Druhy a klasifikace jakostí oceli | Článek od Velund Stal Moscow Group

Ocel je chápána jako slitina železa Fe a uhlíku C s obsahem uhlíku C ve slitině nejvýše 1,5 %. Oceli používané při výrobě spojovacích prostředků lze v závislosti na procentuálním obsahu uhlíku a legujících prvků rozdělit do následujících skupin.
Nelegované nízkouhlíkové ocel s obsahem 0,22 % C se používá k výrobě málo pevných spojovacích prostředků (šrouby, šrouby, matice, hřebíky). Tento typ oceli se v souladu s doporučeními DIN označuje písmeny „St“ a číslem, které určuje desetinnou část hodnoty mezní pevnosti v tahu. Například St 38 je nízkouhlíková ocel (C – 0,22 %) vyznačující se hodnotou pevnosti v tahu rovnou 380 N/mm.sq.
V závislosti na způsobu výroby existuje několik druhů oceli. Jedním z nich je vroucí ocel, během procesu tavení a po jeho ukončení je pozorována aktivní emise plynu. Tato ocel se označuje pomocí písmene U před St. V ruské odborné terminologii se takové oceli označují např. 08 kp.
Dalším typem je klidná ocel (na rozdíl od varné oceli). Označuje se pomocí písmene R před St. Při získávání této třídy oceli se „vroucí“ ocel „zklidní“ nebo dezoxiduje přidáním křemíku nebo hliníku, které zlepšují strukturu oceli. Tuzemští výrobci označují tento typ oceli jako 10sp. Uhlíkové oceli používané v železářství se obvykle dělí na oceli za studena (DIN 1654), zušlechtěné a kalené oceli (DIN 17200) a povrchově kalené oceli (cementované) podle DIN 17210. Uhlíkové oceli této skupiny se dělí na 3 druhy podle kvality:
— vysoce kvalitní ocel, označená symbolem uhlíku C a číslem udávajícím její procentuální obsah, např. ocel C 35 obsahuje 0.35 % uhlíku.
— vysoce jakostní ocel, označená symbolem Ck a číslem udávajícím procento uhlíku, např. Ck 35. Na rozdíl od jakostní oceli je zde obsah fosforu a síry max. 0.035 %, zatímco C35 obsahuje nečistoty ne více než 0.045 %.
— ocel za studena, označená jako Cq. Má specifické vlastnosti, které umožňují použití metod tváření za studena pro jeho zpracování. Ocel Cq 35 obsahuje 0.35 % C a ne více než 0.035 % P a S.
Ve skupině legovaných uhlíkových ocelí, stanovené výše uvedenými normami, by se měl zvýšit procentuální obsah chemických prvků, které se v běžných ocelích objevují jako stopy nebo jako nečistoty, a přidat další. V tomto případě se mění vlastnosti oceli: zvyšuje se mechanická pevnost, odolnost proti korozi atd. Označení takových ocelí obsahuje v označení na první pozici počet setin procenta obsahu uhlíku C, dále jsou uvedeny symboly legujících chemických prvků v pořadí, které určuje pokles jejich obsahu v oceli. Tento výraz končí číslem (nebo posloupností čísel) ukazujícím kvantitativní míru obsahu uvedených legujících prvků:
— pro Cr, Co, Mn, Ni, Si, W — počet čtvrt procenta (0,25 %);
— pro Al, Cu, Mo, Ti, V — počet desetin procenta (0,1 %);
— pro C, P, S, N — setiny;
— pro B — tisíciny procenta.

Například ocel třídy 36Cr Ni Mo 4 obsahuje 36/100 = 0,36 % uhlíku C a 4/4 = 1 % chrómu Cr, 0,25 % niklu, 0,1 % molybdenu.

