Třídy oceli: klasifikace, typy a jejich vlastnosti |

Ocel jako materiál zaujímá pro své jedinečné vlastnosti důležité místo v průmyslu a stavebnictví. Existuje mnoho druhů a tříd oceli, z nichž každá má určité vlastnosti a je určena pro specifické úkoly.

Klasifikace

Materiál je klasifikován podle několika hlavních kritérií: chemické složení, strukturní stav, účel a kvalita.

Podle chemického složení

Toto kritérium rozděluje ocel na:

• uhlíkaté: skládá se převážně ze železa a uhlíku, bez významných legujících prvků. Čím vyšší je obsah uhlíku, tím je materiál tvrdší, ale křehčí.
• Legované: zahrnuje legující přísady (chrom, nikl, molybden, vanad atd.), které zlepšují vlastnosti oceli, jako je pevnost, odolnost proti korozi a tepelná odolnost.
• Vysoce legované: ocel s vysokým obsahem legujících prvků (více než 10 %) pro vysokou odolnost proti chemickým a tepelným vlivům.

Do cíle

Ocelům jsou přiřazena specifická označení v závislosti na oblasti jejich použití:

• Konstrukční ocel: používá se ve stavebnictví a strojírenství. Příklady: St3, 09G2S.
• Nástrojová ocel: určeno pro výrobu fréz, nožů, zápustek (U7, U8, X12MF).
• nerez: odolný vůči korozi a agresivnímu chemickému prostředí (12H18Н10Т, AISI 304).
• Žáruvzdorná ocel: udržuje pevnost a stabilitu při vysokých teplotách (Х25Н20С2, 12ХМФ).

Bezešvá trubka z nerezové oceli 12H18H10Т

Podle kvality

Dělí se na ocel normální a vylepšené kvality. Ocel běžné kvality má omezené použití, zatímco kvalitnější materiál lze použít v náročnějších aplikacích.

Proces výroby oceli

Ocelové značení

Značení je alfanumerický systém, který informuje o složení, vlastnostech a účelu materiálu. Například první čísla označují obsah uhlíku: například 20X13 obsahuje 0,20 % uhlíku. Písmena označují legující prvky (například „X“ – chrom, „H“ – nikl, „C“ – křemík) a čísla za písmeny udávají jejich procento. Pokud číslo chybí, obsah prvku obvykle nepřesahuje 1,5 %.

Další symboly objasňují vlastnosti nebo účel oceli: „A“ znamená vysoce kvalitní ocel s nízkým obsahem fosforu a síry, „W“ znamená ocel na kuličková ložiska, „P“ znamená rychlořeznou ocel.

U nelegovaných ocelí se používá označení „St“ s čísly označujícími obsah uhlíku. Specializované oceli, například jakost 12H18N10Т, obsahují 0,12 % uhlíku, 18 % chrómu, 10 % niklu a až 1,5 % titanu, díky čemuž jsou odolné vůči korozi a vhodné pro použití v širokém teplotním rozsahu.

Rychlořezné oceli jsou označeny písmenem „P“ označujícím obsah wolframu (například R6M5F3 – 6 % wolframu, 5 % molybdenu, 3 % vanadu).

Existují také označení pro konstrukční oceli („C“), slévárenské oceli (s písmenem „L“ na konci) a nástrojové oceli (např. „U“ je nástrojová ocel obsahující uhlík s přísadami).

Druhy a třídy oceli

Uhlíkové oceli

Skládá se ze železa a uhlíku s minimálními nebo žádnými legujícími prvky. Hlavní vliv na vlastnosti takové oceli má obsah uhlíku, který ji rozděluje na nízkouhlíkovou, středně uhlíkovou a vysoce uhlíkovou.

Hlavní značky:

• St3. Obyčejná konstrukční ocel. Snadno zpracovatelný, používá se pro výrobu výztuže budov a kovových konstrukcí. Má střední pevnost.
• St20. Odolnější, se zvýšenou tažností. Používá se pro díly, které musí odolat velkému zatížení.
• U7, U8, U10, U12. Nástrojové oceli s vysokým obsahem uhlíku. Čím vyšší číslo v označení, tím více uhlíku, a tedy i tvrdosti. Oceli této skupiny se používají k výrobě řezných nástrojů, pilníků a zápustek.

Aplikace:

• Konstrukce (výztuž, nosníky).
• Středně pevné strojní součásti.
• Nástrojařský průmysl (nože, pily, vrtačky).

Doplňky:

• Snadno se taví a zpracovává.
• Nízká cena.

