Podstawą klasyfikacji stali może być, oprócz sposobu jej wytwarzania: stopień odtlenienia, stopień czystości, skład chemiczny, podstawowe zastosowanie, rodzaj wyrobów, postać. Najczęściej, ze względów praktycznych, klasyfikację przeprowadza się na podstawie składu chemicznego lub zastosowania.
Stale węglowe (
stale niestopowe) zawierają, oprócz żelaza, głównie węgiel oraz niewielkie ilości pierwiastków pochodzących z procesów hutniczych; są to zanieczyszczenia (siarka, fosfor, tlen, wodór, azot) oraz domieszki, których zawartość nie może przekraczać określonych umownych ilości. Stale węglowe dzieli się na:
niskowęglowe (do 0,25% węgla),
średniowęglowe (0,35–0,6% węgla) i
wysokowęglowe (powyżej 0,6% węgla).
Stale stopowe zawierają, oprócz żelaza i węgla, jeden lub więcej pierwiastków (dodatków stopowych) w ilości przekraczającej granicę ustaloną dla stali węglowych; wprowadza się je podczas wytapiania lub obróbki pozapiecowej w celu nadania określonych właściwości (chemicznych, elektrycznych, mechanicznych); najczęściej stosowanymi dodatkami stopowymi są: chrom, nikiel, wolfram, molibden, mangan, krzem, wanad, tytan, kobalt, aluminium. Rozróżnia się:
stale niskostopowe (zawartość jednego pierwiastka — oprócz węgla — nie przekracza 2,5%, a suma zawartości pierwiastków stopowych łącznie nie przekracza 3,5%),
stale średniostopowe (zawartość jednego pierwiastka wynosi 2–8%, a suma zawartości pierwiastków stopowych łącznie nie przekracza 12%),
stale wysokostopowe (zawartość jednego pierwiastka przekracza 8%, a suma zawartości pierwiastków stopowych w stali łącznie nie przekracza 55%). W zależności od głównego pierwiastka lub kilku pierwiastków występujących w stali stopowej rozróżnia się m.in. stal: manganową, krzemową, manganowo-krzemową, niklową, chromową, chromowo-niklową, chromowo-molibdenową, chromowo-manganowo-krzemową, chromowo-niklowo-molibdenową.
Zależnie od zastosowania stale węglowe i stopowe dzieli się na stale: konstrukcyjne, narzędziowe i specjalne (o szczególnych właściwościach).
Stale konstrukcyjne są przeznaczone na elementy konstrukcji, części maszyn i urządzeń technologicznych pracujących w temperaturze od –40°C do +300°C w środowisku chemicznie nieagresywnym; odznaczają się wysoką wytrzymałością na obciążenia przy dobrych właściwościach plastycznych. Wśród stali konstrukcyjnych rozróżnia się: a) stale niestopowe (węglowe); b) stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości (stale z mikrododatkami), o zawartości 0,02–0,2% węgla, do 1,6% manganu, do 0,1% niobu, wanadu, tytanu, boru i aluminium; c) stale do
nawęglania, o zawartości do 0,25% węgla i do kilku procent chromu, niklu, molibdenu, manganu; d) stale do
azotowania, zawierające 0,25–0,45% węgla oraz aluminium, chrom i molibden; e) stal do
ulepszania cieplnego zawierające 0,25–0,5% węgla oraz chrom, nikiel, molibden, wanad, mangan i krzem; f)
stale łożyskowe (przeznaczone na elementy łożysk tocznych) o zawartości 0,9–1,1% węgla, do 2% chromu, 1% manganu oraz do 0,5% krzemu i molibdenu; g)
stale sprężynowe (na sprężyny, resory itp.) zawierające ok. 0,5% węgla, 1–2% krzemu oraz do 1% manganu i chromu. Konstrukcyjne stale stopowe mają lepsze właściwości wytrzymałościowe i technologiczne niż stale węglowe, zależnie od składu chemicznego, charakteryzuje je wysoka
granica sprężystości, odporność na ścieranie i stabilność wymiarowa.
