Uhlíková ocel – vlastnosti, jakosti, klasifikace a použití ocelí

Ocel je slitina sestávající ze dvou základních složek – železa a uhlíku. Další prvky: křemík méně než 1 %, mangan méně než 1 %, síra méně než 0,05 %, fosfor méně než 0,06 %. Obsah uhlíku ne více než 2,14 %. Slitiny s obsahem C vyšším než 2,14 % jsou klasifikovány jako litina. Na základě chemického složení se třídy oceli dělí na uhlíkové a slitinové, které obsahují další přísady, které dodávají materiálu požadované vlastnosti. Slitiny uhlíkové oceli jsou klasifikovány podle stupně dezoxidace, obsahu uhlíku a kvality.

Klasifikace uhlíkových ocelí podle stupně dezoxidace

Uklidnit

Takové slitiny mají nejrovnoměrnější strukturu. K dezoxidaci se používá hliník, ferosilicium a feromangan, které téměř úplně odstraní plyny přítomné v tavenině. Kombinace téměř úplné absence plynů s jemnozrnnou strukturou díky přítomnosti zbytkového hliníku zajišťuje dobrou kvalitu kovu. Tyto třídy jsou vhodné pro výrobu dílů, výrobků a konstrukcí pro kritické účely. Hlavní nevýhodou je vysoká cena.

Vařící

Jedná se o nejlevnější a nejméně kvalitní skupinu. Díky použití minimálního množství přísad pro dezoxidaci materiál obsahuje rozpuštěné plyny, které způsobují heterogenitu struktury, chemického složení a tím i mechanických vlastností. Takové kovy mají špatnou svařitelnost, protože v důsledku přítomnosti plynů je vysoká pravděpodobnost vzniku trhlin ve švech.

Poloklidný

Skupina zaujímá střední pozici z hlediska nákladů a charakteristik. Ve srovnání s vroucí ocelí se v odlitku tvoří mnohem méně bublinek plynu. Při válcování jsou eliminovány vnitřní vady v sypké hmotě. Takové materiály se často používají jako konstrukční slitiny.

Druhy nelegovaných uhlíkových ocelí podle obsahu uhlíku

Nízký obsah uhlíku s obsahem C nejvýše 0,25 %

• Do 0,1 % C, Mn méně než 0,4 %. Vysoká schopnost deformace za tepla a tažení za studena. Materiály jsou žádané při výrobě drátu, velmi tenkých plechů používaných při výrobě kontejnerů a také při výrobě karoserií automobilů.
• C 0,1-0,25 %. Schopnost deformace je nižší než u výše popsané skupiny, ale tvrdost a pevnost jsou vyšší. Tyto druhy jsou často žádané pro výrobu dílů s cementovanou povrchovou vrstvou. Proces nauhličování vytváří povrchovou vrstvu odolnou proti opotřebení v kombinaci s houževnatým jádrem. To platí pro hřídele a ozubená kola.
• C při 0,25 %, Mn a Al – až 1,5 %. Mají vysokou viskozitu. Do kovů určených pro lisování, kování a výrobu bezešvých trubek a kotlových plechů se hliník nepřidává.
• C při 0,15 %, Mn – do 1,2 %, Pb do 0,3 % nebo bez něj, minimální množství Si. Tato skupina se používá v hromadné výrobě na automatických linkách dílů, které nejsou určeny k tomu, aby vydržely velké mechanické a teplotní zatížení. U výrobků s vysokými požadavky na tažnost, houževnatost a odolnost proti korozi se slitiny nepoužívají.

Střední uhlík s C0,2-0,6%

Obsah manganu se obvykle pohybuje v rozmezí 0,6-1,65 %. Používají se při výrobě produktů určených pro použití při vysokém zatížení. Obvykle se vyrábějí v klidu. Zpevňují se kalením za studena nebo tepelným zpracováním. Všechny oceli této skupiny lze kovat. Tyto kovové výrobky jsou široce používány ve strojírenství. Třídy s vysokým obsahem uhlíku (0,4-0,6 %) jsou žádané při výrobě železničních kolejnic, kol a náprav automobilů.

Vysoký obsah uhlíku – 0,6-2,0 %

Zvýšení množství uhlíku na 1 % vede ke zvýšení pevnosti a tvrdosti s postupným snižováním meze kluzu a plasticity. Když se procento C zvýší nad 1 %, začne se tvořit hrubá síť sekundárního martenzitu, což vede ke snížení pevnosti materiálu. Proto se oceli s obsahem C vyšším než 1,3 % prakticky nevyrábí.

Třídy s vysokým obsahem uhlíku mají vysoké výrobní náklady, mají nízkou tažnost a obtížně se svařují. Rozsah použití této skupiny je značně omezený – výroba řezných nástrojů, včetně těch určených pro zemní a zemědělské stroje, a výroba vysokopevnostního drátu.

Klasifikace konstrukčních uhlíkových ocelí podle jakosti, jejich značení a použití

Konstrukční oceli běžné jakosti

Vyrábějí se v souladu s GOST 380-2005 a dodávají se k prodeji ve formě plechů, profilů a tvarovaných výrobků. GOST znamená vydání následujících značek:

• St0;
• St1ps, St1sp, St1kp;
• St2ps, St2sp, St2kp;
• St3ps, St3sp, St3kp, St3Gsp, St3Gps;
• St4ps, St4sp, St4kp;
• St5ps, St5sp, St5Gps;
• St6ps, St6sp.

Alfanumerické značení této skupiny slitin:

• St – ocel;
• čísla 0-6 označují číslo značky;
• přítomnost písmene „G“ v označení označuje přítomnost manganu v množství 0,8 % nebo více;
• poslední dvě písmena charakterizují stupeň dezoxidace, sp – klidný, ps – poloklidný, kp – vroucí.

