Ocel

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Obsah 1 Definice 2 Vlastnosti ocele 3 Výroba ocele 4 Největší výrobci ocele 5 Druhy ocelí 5.1 Nelegované oceli 5.2 Nízkolegované oceli 5.3 Vysoce legované oceli 5.4 Rozdělení podle oblastí použití

[editovat] Definice

Ocel je slitina železa s uhlíkem, která obsahuje méně než 2,11% uhlíku. V praxi jsou jako ocele označovány slitiny které obsahují převážně železo a které je možno tvářet. Při obsazích uhlíku vyšších než 2,11% hovoří se o litinách. Zde je uhlík vyloučen jako grafit nebo cementit. Může se vyskytovat ve více fázích, které popisuje fázový binární diagram železo-uhlík.

• Austenit
• Ferit
• Perlit
• Ledeburit
• Cementit

[editovat] Vlastnosti ocele

Ocele jsou nejčastěji používanými kovovými materiály. Legováním uhlíkem a dalšími prvky a kombinací tepelného a tepelně-mechanického zpracování je možno ovlivnit vlastnosti ocele v širokém rozmezí a tak jejich vlastnosti přizpůsobit zamýšlenému použití. Strukturní složky jsou popsány v binárním diagramu železo-uhlík. Hustota ocele je 7,85 g/cm³. Měrná tepelná kapacita ocele je cca 470 J.kg^-1.K^-1 (závisí na obsahu příměsí).

[editovat] Výroba ocele

Výchozím materiálem pro výrobu ocele je zpravidla surové železo vyrobené ve vysoké peci redukcí oxidů železa obsažených v železné rudě. Ruda, koks a vápenec jsou vsazovány do vysoké pece a zde za vysokých teplot redukovány a taveny. Železo a struska jsou periodicky odebírány z vysoké pece a buďto odlévány do tzv. housek nebo jako tekutý kov transportovány přímo do oceláren.

Obsah uhlíku v surovém železe je příliš vysoký a proto je nutné jej oxidačním procesem v ocelářských zařízeních snížit. Toho se dociluje oxidací uhlíku buďto kyslíkem ze vzduchu (Thomasův nebo Bessemerův konvertor), profoukáváním kyslíkem (LD konvertor) nebo přisazováním železné rudy a ocelového odpadu do taveniny v nístějových pecích (Siemens-Martinův proces, elektrická oblouková pec). Po oduhličení a přisazení legujících prvků je tavenina odlévána do ingotů v kokilách nebo kontinuelně odlévána. Takto vyrobený polotovar je potom výchozím materiálem pro další zpracování válcováním nebo kováním.

Rozlišujeme tzv. uklidněné a neuklidněné ocele. U uklidněných ocelí je rozpuštěný kyslík vázán přísadou hliníku (Al) nebo křemíku (Si). V současné době je ocel vyráběna převážně v tzv. integrovaných hutních provozech, kde je koncentrována celá výroba od surového železa přes ocelárnu a válcovnu až k hotovému polotovaru. Rozšířeny jsou i tzv. miniocelárny, kde je ocel vyráběna z ocelového odpadu v elektrických pecích a odlévána v kontinuelním licím zařízení na bramy, sochory apod. Ocelové polotovary jsou dále zpracovány ve válcovnách na drát, plech, nosníky, kolejnice, profily,které jsou široce používány v průmyslu, stavebnictví atd. Část těchto polotovarů slouží jako výchozí materiál pro výrobu výkovků v kovárnách.

[editovat] Největší výrobci ocele

Nejvyšší produkci ocele vykazuje Čína, Japonsko a USA. V Evropě jsou nejvýznamnější Německo, Francie a Italie.

Statistické údaje 2003 podle Handelsblat Die Welt in Zahlen 2005)

Pořadí   Země    Mil.t/rok   Pořadí  Země   Mil.t/rok
     1  Čína        220,1      10  Itálie      26,7
     2  Japonsko    110,5      11  Francie     19,8
     3  USA          90,4      12  Taiwan      18,9
     4  Rusko        62,7      13  Turecko     18,3
     5  Již. Korea   46,3      14  Španělsko   16,5
     6  Německo      44,8      15  Kanada      15,9
     7  Ukrajina     36,9      16  Mexiko      15,2
     8  Indie        31,8      17  Anglie      13,3
     9  Brazílie     31,1      18  Belgie      11,1

V České republice bylo 2003 vyrobeno 6,7 mil t surové ocele.