Nevýhody:

• Špatná odolnost proti korozi.
• Omezená tepelná odolnost.

Legované oceli

Od uhlíkových se liší obsahem legujících prvků (chróm, nikl, molybden, mangan aj.), které výrazně zlepšují jejich vlastnosti, jako je pevnost, tvrdost, odolnost proti korozi a tepelná odolnost.

Hlavní značky:

• 40X. Středně legovaná uhlíková konstrukční ocel. Používá se k výrobě částí strojů a mechanismů, jako jsou hřídele, ozubená kola, šrouby. Odolný vůči mechanickému zatížení.
• 30 ХГСА. Ocel se zvýšenou pevností a odolností vůči dynamickému zatížení. Používá se při výrobě leteckých a automobilových dílů.
• 20X13, 30X13. Chromové oceli, odolné vůči korozi a teplu. Používá se při výrobě nožů, ventilů a dalších součástí s vysokými požadavky na odolnost proti opotřebení.
• 09G2S. Je mrazuvzdorná a nárazuvzdorná. Často se používá pro svařované konstrukce.

Aplikace:

• Strojírenství (hřídele, ozubená kola).
• Kovové konstrukce (mosty, rámy).
• Letecký a přístrojový průmysl.

Doplňky:

• Vysoká pevnost a odolnost proti opotřebení.
• Relativně vysoká odolnost proti korozi.

Nevýhody:

• Obtížnost zpracování (svařování, řezání).
• vyšší náklady.

Nerezová ocel

Jedná se o speciální třídu ocelí, ve kterých obsah chrómu přesahuje 12 %, což jim dodává vysokou odolnost proti korozi. Nerezové oceli se dělí do několika tříd: austenitické, feritické, martenzitické a duplexní.

Hlavní značky:

• 08H18H10 (AISI 304). Austenitická nerezová ocel. Univerzální materiál, používaný v potravinářském a chemickém průmyslu, při výrobě obráběcích strojů a nádob.
• 12H18H10T (AISI 321). Odolný vůči mezikrystalové korozi díky přidání titanu. Vhodné pro tepelná a chemická zařízení.
• 40X13, 95X18. Martenzitické oceli se zvýšenou tvrdostí. Používá se na nože, lékařské nástroje.
• AISI 316. Nerezová ocel s přídavkem molybdenu, který zlepšuje odolnost vůči agresivním chemikáliím.

Aplikace:

• Průmysl (potrubí, kontejnery, strojní součásti).
• Potravinářský a farmaceutický průmysl.
• Výroba domácích potřeb (kuchyňské spotřebiče).

Doplňky:

• Vysoká odolnost proti korozi.
• Vynikající mechanické vlastnosti.

Nevýhody:

• Vysoká cena.
• Složitost zpracování.

Nástrojové oceli

Jsou speciálně navrženy pro výrobu řezných, tvářecích, lisovacích a dalších nástrojů. Mají vysokou tvrdost, odolnost proti opotřebení a odolnost vůči výrazným mechanickým a tepelným vlivům.

Hlavní značky:

• U8A, U10A. Uhlíkové oceli s vysokou tvrdostí. Používá se pro pilníky, pily a ruční nářadí.
• Ф12МФ. Legovaná nástrojová ocel. Vyznačuje se vysokou odolností proti opotřebení. Vhodné na razítka a formy.
• R6M5, R18. Rychlořezné oceli obsahující wolfram se používají k výrobě nástrojů, které pracují při vysokých rychlostech.

Aplikace:

• Výroba řezných a lisovacích nástrojů.
• Formy pro odlévání a lisování dílů.

Doplňky:

• Udržuje tvrdost i při vysokých teplotách.
• Vysoká odolnost.

Mezi nedostatky můžeme vyzdvihnout špatná odolnost proti korozi bez legování.

Žáruvzdorné a žáruvzdorné oceli

Žáruvzdorné oceli jsou materiály, které si zachovávají mechanickou pevnost při vysokoteplotním zatížení. Žáruvzdorné oceli jsou navíc odolné proti oxidaci a působení plynů při vysokých teplotách.

Hlavní značky:

• 15 ХМ. Žáruvzdorná ocel pro parní kotle a výměníky tepla. Funguje dobře při zvýšených teplotách až do 550 °C.
• 25H20С2. Žáruvzdorná ocel pro chemická zařízení. Odolává agresivnímu prostředí při teplotách do 1000°C.
• 12ХМФ. Používá se pro výrobu potrubí a dalších součástí tepelných energetických zařízení.