Vysoce kvalitní konstrukční ocel

Vyrobeno v souladu s GOST 1050-2-13 následujících tříd – 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, stejně jako třídy 55PP, 60PP , 60PP „select“ – snížená prokalitelnost. Označení takových slitin udává stupeň dezoxidace, pokud jsou vroucí nebo polotiché, například 10 kp nebo 10 ps. Index cn není uveden v označení jakostních konstrukčních stupňů.

Ocel je jedním z nejpoužívanějších materiálů na světě díky svým jedinečným vlastnostem a četným aplikacím. Jedním z klíčových faktorů ovlivňujících vlastnosti oceli je její struktura.

Co je ocelová konstrukce?

Ocelová struktura určuje, jaké komponenty obsahuje a jak jsou vůči sobě uspořádány. Struktura oceli závisí na způsobu její výroby, tepelném zpracování a dalších faktorech.

Jaká je struktura oceli?

Ocel má krystalická struktura, skládající se z atomů železa a uhlíku, které tvoří krystaly zvané ferit. Kromě toho může ocel obsahovat další prvky, jako je mangan, křemík, síra, fosfor a další, které mohou ovlivnit její strukturu.

Základní ocelové konstrukce

Nejběžnější ocelové konstrukce jsou perlit, baitit, martenzit, ferit, cementit a austenit.

• Perlit – je mikrostruktura oceli skládající se z vrstev feritu a cementitu. Vzniká, když se ohřátá ocel ochladí na pokojovou teplotu.
• Bytit – je ocelová konstrukce tvořená směsí cementitu a martenzitu. Vzniká rychlým ochlazením oceli.
• Martenzit – je ocelová konstrukce, která vzniká rychlým ochlazením ohřáté oceli. Má vysokou tvrdost a křehkost.
• Ferit – je krystalická struktura oceli, která má magnetické vlastnosti.
• Cementit – je tvrdá a křehká krystalická složka oceli, sestávající ze železa a uhlíku.
• austenit – je krystalická struktura oceli, která vzniká při zahřátí oceli na vysokou teplotu.

Typy ocelových konstrukcí

Ocel může mít jednu ze šesti základních struktur nebo jejich kombinací. V závislosti na poměru různých složek může mít ocel různé typy struktur, jako například:

• Feritická uhlíková ocel (FC): skládá se z feritu a cementitu.
• Austeniticko-feritická ocel (AFS): skládá se z austenitu a feritu.
• Austeniticko-martenzitická ocel (AMS): skládá se z austenitu a martenzitu.
• Bayit-feritická ocel (BFC): skládá se z baititu a feritu.
• Austeniticko-baytit-feritická ocel (ABFC): skládá se z austenitu, baititu a feritu.
• Jiné kombinace struktur: může zahrnovat více než jednu strukturu, jako je perliticko-baytitová ocel.

Klasifikace ocelí podle struktury

Klasifikace ocelí podle struktury je založena na tom, které fáze jsou přítomny v oceli při pokojové teplotě a tlaku. Existují tři hlavní typy ocelových konstrukcí: feritické, perlitické a martenzitické.

• Feritická ocel se skládá pouze z feritu, krystalické struktury železa s nízkou tvrdostí a pevností. Tento druh oceli se používá především pro výrobu magnetů.
• Perlitická ocel se skládá z perlitu, směsi feritu a cementitu (Fe3C). Má střední pevnost a tvrdost, takže je vhodný pro většinu aplikací.
• Martenzitická ocel vzniká rychlým ochlazením perlitické oceli. Má vysokou tvrdost a pevnost, ale je křehčí a méně ohebná než perlitická ocel. Martenzitická ocel se používá například k výrobě nožů.

Změna ocelové konstrukce

Ke změně struktury oceli dochází v důsledku tepelného zpracování, které může zahrnovat ohřev a chlazení oceli v určitém režimu. Například rychlé ochlazení perlitické oceli může vést ke vzniku martenzitické oceli.

Jak určit strukturu oceli?

Strukturu oceli lze určit pomocí mikroskopie a rentgenové difrakce. V mikroskopii se vzorek oceli umístí na podložní sklíčko a prohlédne se pod mikroskopem. Rentgenová difrakce umožňuje studovat krystalickou strukturu vzorku.

Vliv ocelové konstrukce na zpracování

Vliv ocelové konstrukce na zpracování spočívá v tom, že každý typ oceli vyžaduje svůj vlastní přístup ke zpracování. Například martenzitická ocel je pro svou vysokou tvrdost a křehkost obtížněji zpracovatelná, a proto vyžaduje speciální nástroje a technologie. Na druhou stranu může být perlitická ocel snadněji obrobitelná, ale může vyžadovat delší obrábění pro dosažení požadovaného tvaru nebo velikosti.

Kromě toho může struktura oceli ovlivnit její mechanické vlastnosti, jako je pevnost, tvrdost a odolnost proti opotřebení. Například martenzitická ocel má vyšší tvrdost a pevnost, ale je méně odolná proti opotřebení než perlitická ocel.

Při výběru typu oceli pro konkrétní aplikaci je třeba vzít v úvahu požadavky na mechanické vlastnosti a podmínky zpracování. Klasifikace ocelí podle struktury a určení struktury oceli pomůže vybrat správný typ oceli a optimalizovat proces jejího zpracování.

Viz také:

• Popouštění oceli
• Konstrukční oceli běžné jakosti
• Tepelné zpracování oceli
• Druhy ocelí a jejich použití
• Legující prvky oceli: druhy, vlastnosti, vliv