Zde jsou příklady nejoblíbenějších prvků a jejich vliv na vlastnosti ocelí při legování.
Uhlík (С) — prvek, který do značné míry určuje mechanické vlastnosti oceli. Pro výrobu spojovacích prostředků se používají oceli, ve kterých procento uhlíku nepřesahuje 0,5 %. S rostoucím obsahem uhlíku v oceli se zvyšuje pevnost v tahu nebo mez pevnosti v tahu, ale zároveň jsou omezené možnosti tváření za studena (pěchování). Pokud je obsah uhlíku v oceli vyšší než 0,3 %, pak lze takovou ocel podrobit tepelnému zpracování.
Nikl (Ani) zvyšuje prokalitelnost, rázovou houževnatost při nízkých teplotách a nemagnetické vlastnosti. Obsah 8 % niklu (Ni) a 18 % chromu (Cr) dodává oceli nerezové vlastnosti.
S přihlédnutím k austenitické struktuře oceli je v metrické soustavě označena A2. Americké normy označují ocel A2 jako 18.8 a toto označení může být některými mylně interpretováno jako pevnost v tahu, například šrouby vyrobené z oceli s třídou pevnosti 18.8.
Chrome (SG). Zavedení tohoto prvku do složení oceli zvyšuje prokalitelnost a pevnost v tahu. Přítomnost chrómu v oceli v množství přesahujícím 12,5 % dává důvod klasifikovat ocel jako nerezovou.
Molybden (Mo) zvyšuje prokalitelnost a snižuje křehkost po popouštění. Přidáním molybdenu získává ocel tepelnou pevnost. Zavedení 2-3 % Mo do slitiny v kombinaci s 18 % Cr a 12 % Ni výrazně zvyšuje korozní odolnost oceli. Austenitická nerezová ocel tohoto složení se používá pro výrobu spojovacího materiálu v kyselinovzdorném provedení, označení takové oceli je A4.
Mangan (mn) V nízkouhlíkových ocelích se obvykle objevuje jako křemík, fosfor a síra jako nečistota. Přidání manganu do oceli během vaření může zvýšit její pevnost a tvrdost, stejně jako odolnost výrobků z ní proti opotřebení, ale také to má za následek citlivost na přehřátí a v důsledku toho křehkost při vysokých teplotách.
Titan (Ti) Používá se v metalurgii ke stabilizaci úrovně tzv. intrakrystalické koroze u nerezových ocelí. Stejný účinek je pozorován po zavedení tantalu (Ta) и neobia (Nb).
Бор (В) – relativně nový legující prvek pro ocel používaný k výrobě spojovacích prvků. Jeho velmi malá množství (0,002-0,003 %) výrazně zlepšují tvrdost kovu, což umožňuje široké použití tváření za studena při výrobě kalených spojovacích prvků z nízkouhlíkových ocelí.
Cementované ocelmají relativně nízký obsah uhlíku a používají se k výrobě velmi tvrdých a otěruvzdorných povrchů na spojovacích prvcích, když jsou kalené s přídavkem uhlíku. Tyto oceli se používají při výrobě šroubů se závitem, samořezných a samořezných šroubů a také šroubů do sádrokartonu.

Ocel je slitina železa s uhlíkem, stejně jako s přidáním různých nečistot, které jsou nezbytné pro získání zlepšených technických vlastností materiálu. Jeho výroba spočívá v recyklaci šrotu a litiny různými metodami: otevřená nístěj, konvertor a elektrické tavení. Během tohoto procesu se snižuje podíl uhlíku a přebytečných nečistot.

Podstatou výroby oceli je odstraňování uhlíku a dalších chemických prvků tavením vsázky sestávající z tekutého nebo surového železa, ocelového šrotu, železné rudy a vápence. Tavení se provádí v různých ocelářských jednotkách: otevřené nístějové pece, konvertory, elektrický oblouk, elektrická indukční a další metalurgické jednotky.

Ocelářský průmysl vyrábí mnoho druhů oceli a zušlechťuje ji přidáváním nebo odstraňováním prvků a nečistot.

Za normálních podmínek se používají jednoduché uhlíkové oceli; při vysokých teplotách a aktivních médiích – speciálních legovaných (například pro výrobu čerpadla pro čerpání kyselin, mechanismů pracujících v mořské vodě atd.).

Klasifikace

V současné době existuje mnoho druhů oceli, aby bylo snazší je pochopit a zapamatovat si, bylo vytvořeno několik klasifikací, které odrážejí její vlastnosti.

Podle chemického složení

Vyznačují se zvláště čistým složením, ve kterém jsou hlavními složkami železo a uhlík a je v něm velmi málo nečistot. Dělí se podle množství uhlíku ve slitině na:

• Nízký obsah uhlíku s obsahem uhlíku do 0,3 %.
• Střední uhlíky obsahují od 0,3 % do 0,6 % uhlíku.
• Vysoký obsah uhlíku více než 0,6 % uhlíku.