Aplikace:

• Tepelné stanice (turbíny, kotle).
• Chemický průmysl (reaktory, výměníky tepla).
• Letectví a stavba lodí.

Doplňky:

• Odolnost proti tepelné oxidaci.
• Udržení pevnosti při kritických teplotách.

Nevýhody:

• Vysoká cena.
• Náročné skladovací podmínky.

Porovnání

Každá třída oceli má jedinečnou rovnováhu vlastností, takže výběr materiálu závisí na aplikaci.

Srovnávací tabulka různých jakostí oceli

Výběr oceli pro konkrétní úkol

Před výběrem důležité vyhodnotit:

• Zatížit přírodu. Statická zatížení vyžadují ocel s pevnou pevností (například stavební nosníky z St3), legované oceli (například 40X) jsou vhodné pro dynamické a rázové zatížení.
• Teplotní podmínky. Ve vysokoteplotních podmínkách jsou vyžadovány třídy žáruvzdorné a žáruvzdorné oceli, jako je 15ХМ a Х25Н20, a při práci v chladných podmínkách jsou vhodné třídy s dobrou tažností, například 09G2S.
• Provozní prostředí. V podmínkách vysoké vlhkosti, agresivního chemického nebo mořského prostředí je nutné používat korozivzdorné nerezové oceli, např. AISI 316 nebo 12H18N10Т.

Každý produkt nebo design představuje to své požadavky na mechanické vlastnosti oceli:

• Trvanlivost. Pro díly pracující pod zatížením, např. ve strojírenství nebo stavebnictví, je důležité používat oceli s vysokou pevností (40X, 45).
• Plastický. Oceli s vysokou tažností, například St20 nebo 09G2S, jsou vhodné pro prvky, které podléhají deformaci bez lomu.
• Tvrdost a odolnost proti opotřebení. Typy nástrojů jako U8A nebo X12MF jsou otěruvzdorné a vhodné pro řezné a tvářecí nástroje.

Pokud je konstrukce nebo výrobek používán ve vlhkém nebo agresivním prostředí, měla by být dána přednost třídy odolné proti korozi:

• Nerezové oceli (AISI 316, 12H18H10Т) Perfektně se hodí pro chemická zařízení a potravinářský průmysl.
• Třídy nízkolegované oceli (09G2S) vykazují odolnost proti korozi v mírném klimatu a venku.

Pokud je pro vás obtížné vybrat vhodnou třídu oceli pro váš úkol, specialisté společnosti Stalevich vám rádi pomohou rozhodnout a vybrat tu nejlepší variantu. Společnost nabízí obrovský výběr válcovaného kovu různých jakostí, včetně nerezové, legované a konstrukční oceli. Vždy se můžete obrátit na odborníky společnosti, kteří vám navrhnou materiál vhodný pro vaše účely.

Ocel zůstává nejoblíbenějším typem železného kovu. Používá se v různých oblastech průmyslové výroby, stavebnictví, zpracování a zemědělství. Klasifikace rozděluje slitiny oceli podle jejich chemického složení a svařitelnosti. S přihlédnutím k charakteristikám je zvolena technologie svařování nebo navařování.

Separace podle chemického složení

• nízký- (0,25 %);
• střední (0,25-0,6 %);
• s vysokým obsahem uhlíku (0,6-2 %).

• nízkolegovaná (až 2,5 %);
• středně legované (2,5-10 %);
• vysoce legované (přes 10 %).

• vlastní vlastnosti a charakteristiky slitin kovů;
• správný výběr elektrod a materiálů pro přísady;
• optimální režim pro svařování;
• teplotní rozsah.

Klasifikace svařitelnosti

1. Dobrá svařitelnost je podporována nízkým obsahem uhlíku (0,25 %). Přípravě se věnuje minimum času, klimatické podmínky nehrají zvláštní roli.
2. Proces probíhá celkem uspokojivě, když vzroste na 0,35 %. Pro ocel určité jakosti byly stanoveny požadavky na průměr (do 20 mm) nebo teplotu vzduchu.
3. Omezení jsou navržena na obsah 0,35-0,45 %. Bez předehřívání se neobejdete, protože je důležité zachovat pevnostní vlastnosti.
4. Při překročení 0,45 % se špatně svařuje. Stabilního spojení lze dosáhnout rozdělením procesu do několika fází. Budete muset pravidelně střídat topení a chlazení. Po svaření se nezapomeňte postarat o tepelné zpracování.