[editovat] Druhy ocelí

V současné době je vyráběno asi 2 500 druhů ocelí. V normách (ČSN, DIN, atd.) jsou ocele rozděleny do skupin jednak podle chemického složení, jednak podle struktury a mechanických a fyzikálních vlastností.

Podle chemického složení jsou oceli rozdělovány do následujících skupin:

[editovat] Nelegované oceli

Zvané také uhlíkové oceli. Obsah legujících prvků je nižší než 2%. Zpravidla nejsou tepelně zpracovány.

[editovat] Nízkolegované oceli

Obsah legujících prvků po odečtení obsahu uhlíku je nižší než 5%. Mají podobné vlastnosti jako oceli nelegované, ale jsou vhodné pro tepelné zpracování. Tepelným zpracováním je u nich možno ovlivnit mechanické vlastnosti.

[editovat] Vysoce legované oceli

Obsah legujících prvků je vyšší než 5%. Kombinací legujicích prvků se dosahuje potřebných mechanických, fyzikálních a chemických vlastností.

[editovat] Rozdělení podle oblastí použití

Podle oblasti použití lze oceli rozdělit do následujících skupin:

• Stavební ocel – jsou zpravidla nelegované oceli používané ve strojírenství, stavbě budov apod.
• Automatové ocel – jsou oceli s přísadou síry nebo olova a snadným lomem třísky při obrábění.
• Betonářská ocel – na armovací drát nebo tyče ve stavebním průmyslu. Většinou nelegované nebo nízko legované ocele.
• Oceli na pružiny – musí vykazovat dobré statické a dynamické vlastnosti. Vhodné jsou zde nelegované oceli s vyšším obsahem uhlíku a oceli slitinové se zvýšeným obsahem manganu a chromu.
• Ocel k cementování – do této skupiny patří oceli s nízkým obsahem uhlíku, které mají i po kalení dobré plastické vlastnosti. Vysoké tvrdosti povrchu se dosahuje obohacením povrchových vrstev uhlíkem před kalením.
• Ocel pro elektrotechnické plechy – pro výrobu jader transformátorů a točivých strojů musí mít charakteristické magnetické vlastnosti, ale současně také schopnost k technologickému zpracování. Těmto účelům nejlépe vyhovují oceli s obsahem 1 až 4,5% křemíku (Si) a s minimálním obsahem uhlíku a dalších doprovodných prvků.
• Hlubokotažné ocele – jsou používány na výrobu hlubokotažných plechů. Plechy musí vykazovat především dobré plastické vlastnosti. Tyto oceli jsou nízkouhlíkové s minimálním obsahem doprovodných prvků. Zlepšení mechanických vlastností a jejich stability se dosahuje mikrolegováním hliníkem, titanem, vanadem, borem, zirkoniem a niobem. Jsou to zejména materiály pro karosářské plechy.
• Ocel k zušlechťováníí – oceli se sředním obsahem uhlíku, které se po kalení popouštějí na vyšší teploty, aby se dosáhlo vysoké houževnatosti při zachování dobré pevnosti.
• Antikorozní a žáruvzdorné ocele – vyrábějí se jako austenitické, nebo feritické oceli. Feritické obsahují minimálně 10% chromu, austenitické jsou ještě legovány niklem. Austenitické oceli jsou za pokojové teploty nemagnetické.
• Nástrojové ocele –jsou většinou slitinové středně a vysocelegované ocele s vyšším až vysokým obsahem uhlíku a používají se na výrobu nástrojů a forem. Označují se číslem 19000.

Poznámka: Damascénská ocel - tak je označován materiál na výrobu šavlí, mečů ap. Je znám svou vysokou pružností a pevností. Tento materiál však není jedním druhem oceli, ale sestává z různých druhů oceli, které jsou svařeny v ohni a kováním.

Další detailní infiormace: Jaroslav Jech: Tepelné zpracování oceli, SNTL 1969