Stale narzędziowe są stosowane do wyrobu różnego rodzaju narzędzi (pilników, pił, wierteł) służących do kształtowania materiałów, głównie przez skrawanie lub obróbkę plastyczną; odznaczają się przede wszystkim bardzo dużą twardością i odpornością na ścieranie, a także — zależnie od zawartości dodatków stopowych — wytrzymałością na obciążenia, odpornością na działanie podwyższonej temperatury, stabilnością wymiarową. Do stali narzędziowych zalicza się:
stale do pracy na zimno (przeznaczone do wyrobu narzędzi, które podczas pracy nie nagrzewają się powyżej temperatury 250°C) — pierwiastkami stopowymi w tych stalach są głównie chrom, wolfram i wanad;
stale do pracy na gorąco (przeznaczone do wyrobu narzędzi, które podczas pracy mogą się nagrzewać do temperatury 700°C), zawierające: 0,3–0,55% węgla, 1–5% chromu, 0,1–1,8% wanadu, 0,4–3% molibdenu;
stale szybkotnące, przeznaczone na narzędzia skrawające umożliwiające obróbkę mechaniczną z dużymi szybkościami skrawania (ok. 30 m/min) i in., wymagające zachowania twardości i odporności na ścieranie w temperaturze 500–650°C.
Stale specjalne są przeznaczone do pracy w warunkach specjalnych (np. w wysokich temperaturach, w agresywnych chemicznie środowiskach); odznaczają się szczególnymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi; są to m.in.:
stale nierdzewne, zawierające do 0,4% węgla i minimum 13% chromu, wykazujące odporność na korozyjne działanie środowisk utleniających (powietrza, pary wodnej, roztworów zasadowych, słabych kwasów organicznych), stosowane do wyrobu urządzeń dla przemysłu chemicznego, na narzędzia medyczne, pomiarowe i in.;
stale kwasoodporne, zawierające ok. 0,1% węgla oraz 16–25% chromu, 4–30% niklu, niekiedy molibden (do 5%), tytan (do 0,8%) lub niob (do 1%), odznaczające się odpornością na działanie środowisk utleniających, a także większości kwasów nieorganicznych i organicznych oraz barwników, stosowane m.in. do wyrobu urządzeń dla przemysłu chemicznego i spożywczego;
stale żaroodporne, zawierające zwykle 0,1–0,2% węgla oraz chrom (5–25%), krzem, aluminium, molibden, odznaczające się odpornością na działanie gazów utleniających w wysokiej temperaturze (żaroodporność);
stale żarowytrzymałe, zawierające 0,1–0,4% węgla oraz chrom (15–30%), nikiel (8–25%), molibden, wolfram, wanad, wykazujące zdolność zachowywania dobrych właściwości mechanicznych w wysokiej temperaturze (żarowytrzymałość); stale żaroodporne i żarowytrzymałe są stosowane m.in. do wyrobu aparatury chemicznej, osłon pirometrów, armatury piecowej, urządzeń energetycznych, silników odrzutowych;
stale automatowe, zawierające zwykle 0,1–0,4% węgla, 0,1–0,35% siarki i 0,035–0,8% fosforu, czasami mangan (0,5–1,8%), odznaczające się bardzo dobrą skrawalnością, przeznaczane do wyrobu śrub, nakrętek, sworzni itp.;
stale o specjalnych właściwościach magnetycznych, stanowiące zarówno miękkie, jak i twarde
materiały magnetyczne; do pierwszych zalicza się stale niskowęglowe i stale krzemowe, stosowane do produkcji prądnic, rdzeni transformatorów itp., do drugich — stale wysokowęglowe (1–1,5% węgla), a także stale stopowe zawierające ok. 1% węgla oraz wolfram, chrom, molibden i kobalt, stosowane jako magnesy trwałe;
stale o specjalnych właściwościach mechanicznych: stale o specjalnej odporności na ścieranie, np.
stal Hadfielda, zawierająca 1–1,3% węgla, 11–14% manganu i 0,3–0,5% krzemu, stosowana na elementy rozjazdów kolejowych i tramwajowych, wykładziny młynów kulowych, gąsienice i in.; stale o bardzo wysokiej wytrzymałości, do których należy stal maraging — wysokostopowa, niskowęglowa stal odporna na korozję, o zawartości do 0,03% węgla, do 18% niklu, 8–20% kobaltu, 3–10% molibdenu, 0,1–1,6% tytanu, ok. 0,1% aluminium, stosowana jako materiał konstrukcyjny do wytwarzania elementów pracujących w szerokim zakresie temperatur: od –200°C do +600°C.