Stupeň svařování začíná záviset na několika důležitých faktorech. Kromě objemu uhlíku je pozornost věnována přítomnosti škodlivých prvků, stupni legování, mikrostruktuře slitiny, tloušťce výrobků a možnosti kombinace jakostí a svařovacího materiálu.

Vliv nečistot

1. Uhlík ovlivňuje pevnost a elastické vlastnosti kovu. Nízký obsah (0,25 %) podporuje vynikající svařování. Překročení nevylučuje vznik mikrotrhlin.
2. Přítomnost síry nebo fosforu je nežádoucí. Škodlivé složky i v malém množství přispívají k větší křehkosti.
3. Křemík (až 1 %) může vést ke vzniku oxidů, které narušují normální svařitelnost dílů.
4. Mangan je zcela neutrální, pokud se nezačne zvyšovat objem (norma je 2-2,5 %). Zvyšuje se riziko tvorby tvrdnoucích struktur.
5. Uhlíkové oceli obsahují málo chrómu (do 0,35 %). Legovaný obsah je povolen od 12 do 35 %. S rostoucí teplotou se mohou tvořit karbidy, což ztěžuje svařování a vede k předčasné korozi.
6. Nikl může začít na 5 % a vzrůst na 35 %. Má příznivý vliv na zvýšení pevnosti a dodání pružnosti kovu.
7. Mírná přítomnost vanadu (do 0,8 %) nebude narušovat zlepšení vlastností slitiny a stupně prokalitelnosti.
8. Molybden obsahuje podobné množství. Je důležité zabránit úplnému vyhoření, protože během navařování se mohou objevit praskliny.
9. Titan a niob chrání proti rzi (1 %), pokud jsou v normálních mezích.
10. Měď také bojuje proti korozi (0,3-1%) a nenarušuje dobré svařování kovů.

Vlastnosti svařování uhlíkových ocelí

Oceli s nízkým obsahem uhlíku a legující složky nevyžadují od svářeče vysokou kvalifikaci. Obloukové svařování funguje dobře; Aby se zabránilo křehkosti, aplikuje se několik vrstev. Slitina se vyznačuje tažností, houževnatostí a pružností. Vlastnosti jsou stejně vhodné pro lisování za studena a svařování.

Často se volí elektrody potažené rutilem, vhodné je použití acetylenu pro jeho nízkou spotřebu. Doporučuje se používat manganový a silikonový svařovací drát. Plamen se postupně odstraňuje do strany, aby se zabránilo oxidům.
Slitiny se středním uhlíkem se spojují obtížněji, protože pevnost kovu se bude lišit. V blízkosti švu se mohou objevit praskliny a křehčí místa. Nízkouhlíkové elektrody pomáhají předcházet problémům.

Je důležité zabránit průniku základního kovu během práce. Předehřev vám umožní používat poloautomatický a krátký oblouk. Teplota ohřevu se pohybuje mezi 250-650°, více v závislosti na tloušťce dílů. Šev je podroben tepelnému zpracování.

• nástroje pro řezání, opracování dřeva a vrtání;
• spolehlivé pružiny;
• dráty s vynikajícími pevnostními parametry;
• produkty a struktury, které vydrží desítky let.

Technologie pro legované oceli

Malé množství uhlíku spolu s legujícími přísadami dává oceli tažnost a schopnost odolávat enormnímu zatížení bez deformace nebo destrukce. Nízkolegovaná ocel bude vyžadovat volbu technologie svařování a udržování určitých teplot při ohřevu.

Vhodné jsou elektrody pro obloukové svařování, které mají povlak z fluoridu vápenatého. Výběr proudu by měl brát v úvahu značku, průměr, umístění švu a obecné parametry obrobku. Práce probíhá při teplotě 150-450°. Kompletace zahrnuje tepelné zpracování svarového spoje.

Středně a vysoce legované oceli jsou snadno náchylné ke korozi. Aby nedošlo k předčasnému zničení kovů, budete muset vybrat svařovací materiály s podobnými součástmi. Vybírejte značky s nízkým obsahem uhlíku.

Vysoce legované oceli jsou citlivé na teplotu a výskyt rzi vede k rychlé destrukci svarových spojů. Výběr svařovacího materiálu vyžaduje přísné dodržování norem.

