Ocel je tvárná slitina železa s uhlíkem a dalšími legujícími prvky. Používá se k výrobě válcovaného kovu, nádobí, lékařských nástrojů, mechanismů a různých dílů pro průmysl. Slitina je téměř 99% železa. Uhlík zaujímá 0,1 až 2,14 % celkové hmotnosti kovu. Uhlík, mangan, křemík, hořčík, fosfor a síra mění fyzikální a chemické vlastnosti oceli. Množství nečistot určuje způsoby zpracování kovů a rozsah jeho použití. Výroba oceli zaujímá významný podíl v hutnictví železa.
Obsah
- Z čeho se vyrábí ocel?
- Jak prospěšné a škodlivé nečistoty ovlivňují vlastnosti oceli?
- Proč je ocel ve srovnání s litinou?
- Výhody a nevýhody oceli
- Výrobní metody
- Otevřené nístějové pece
- Metoda kyslíkového konvertoru
- Metoda elektrického oblouku
- Jak získáte ocel?
- Tavení vsázky železné rudy a ohřev lázně tekutého kovu
- Vařící kovová lázeň
- Dezoxidace oceli
- Jak je klasifikována ocel?
- Uhlíkové oceli
- Legované
- Klidné, poloklidné a vroucí
- Stavba
- Instrumentální
- Strukturální
- Oceli pro speciální účely
Z čeho se vyrábí ocel?
Ocel je jednou z nejžádanějších v průmyslu. Železo a uhlík jsou hlavními složkami pro výrobu oceli. Železo je zodpovědné za tažnost a houževnatost a uhlík je zodpovědný za tvrdost a pevnost.
Získá se deformovatelná slitina železa, která je vhodná pro mechanické, tepelné, soustružnické a frézovací zpracování. Litím, lisováním, řezáním, broušením a vrtáním se dosáhne požadovaného tvaru. Ocelové výrobky jsou získávány s přesně upravenými rozměry.
Železo a uhlík zabírají lví podíl na celkové hmotnosti, ale kromě nich ocel vždy obsahuje další nečistoty. Čistota nekovových vměstků určuje kvalitu oceli. Oxidy, sulfidy a škodlivé nečistoty jej činí křehkým a neplastickým. Jejich obsah se snižuje čištěním nebo se zavádějí další složky pro dosažení požadovaných fyzikálně-chemických vlastností.
Nečistoty mohou být prospěšné nebo škodlivé. Dělení je podmíněné a znamená, že prvky zlepšují chemické složení oceli nebo zhoršují její vlastnosti. Mezi užitečné prvky patří mangan a křemík. Síra, fosfor, kyslík, dusík, vodík jsou škodlivé nečistoty v oceli.
Jak prospěšné a škodlivé nečistoty ovlivňují vlastnosti oceli?
Vliv různých prvků v ocelích:
- Mangan zvyšuje kalitelnost kovu a neutralizuje škodlivé účinky síry.
- Křemík zlepšuje pevnost a podporuje deoxidaci slitiny, odstraňuje oxidy a sulfidy.
- Síra zhoršuje plasticitu a viskozitu. Jeho vysoký obsah se projevuje červenou křehkostí: při zpracování za tepla kov praská v oblasti červeného nebo žlutého žáru.
- Fosfor snižuje tažnost a houževnatost slitiny. Zvýšený obsah fosforu vede ke křehkosti za studena: při mechanickém zpracování kov praská nebo se láme na kusy.
- Kyslík a dusík ničí strukturu oceli, zhoršují houževnatost a tažnost.
- Vodík činí kov křehkým.
Pro odstranění škodlivých nečistot a nekovových vměstků se tekutá ocel rafinuje. Kombinovaná rafinace se používá v peci i mimo pec. Například dezoxidace, odsíření, odplynění a další. Díky čištění se kovová struktura stává homogenní a zvyšuje se kvalita.
Proč je ocel ve srovnání s litinou?
Kovy mají podobné složení a způsob výroby. Litina a ocel jsou slitiny železa, které se liší koncentrací uhlíku. V litině je to více než 2,14% celkové hmoty a v oceli – ne více než 2,14%. Kromě procenta uhlíku ve slitině se liší vlastnostmi. Litina je žáruvzdorná, tepelně náročná, lehká a odolná proti korozi. A ocel je pevnější, tvrdší a snadněji se obrábí.
Výhody a nevýhody oceli
Ocel je klasifikována podle chemického složení a fyzikálních vlastností. Různé druhy kovů mají své výhody a nevýhody.
Ve srovnání s jinými slitinami se ocel liší:
- vysoká síla;
- tvrdost;
- odolnost proti nárazu, statickému a dynamickému zatížení;
- vhodnost pro svařování, řezání a ohýbání obrobků mechanicky nebo ručně;
- dlouhodobá odolnost proti opotřebení;
- dostupnou cenu.
Mezi nevýhody oceli patří nestabilita vůči korozi, velká hmotnost a magnetizace. Aby se zabránilo znehodnocení ocelových výrobků, vyrábí se nerezová ocel. Pro získání slitiny odolné proti korozi se přidává chrom. Kompozice může také obsahovat nikl, molybden, titan, síru a fosfor.
Výrobní metody
K výrobě oceli se používají tři metody, z nichž každá má své výhody a nevýhody.
Otevřené nístějové pece
Použitá kamna jsou vyrobena z chrommagnezitových cihel. Taví suroviny, oxidují slitinu a odstraňují cizí vměstky. Pece lze použít pro výrobu uhlíkových a legovaných ocelí. Zahřívají se na teplotu +2000°C a umožňují přidání různých nečistot.