Poměr složek ve slitině určuje její pevnost, tekutost, tažnost, svařitelnost a sklon k deformaci. To je důležité vzít v úvahu při výběru uhlíkové oceli pro práci. Uhlíková ocel je vynikající pro všechny typy obrábění kovů a nejčastěji se používá v obecných průmyslových aplikacích.

Legované oceli se liší od uhlíkových ocelí svým složením. Kromě všech uvedených složek jejich složení zahrnuje různé přísady pro zlepšení technických vlastností. Mohou to být kovy i nekovy a do kompozice se přidávají během procesu legování. Takové přísady se nazývají legující prvky. Nejběžnější legované prvky jsou:

Tento materiál může výrazně zvýšit pevnost a prokalitelnost oceli a také odolnost proti korozi. Zároveň je jeho cena levná, takže jde o jeden z nejběžnějších slitinových prvků.

Zvyšuje odolnost proti korozi a často se používá současně s chromem. Jeho použití snižuje práh křehkosti za studena a snižuje tepelnou roztažnost.

Molybden a wolfram.

Zahrnuto ve složení pro zvýšení odolnosti proti opotřebení a tepelné odolnosti rychlořezné oceli. Významnou nevýhodou těchto materiálů je jejich vysoká cena.

Do 0,6 % je standardní nečistota. Přidáním více manganu do slitiny se zvyšuje odolnost proti opotřebení, tvrdost a rázová houževnatost při zachování dobré tažnosti. Nevýhodou manganu je jeho citlivost na přehřátí.

Do 0,4 % je také standardní nečistota. S rostoucím množstvím křemíku roste pevnost materiálu a také jeho elasticita. Takové slitiny se častěji používají v elektrotechnice, při výrobě jakostí odolných vůči usazeninám a kyselinám.

Přídavek titanu zvyšuje pevnost, elasticitu a tepelnou odolnost materiálu.

V závislosti na množství a procentuálním podílu přísad ve slitině se rozlišují:

• Nízkolegované – množství přísad do 4%
• Středně legované – až 11%
• Vysoce legované – více než 11%.

Kvalita uhlíkových i legovaných ocelí závisí na chemickém složení slitiny a přítomnosti škodlivých materiálů v ní – síry a fosforu, protože tyto prvky značně zhoršují fyzikální, chemické a technologické vlastnosti materiálu. V závislosti na množství síry a fosforu se ocel dělí na:

• Běžná kvalita (0,045-0,060 % síry; 0,04-0,07 % fosforu)
• Vysoce kvalitní (ne více než 0,04% síry a 0,035-0,04% fosforu)
• Vysoká kvalita (ne více než 0,02 % síry a 0,03 % fosforu)
• Zvláště vysoká kvalita (ne více než 0,015 % síry a ne více než 0,025 % fosforu)

Do cíle

Všechny uhlíkové a legované oceli jsou rozděleny do 3 skupin v závislosti na jejich účelu.

Používají se pro výrobu strojních dílů, lodí, stavebních konstrukcí, svařovaných kovových konstrukcí, armatur a tak dále. Jsou nejběžnějším typem. Po odlití musí ocel projít tepelným zpracováním ve formě kalení a popouštění nebo normalizace.

Konstrukční oceli zahrnují uhlíkové oceli běžné jakosti (třídy St1, St0. ) a vysoce jakostní oceli (třídy St5, St10, St15. ).

Legované konstrukční oceli zahrnují nízkolegované a středně legované třídy (20Х, 15ХФ, 40Х, 45ХН).

Konstrukční oceli mohou být podle svých chemických vlastností korozivzdorné, kyselinovzdorné, okují atd.

Používají se k výrobě řezných nástrojů, lisů, vrtáků, fréz, nožů atd. Proto musí být velmi odolné proti opotřebení, odolné vůči teplu a kalcinaci.

Tuto skupinu tvoří vysoce legované slitiny, ve kterých více než 10 % tvoří přísady chrómu, niklu a manganu, niklu a titanu. Do této skupiny patří slitiny odolné proti korozi (chrom minimálně 13 %), žáruvzdorné slitiny 9-17 % chrómu a 2 % křemíku), magnetické, žáruvzdorné, kyselinovzdorné atd.

