Stale konstrukcyjne S235JR i S355: oznaczenia i różnice

S235JR to podstawowa stal konstrukcyjna o minimalnej granicy plastyczności 235 MPa. S355 to mocniejsza odmiana o granicy 355 MPa, stosowana tam, gdzie konstrukcja ma być lżejsza albo bardziej obciążona. Obie opisuje norma PN-EN 10025-2, a ich symbole mówią wprost, czego można od stali oczekiwać. Poniżej rozkładamy oznaczenia na części i porównujemy dwa gatunki.

Jak czytać symbol stali konstrukcyjnej

Symbol składa się z kilku członów, z których każdy coś znaczy. Litera S oznacza stal konstrukcyjną (od angielskiego structural). Liczba następująca po niej to minimalna granica plastyczności w megapaskalach dla najmniejszych grubości wyrobu. Dalej pojawia się oznaczenie klasy udarności, a czasem litery dodatkowe.

Część symbolu	Znaczenie	Przykład
S	stal konstrukcyjna	S235, S355
235, 355	minimalna granica plastyczności, MPa	235 MPa, 355 MPa
JR	praca łamania 27 J w temperaturze pokojowej	S235JR
J0	27 J w temperaturze 0 stopni Celsjusza	S355J0
J2	27 J w temperaturze minus 20 stopni Celsjusza	S355J2
K2	40 J w temperaturze minus 20 stopni Celsjusza	S355K2
H	profile zamknięte (rury, kształtowniki) wg EN 10210	S355J2H

Zapis S355J2H oznacza więc stal o granicy plastyczności 355 MPa, z udarnością 27 J w niskiej temperaturze, w postaci profilu zamkniętego. Spotyka się go w rurach i kształtownikach konstrukcyjnych dostarczanych według normy dla wyrobów gorącowykańczanych.

S235JR: stal do zastosowań ogólnych

S235JR to tania i łatwa w obróbce stal niskowęglowa. Dobrze się spawa, gnie i zgrzewa, a obróbka skrawaniem nie sprawia kłopotów. Nadaje się na ramy maszyn, osłony, podstawy, wsporniki, konstrukcje lekkie i elementy, w których sztywność wynika z geometrii, a nie z wytrzymałości materiału. Starsze dokumenty używają dla zbliżonej stali nazwy St3S.

Ograniczeniem jest jej wytrzymałość przy większych obciążeniach i praca w niskich temperaturach. Udarność JR gwarantuje się tylko w temperaturze pokojowej, więc przy pracy na zewnątrz zimą trzeba sięgnąć po gatunki J0 lub J2.

S355: stal o podwyższonej wytrzymałości

S355 to stal konstrukcyjna drobnoziarnista o wyższej zawartości manganu i granicy plastyczności 355 MPa. Przy tym samym obciążeniu pozwala zmniejszyć przekrój elementu, a więc masę konstrukcji. Wykorzystuje się ją w halach, suwnicach, ramach pojazdów, elementach maszyn ciężkich i konstrukcjach mostowych. Wymaga nieco większej staranności przy spawaniu, bo wyższy ekwiwalent węgla zwiększa skłonność do pęknięć zimnych, szczególnie przy grubych blachach.

Porównanie S235JR i S355 w pigułce

Cecha	S235JR	S355 (np. J2)
Granica plastyczności (cienkie wyroby)	235 MPa	355 MPa
Wytrzymałość na rozciąganie	ok. 360-510 MPa	ok. 470-630 MPa
Udarność	27 J w temperaturze pokojowej	27 J w temp. od 0 do -20 stopni zależnie od klasy
Spawalność	bardzo dobra	dobra, przy grubych elementach wymaga procedury
Cena i dostępność	niższa, bardzo szeroka oferta	wyższa, dużo profili i blach
Typowe użycie	ramy, osłony, elementy lekkie	konstrukcje nośne, hale, maszyny ciężkie

Podane przedziały wytrzymałości są orientacyjne i zmieniają się z grubością wyrobu. Dokładne wartości sprawdź w normie lub w atestach hutniczych dostawy.

Spawanie i obróbka obu gatunków

S235JR spawa się praktycznie każdą metodą, zwykle bez podgrzewania, o ile blachy nie są bardzo grube. Przy S355 rośnie znaczenie procedury spawania: dobór materiału dodatkowego, temperatura międzyściegowa, a przy większych grubościach wstępne podgrzanie. Wynika to z wyższego ekwiwalentu węgla, który zwiększa ryzyko twardych struktur w strefie wpływu ciepła.

W obróbce skrawaniem obie stale zachowują się poprawnie. S355 jest nieco twardsza i daje bardziej obciążone narzędzie, ale różnica rzadko wymusza zmianę parametrów. Cięcie plazmą, laserem i tlenem sprawdza się w obu przypadkach, a zmiany stanu powierzchni po cięciu termicznym trzeba uwzględnić przed spawaniem lub malowaniem.

Błędy przy doborze stali konstrukcyjnej

• Zamawianie S355 tam, gdzie o sztywności decyduje geometria, bo mocniejsza stal nie zmniejszy ugięcia, które zależy od modułu sprężystości, takiego samego dla obu gatunków.
• Pomijanie klasy udarności przy konstrukcjach pracujących na mrozie lub pod obciążeniem dynamicznym.
• Mieszanie gatunków w jednym złączu bez przemyślanej procedury spawania.
• Ignorowanie wpływu grubości: dla grubszych wyrobów granica plastyczności maleje względem wartości podanej w symbolu.
• Brak atestu, który potwierdza deklarowany gatunek i skład partii.

Ostatni punkt ma praktyczne znaczenie. Wymiana na S355 daje oszczędność masy tylko wtedy, gdy projektant uwzględnił zmienne obciążenia i zmęczenie. Dla elementów zginanych o dużej smukłości decyduje często sztywność, a nie wytrzymałość, więc większy zysk daje zmiana przekroju niż zmiana gatunku.

Zabezpieczenie przed korozją

Żadna z tych stali nie jest odporna na korozję atmosferyczną. Konstrukcje na zewnątrz zabezpiecza się cynkowaniem ogniowym albo systemem malarskim, a elementy w suchych halach często wystarcza zagruntować. Przed cynkowaniem trzeba pamiętać o otworach odpowietrzających w zamkniętych profilach i o tym, że skład stali, zwłaszcza krzem, wpływa na grubość i wygląd powłoki cynku. Wybierając gatunek, ustal z cynkownią, czy dostarczona partia nadaje się do tej technologii.

Jak dobrać stal konstrukcyjną

1. Zacznij od obliczeń: jakie obciążenia przenosi element i z jakim współczynnikiem bezpieczeństwa.
2. Jeśli element jest sztywny z natury, na przykład szeroka rama, wystarczy S235JR. Gdy trzeba zmniejszyć masę lub przekrój, rozważ S355.
3. Sprawdź temperaturę pracy. Przy pracy na zewnątrz i w mrozie wybierz klasę udarności J0, J2 lub K2.
4. Zaplanuj spawanie: grubość, temperatura, wstępne podgrzewanie i dobór materiału dodatkowego.
5. Wybierz stan dostawy i zabezpieczenie powierzchni, na przykład cynkowanie lub malowanie.

Stal konstrukcyjna nie jest przeznaczona do hartowania. Gdy element ma mieć wysoką twardość powierzchni, rozważ gatunek ulepszalny, jak opisany w artykule o stali C45, oraz odpowiednią obróbkę cieplną stali. Układ całej rodziny stali pokazuje tekst o rodzajach stali.