Metoda kyslíkového konvertoru
Jedná se o metodu, která získala titul univerzální. Používá se při výrobě feromagnetických slitin. Ocel se taví z tekutého železa a vsázky. Je použit konvertor vyložený žáruvzdornými materiály. Pro urychlení procesu oxidace je skrz něj přiváděn proud vzduchu.
Metoda elektrického oblouku
Principem výroby je uvolňování tepla při hoření elektrického oblouku. Tepelný režim zajišťuje tavení surovin při teplotě +6000°C. Díky němu se získávají vysoce kvalitní slitiny. Tato skupina má více dobře dezoxidovaných ocelí než ostatní oceli.
Jak získáte ocel?
Výroba oceli se skládá z několika fází. Porušení technologie ovlivňuje vlastnosti kovu.
Tavení vsázky železné rudy a ohřev lázně tekutého kovu
V první fázi se suroviny taví při nízké teplotě. S postupným zvyšováním teploty dochází k oxidaci železa, křemíku, manganu a fosforu. Obsah oxidu vápenatého se pak zvýší, aby se odstranil fosfor.
Vařící kovová lázeň
Zvýšení teploty a intenzivní oxidace železa zaváděním rudy, kotelního kamene a kyslíku. Zavedení přísad umožňuje získat oxid železa. Karbon s ním bude interagovat. Výsledné bublinky oxidu uhelnatého způsobují var slitiny. Nečistoty třetích stran ulpívají na bublinách, čímž čistí složení oceli. Sulfid železa je také odstraněn, aby se zbavil síry.
Dezoxidace oceli
V tomto procesu se redukuje oxid železa, který byl rozpuštěn v tekutém kovu. Při tavení vsázky kyslík oxiduje nečistoty, ale v hotové oceli ho není potřeba. Kyslík snižuje mechanické vlastnosti oceli, proto musí být obnoven a odstraněn. Ocel je dezoxidována feromanganem, ferosiliciem a hliníkem. Jakmile jsou ve slitině, deoxidační činidla tvoří oxidy s nízkou hustotou a poté přecházejí do strusky.
Jak je klasifikována ocel?
Fyzikálně-mechanické vlastnosti a chemické složení určují druhy kovů. Ocel se dělí podle složení, způsobu výroby, struktury a nečistot. Uhlíkové a legované oceli se vyznačují obsahem uhlíku a legujícími prvky. Slitiny běžné a vysoké kvality se dělí podle obsahu nečistot. Nástrojové, konstrukční a speciální oceli se dělí podle účelu.
Uhlíkové oceli
Uhlíková ocel obsahuje uhlík od 0,1 do 2,14 %. Množství uhlíku určuje skupiny oceli:
- Nízký obsah uhlíku obsahuje méně než 0,3 % uhlíku.
- Střední uhlík – od 0,3 do 0,7%.
- Vysoký obsah uhlíku – více než 0,7 až 2,14 %.
Struktura slitiny je určena procentem uhlíku. Ocel s 0,8 % uhlíku si zachovává feritovo-perlitovou strukturu a při jejím zvětšování ji mění na perlit a cementit. Transformace každé fáze se promítají do pevnostních charakteristik. Uhlíkové oceli jsou také rozděleny do skupin A, B, C, které jsou zase rozděleny do kategorií a jakostí.
Legované
Ocel je obohacena o mangan, chrom, nikl, molybden a další legující prvky. Množství nečistot se počítá celkem. V závislosti na jejich obsahu se rozlišují:
- nízkolegované – až 2,5% nečistot;
- středně legované – od 2,5 do 10%;
- vysoce legované – více než 10%.
Mangan zvyšuje pevnost a tvrdost materiálu, chrom zvyšuje rázovou houževnatost, tepelnou odolnost a odolnost proti korozi. Díky niklu je ocel pružná a odolná vůči vysokým teplotám.
Třídy oceli mají složitou strukturu. Nezapomeňte uvést jejich složení v sestupném pořadí. Začínají frakcí uhlíku a poté předepisují menší frakce legovacích přísad.
Klidné, poloklidné a vroucí
Oceli jsou klasifikovány podle stupně dezoxidace. Čím méně plynů je ve slitině, tím jednotnější je její struktura a čistší složení. Klidné oceli obsahují méně oxidu železitého, zatímco oceli varné obsahují velké množství oxidů. Bublinky oxidu uhelnatého zhoršují pevnost a tažnost kovu. Klidné oceli jsou stabilní a používají se v kritických výrobcích. Polotiché třídy jsou středně pevné, používají se jako konstrukční materiál. Vařící se bortí, praskají a špatně se svařují, proto stojí méně. Jsou povoleny v jednoduchém provedení.
Stavba
Nízkolegované slitiny normální kvality. Mají vyhovující mechanické vlastnosti, odolávají statickému i dynamickému zatížení a jsou vhodné pro svařování.
Instrumentální
Slitiny s vysokým obsahem uhlíku nebo slitiny. Vyrábějí se z nich raznice, řezné a měřicí nástroje. Podle toho se dělí na zápustkové kovy, slitiny pro řezné a měřicí nástroje. Název skupiny závisí na účelu ocelí. Například zápustková ocel se používá k výrobě nástrojů, které budou zpracovávat kovy pod tlakem.
Strukturální
Oceli s nízkým obsahem manganu. Dělí se na cementované, vysokopevnostní, automatické, kuličkové a další. Používá se pro výrobu součástí mechanismů nebo konstrukcí.
Oceli pro speciální účely
Tyto slitiny jsou klasifikovány jako konstrukční oceli. Jsou žáruvzdorné, žáruvzdorné, kyselinovzdorné, kryogenní, elektrické, paramagnetické, nemagnetické.
Vytvořte si na webu přihlášku, co nejdříve vás budeme kontaktovat a zodpovíme všechny vaše dotazy.
