcji, co bezpośrednio wpływa na cenę danego gatunku stali. Zadaniem projektanta będzie więc zawsze wyważenie wzajemnych relacji najważniejszych charakterystyk dostępnych stopów.

W praktyce projektowania rozmaitych konstrukcji często przyjmuje się pewien materiał bazowy, którego właściwości pozwalają na wykonanie znacznej części obciążanych elementów. Tam gdzie to możliwe poszukuje się mniej kosztownych, lecz spełniających z odpowiednim marginesem bezpieczeństwa alternatyw, a w zastosowaniach, w których będzie to konieczne dobiera się materiały bardziej kosztowne, ale lepiej odpowiadające istniejącym wymaganiom. Jednym z materiałów stanowiących solidną podstawę dla większości zastosowań konstrukcyjnych będą stale z rodziny S355. Są one wybierane zwykle na wiele elementów używanych w budownictwie – zarówno kształtowniki walcowane na gorąco, jak i zimnogięte o rozmaitych przekrojach otwartych lub zamkniętych od klasycznych dwuteowników przez pręty, aż po rury do wykonywania kratownic czy wsporników. Z gatunków stali 355 korzysta się również przy konstruowaniu maszyn i urządzeń używając jej na elementy ram, mocowań, ale także do wykonywania zbiorników i rurociągów.

Ze względu na swoją uniwersalność stale konstrukcyjne z rodziny S355 znajdują zastosowanie przy wykonywaniu dużej części powstających konstrukcji o różnym przeznaczeniu w większym lub mniejszym zakresie. Są one używane jako stale jakościowe o gwarantowanych parametrach wystarczających w znaczącej części zastosowań związanych z budową instalacji przemysłowych od platform wiertniczych po rurociągi rozprowadzające media przesyłane pod zwiększonym ciśnieniem. Nadają się także do budowy elementów pojazdów – samochodów ciężarowych, maszyn budowlanych i rolniczych.

Stal S355J2

Rodzina stali S355 obejmuje wiele gatunków stali różniących się nieco swoim składem a przy tym parametrami wytrzymałościowymi i w pewnym zakresie także możliwymi zastosowaniami. W przypadku stali S355J2 mamy do czynienia ze stalą krzemowo-manganową o bardzo dobrej spawalności. Zawiera ona 0,2% węgla, 1,5% manganu oraz od 0,2 do 0,5 krzemu. Jej twardość w stanie zmiękczonym to 220 HB, a wytrzymałość na rozciąganie (Rm) wynosi od 390 do 630 MPa, natomiast granica plastyczności kształtuje się na poziomie 355 MPa, zaś wydłużenie wynosi 22% powyżej grubości 40 mm, a 20% poniżej tej wartości. Cechą charakterystyczną stali S355J2 jest udarność na poziomie 27 J w temperaturze –20°C. W przypadku stali S355J2 możliwe jest wyżarzanie normalizujące w temperaturze 920–940°C. Stal nadaje się zarówno do kucia, jak i walcowania w temperaturze poniżej 1300°C. Nie nadaje się jednak do azotowania ani hartowania. Odpowiednikiem stali S355j2 jest stal 18G2A oraz 1.0562. Jako stal konstrukcyjna ogólnego przeznaczenia jest dostępna w formie blach, prętów oraz kształtowników.