Pro legované oceli je vhodné několik typů svařování:

• Ruční a obloukový, kdy dojde k zapálení elektrického oblouku o vysoké teplotě. Mezi elektrodou a kovovými částmi je vytvořen šev. Bude vyžadován střídavý a stejnosměrný proud. Chcete-li snížit náklady na pracovní sílu, můžete zvolit plazmovou metodu.
• Automat je vhodný pro svařování plynem v uzavřeném prostředí, za přítomnosti vysokofrekvenčních proudů a nízkého tlaku. Metoda je vhodná pro plechy, trubky a nádrže. Dobře se hodí pro opravy výrobků.
• Svařování, které nevyžaduje ohřev. Pro automatickou techniku ​​se používá krátký oblouk. Je zajištěna malá spotřeba složek výplně, šev je poměrně pevný a tažný.

Vlastnosti povrchové úpravy

• pro uhlíkové oceli;
• pro legované oceli.

Pro běžné svařování je nutné zvolit elektrodu nebo přídavný materiál. Technologie je stejná pro uhlíkové oceli. Povrchy pracující za podmínek tření jsou srostlé.

Legované oceli se snadno obnovují. Existují požadavky na chlazení za podmínek vody nebo oleje. Úkol navařování zahrnuje přivaření jedné nebo více vrstev kovu k hlavnímu povrchu. Povrch je vyčištěn do zrcadlového lesku. Používá se několik metod:

• automatické obloukové svařování;
• plynový prášek;
• plazma;
• ponořený oblouk.

Principy svařování vysokolegovaných slitin

Vysoce legované slitiny mají zlepšené vlastnosti. Pro určení požadované technologie si můžete vybrat ocel stejné jakosti. Nejprve jsou studovány termofyzikální vlastnosti, které ovlivňují rozložení teplot při navařování a spojování.
Je důležité dosáhnout maximální koncentrace tepelné energie. Při použití ruční metody vyberte dráty, které odpovídají současným normám a jakosti oceli. Proud s obrácenou polaritou podporuje kalcinaci, aby se zabránilo prasklinám a pórům.
Odolnost vůči kyselinám obvykle eliminuje korozi. Plyn je vhodný pro žáruvzdornou ocel o tloušťce 1-1,2 mm. Při zvětšení na 3,5 mm bude vyžadováno tavidlo pro zajištění kvality spojení po celé délce. Rovnoměrnost tavení šetří oxidaci a vyžaduje zvláštní úsilí od vysoce kvalifikovaného odborníka.

Nuance spojování nerezových ocelí

• austenitické;
• martenzitické;
• feritický.

Martenzitické udává obsah chrómu a uhlíku (ne vyšší než 12 %). Kov se vyznačuje tvrdostí a křehkostí. Slitina bude potřeba pro výrobu turbín, řezných produktů a domácích spotřebičů.

• ruční (oblouk);
• s wolframovou elektrodou (argon);
• pomocí poloautomatického zařízení (inertní atmosféra).

Výběr elektrod

• nízkouhlíková ocel pro spojování uhlíkových a nízkolegovaných slitin;
• nerezová ocel s vysokou tepelnou vodivostí;
• měď pro získání dobrých švů.

• pro uhlíkové a nízkolegované třídy jsou vhodnější možnosti E-38, E-46 a E-46A;
• při spojování odolných konstrukcí je vhodnější použít typy E-50 nebo E-50A, protože se zvyšují požadavky na tažnost;
• pro legované oceli pracující při nízkých teplotách bude vyžadována elektroda E-42 nebo E-42A;
• pro žáruvzdorné a vysokopevnostní oceli jsou vybrány modely E-55, E-60.

S přihlédnutím k technologii

Rozmanitost ocelových slitin vedla k vývoji nejrůznějších technologií používaných při spojování jednotlivých dílů. Je nezbytné vzít v úvahu přirozené fyzikální vlastnosti kovu a znát přesný objem přicházejících chemických složek.

Při vývoji výpočtového vzorce je v první řadě uvažován objem uhlíku, který může navrhnout optimální způsob spojování kovu. Stejně důležité je vyhodnotit obsah přísad nezbytných pro legování a zlepšení jakosti.

Technologický postup se může výrazně lišit. Účelem operací je získat šev, který splňuje normy. Při tavení hrozí vznik viditelných nebo sotva znatelných trhlin. Některé druhy oceli se při zahřívání stávají křehčími a jsou méně odolné vůči mechanickému namáhání.

Každá metoda obsahuje spoustu cenných doporučení. Předběžný výzkum vám pomůže vyhnout se běžným chybám. Důležité jsou zkušenosti svářeče, kvalifikovaný svářeč získá užitečné dovednosti při práci s různými druhy kovů. Svařování oceli se stalo obzvláště žádaným a neobejde se bez seznámení se s detaily obsaženými v popisu technologií.