Ocel je oblíbený konstrukční materiál na bázi železa. Ve své čisté formě je již poměrně pevný, tažný a odolný proti opotřebení. Někdy ale tyto vlastnosti nestačí. Například pro stavbu mostů musí být ocel obzvláště pevná a odolná proti korozi, aby odolala hmotnosti automobilů, vodě, větru a nízkým teplotám. Legování – přidání nečistot – pomáhá dodávat materiálu takové kvality. Tento proces umožňuje výrobu široké škály oceli. Mluvíme o těch nejoblíbenějších a vysvětlujeme, proč je taková rozmanitost nezbytná.
Výroba oceli začíná tavením železné rudy v konvertoru, otevřené nístěji nebo elektrické peci. Tam se čistí od látek, které zhoršují jeho vlastnosti, a do kompozice se přidává uhlík pro pevnost a zhutnění materiálu. Dále může být ocel legována, ale o tom později. Nejprve vám řekneme, jaký druh materiálu se v této fázi získává.
Jednoduchá slitina železa a uhlíku se nazývá nelegovaná nebo uhlíková ocel. I přes předběžnou filtraci v ní stále najdete křemík, hořčík, síru, fosfor, dusík a řadu dalších prvků – vyčistit rudu do ideálního stavu je technicky nemožné. V každém případě bude základem materiálu, tedy více než 95 %, železo. Množství přidaného uhlíku se může měnit od 0,05 do 2,14 %. Pokud je tohoto prvku více, stává se ocel litinou.
Každá ocel navíc před zahájením práce prochází deoxidací – odstraněním oxidu železa ze slitiny. Pokud tento proces přeskočíte, materiál rychleji selže a bude hůře zpracovatelný. Pro takové čištění se do roztavené oceli přidávají deoxidační činidla (hliník, křemík, mangan a další): reagují s kyslíkem a oddělují se od celkové hmoty ve formě plynných, kapalných nebo pevných útvarů. Usazenina je poté odstraněna před vytvrzením materiálu. Podle průběhu tohoto procesu může být ocel vroucí, klidná nebo poloklidná.
Uhlíkové oceli lze také klasifikovat podle použití:
Strukturální (s obsahem uhlíku do 0,8 %). Tedy vše, co se používá k vytvoření konstrukcí nebo dílů pro ně. Takové oceli, v závislosti na množství nečistot, mohou být běžné kvality nebo vysoce kvalitní – ve druhém je obsah přebytečných prvků minimální.
Instrumentální (s obsahem uhlíku vyšším než 0,8 %). Používá se pro tavicí nástroje. Ty se zase dělí na kvalitní a kvalitní.
Pro zlepšení vlastností materiálu se do něj během tavení vnášejí nové látky. Tento proces se nazývá legování a výsledná ocel se nazývá legovaná. Další prvky ve složení zvyšují pevnost, odolnost proti korozi a další ukazatele. Přidání chrómu do směsi tedy činí běžnou ocel nerezovou a titan činí materiál tažnějším.
Legujících prvků je celkem 18. Do slitiny může být vložen jeden nebo několik. Důležitý bod: pokud existuje mnoho různých nečistot, může dojít k nestabilitě mechanických charakteristik.
V závislosti na procentu legujících prvků se ocel dělí na tři typy:
Nízká slitina. Až 2,5 % legujících prvků. Vlastnosti materiálu potřebného pro obrábění kovů se zde prakticky nemění, ale objevují se další pozitivní vlastnosti.
Středně legované. Až 10 % legujících prvků. Nových vlastností je více, ale kujnost a svařitelnost je nižší.
Vysoce legované. Více než 10 % legujících prvků. Nejodolnější a zároveň nejdražší.
Legovaná ocel je díky svému složitému složení mnohem dražší. Mohou být, stejně jako uhlíkové, instrumentální nebo konstrukční, obyčejné, kvalitní a kvalitní, stejně jako zvláště kvalitní.
Uhlíková ocel je označena kombinací písmen St, ke které je přidáno číslo: jde-li o ocel běžné kvality, bude označovat podmíněné číslo jakosti oceli, pokud je vysoce kvalitní, bude označovat průměrné procento uhlíku v složení, vynásobené 100. Například slitina označená St3 je ocel běžné kvality s uhlíkem od 0,14 do 0,22 % a slitina St30 je vysoce kvalitní ocel s uhlíkem od 0,27 do 0,35 %.
K názvu lze přidat další hodnoty písmen:
K vytvoření konstrukční výztuže se často používají uhlíkové oceli běžné kvality, například St3kp a St3ps
U legovaných ocelí je vše poněkud jiné. V jeho označení musí výrobce uvádět nejen množství uhlíku, ale také obsah přídavných prvků. Název je sestaven pomocí následujícího vzorce:
První číslo je množství uhlíku vynásobené 100.
Dále následuje písmeno – označení legujícího prvku.
Volitelně za ním může být další číslo – množství legujícího prvku ve složení. Je potřeba pouze v případě, že materiál uvnitř je více než 1,5 %.
Písmeno „A“ nebo „W“ na konci je znakem kvality oceli. První používají vysoce kvalitní, druhý – zvláště kvalitní.
Legování oceli je užitečný proces, který rozšiřuje možnosti materiálu a jeho aplikací. Křemíkové nečistoty tedy umožňují zvýšit elasticitu a odolnost pružin proti opotřebení, zatímco přísady hořčíku pomáhají udržovat pevnost dílů nucených pracovat při vysokých rychlostech. A bez přidání chrómu a niklu do slitiny by nebylo možné vytvořit vysoce kvalitní a odolné lékařské nástroje, stejně jako tepelně odolné parní turbíny a ventily motorů.
Jiné problémy řeší nelegované oceli. Jsou levnější a jsou potřebné pro výrobu nástrojů a konstrukcí, které se nepoužívají v obtížných podmínkách. Kromě toho jsou obvykle vhodnější pro svařování, kování a odlévání: slitiny během těchto procesů mohou vyhořet v místě ohřevu.
Jakákoli ocel je tedy dobrá, pokud se používá správně. Proto je při výběru důležité pečlivě prostudovat složení a vlastnosti materiálu – pochopit, jak ovlivní práci a konečný výsledek.