Metodou dezoxidace

Deoxidace je proces, který odstraňuje oxid železa z oceli. Vzniká ve slitině při procesu tavení, má však značnou nevýhodu – vysoké riziko koroze oceli.

Dezoxidace se provádí přidáním křemíku, manganu nebo hliníku do licí pánve. Podle způsobu dezoxidace se rozlišují:

Deoxidace se provádí pomocí manganu. Během procesu chlazení oceli se uvolňují plyny a surovina se zdá být vroucí. Odtud pochází název. Obvykle jsou takové oceli nízkouhlíkové, běžné jakosti nebo vysoce kvalitní.

Dezoxidujte přidáním hliníku, manganu a křemíku. V tomto případě kyslík interaguje s deoxidačními činidly, vznáší se a je odstraněn. Chlazení bez varu nebo vývoje plynu.

Legované, vysoce kvalitní a uhlíkové oceli.

Deoxidujte pomocí manganu a hliníku. Pouze karbonové. Dobré kování.

Podle struktury

Klasifikace podle struktury je rozdělena do 2 skupin:

• V žíhaném stavu (rovnováze)

Existuje 6 tříd:

1. Hypoeutektoidní. Kompozice obsahuje ferit a perlit, což je směs dvou fází – feritu a cementitu (neboli karbidů). Tato třída zahrnuje všechny uhlíkové a nízkolegované ocelové slitiny.
2. Eutektoidní. Díky perlitové struktuře je dosaženo dobré obrobitelnosti ocelové slitiny. Jeho rozptýlené typy jsou troostit a sorbitol.
3. Hypereutektoidní. Perlit a cementit, který je zástupcem intruzních fází.
4. ledeburit. Primární ledeburit (eutektická směs perlitu a cementitu).
5. austenitické. Jsou to pevné roztoky, které obsahují hodně uhlíku. Vznikají při vysokých koncentracích chrómu, niklu a manganu. Hlavní výhodou je vysoká úroveň rázové houževnatosti.
6. Feritický. Jedná se o tuhé roztoky, které téměř nejsou nasycené uhlíkem.

Uhlíkové oceli mají strukturu prvních 3 tříd, legované oceli mají strukturu všech 6 tříd.

• V normálním stavu

Konstrukce je nestabilní. Při určité rychlosti ochlazování může získat strukturu perlitu, troostitu a sorbitolu. Zahrnuje všechny uhlíkové a nízkolegované oceli.

Jsou vysoce odolné. Po ochlazení se vytvoří pevná, jemně rozptýlená struktura. Vysoce legované a středně legované.

Vzniká, když má slitina vysokou hmotnost niklu a manganu v kombinaci s chromem. Výhodou třídy je vysoká rázová houževnatost.

Třída zahrnuje nízkolegované a středně legované, konstrukční a nástrojové oceli.

značkování

Všechny druhy oceli podléhají značení. Pro značení se používá sada čísel a písmen, které odpovídají kvalitě slitiny.

Oceli běžné jakosti jsou označeny písmeny Art. Dále napište index značky (0-6) a úroveň dezoxidace.

Pokud tomuto označení předchází písmeno A, znamená to, že slitina má zaručené mechanické parametry. Pokud je písmeno B, pak má zaručené chemické složení. Pokud je písmeno B, pak má garantované mechanické a chemické parametry.

• U vysoce kvalitních ocelí nejsou na začátku označení žádná písmena a uhlík je uveden v procentech. Na konci – deoxidace. Uhlík v setinách %. Například 05 kp. Obsah uhlíku – 0,05 %
• U na začátku znamená vysoce kvalitní nástrojové oceli. Uhlík v setinách procenta, s písmenem A na konci (kvalitní slitina). Například U9A znamená, že jde o vysoce kvalitní uhlíkovou ocel s obsahem uhlíku 0,09 %.
• P na začátku znamená rychlořezné oceli. Po – množství wolframu v%. Například P15 je vysokorychlostní slitina s obsahem wolframu 15 %
• V legovaných konstrukčních ocelích se množství uhlíku udává v setinách procenta. Níže jsou uvedena označení prvků a jejich obsah v %. Například 11H16N12Т – 0,11% uhlík, 16% chrom, 12% nikl, 1% titan.