Ocel

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 25. ledna 2022; kontroly vyžadují 7 úprav .
Ocel
Fáze slitin železa a uhlíku
  1. Ferit ( pevný roztok intersticiálního C v α - železe s tělesně centrovanou kubickou mřížkou)
  2. Austenit ( tuhý roztok intersticiálního C v γ - železe s plošně centrovanou kubickou mřížkou)
  3. Cementit (karbid železa; metastabilní fáze s vysokým obsahem uhlíku Fe 3 C)
  4. Grafitová stabilní fáze s vysokým obsahem uhlíku
Struktury železo-uhlíkových slitin
  1. Ledeburit ( eutektická směs krystalů cementitu a austenitu, která se ochlazením mění na perlit)
  2. Martenzit (vysoce přesycený pevný roztok uhlíku v α - železe s na tělo centrovanou tetragonální mřížkou)
  3. Perlit ( eutektoidní směs skládající se z tenkých střídajících se lamel feritu a cementitu)
  4. Sorbitol (dispergovaný perlit)
  5. Troostite (vysoce rozptýlený perlit)
  6. Bainit (zastaralé: jehlicovitý troostit) je ultrajemná směs nízkouhlíkových krystalů martenzitu a karbidů železa
Staňte se
  1. Konstrukční ocel (až 0,8 % C )
  2. Ocel s vysokým obsahem uhlíku (až ~2% C ): nástroj , matrice , pružina , vysoká rychlost
  3. Nerezová ocel ( legovaná chromem )
  4. Tepelně odolná ocel
  5. žáruvzdorná ocel
  6. vysokopevnostní oceli
litina
  1. Bílá litina (křehká, obsahuje ledeburit a neobsahuje grafit)
  2. Šedá litina ( grafit ve formě desek)
  3. Tvárná litina (vločkový grafit)
  4. Tvárná litina (grafit ve formě kuliček)
  5. Poloviční litina (obsahuje jak grafit, tak ledeburit)

Ocel (z němčiny  Stahl ) [1]  - slitina železa s uhlíkem (a dalšími prvky), obsahující minimálně 45 % železa a ve které je obsah uhlíku v rozmezí od 0,02 do 2,14 % a obsah je od 0 , 6 % až 2,14 % odpovídá oceli s vysokým obsahem uhlíku . Pokud obsah uhlíku ve slitině přesáhne 2,14 %, pak se taková slitina nazývá litina . Moderní práškové oceli jako ZDP-189 mohou obsahovat od 2,9 % do 3,0 % uhlíku, což z nich však nečiní litinu. Uhlík dodává slitinám pevnost a tvrdost , snižuje tažnost a houževnatost .

Oceli s velmi vysokými elastickými vlastnostmi jsou široce používány ve výrobě strojů a nástrojů. Ve strojírenství se používají pro výrobu pružin , tlumičů , silových pružin pro různé účely, v přístrojovém vybavení - pro řadu elastických prvků: membrány, pružiny, reléové desky , měchy , strie, závěsy.

Pružiny, pružiny strojů a pružné prvky zařízení se vyznačují rozmanitostí tvarů, velikostí, různými provozními podmínkami. Zvláštností jejich práce je, že při velkých statických, cyklických nebo rázových zatíženích v nich není povolena zbytková deformace. V tomto ohledu musí mít všechny pružinové slitiny kromě mechanických vlastností charakteristických pro všechny konstrukční materiály (pevnost, tažnost, houževnatost, odolnost) vysokou odolnost proti malým plastickým deformacím. V podmínkách krátkodobého statického zatěžování je odolnost proti malým plastickým deformacím charakterizována mezí pružnosti a při dlouhodobém statickém nebo cyklickém zatěžování relaxačním odporem [2] .

Historie oceli

Nejstarší známé exempláře byly objeveny během vykopávek v Anatolii (Turecko). Jsou staré asi 3800 let a pocházejí z roku 1800 před naším letopočtem. [3] [4] Indická ocel se ve starověku těšila vysoké pověsti. Středověký bulat , široce známý ve střední Asii a východní Evropě , pochází z indické oceli [5] . Ocel se naučila vyrábět na konci antiky a v západní Evropě. Podle určitých ukazatelů (elasticita) byla španělská kopie vyrobena z oceli . Ocel umožnila zaměřit se od průrazného momentu po řezný moment a přejít k šavli (přes široký meč ). Ve středověku se ocel hojně používala k výrobě zbraní s ostřím ( románský meč , Ulfbertovy meče ). Na Středním východě byla známá damašková ocel , ze které se falšovaly šamšíry . Ve středověkém Japonsku se slavná katana , wakizashi a tanto vyráběla z tamaganové oceli . Existuje verze, že japonské meče XI-XIII století byly vytvořeny z legované oceli s příměsí molybdenu [6] . V Evropě ocel umožňovala prodlužování mečů, z nichž se později vyvinul meč (v 15. století ) a rapír .

Technologii lité oceli vynalezl anglický inženýr Gentsman , do kontinentální Evropy však pronikla až na počátku 19. století (díky Kruppovi ). Střelecké dělostřelectvo z roku 1854 bylo vyrobeno z oceli ( Armstrong Gun ). Ve 20. století se ocel začala používat k výrobě pancéřování tanků [7] . V armádě císařského Německa během první světové války se objevily ocelové přilby ( stalhelm ).

Klasifikace ocelí

Existuje mnoho způsobů, jak klasifikovat oceli, například podle účelu, chemického složení, kvality, struktury.

Podle účelu se oceli dělí do mnoha kategorií, např. konstrukční oceli, korozivzdorné (nerezové) oceli, nástrojové oceli, žáruvzdorné oceli, kryogenní oceli.

Podle chemického složení se oceli dělí na uhlíkové [8] a legované [9] ; včetně obsahu uhlíku - na nízkouhlíkové (do 0,25 % C), středně uhlíkaté (0,3-0,55 % C) a vysoce uhlíkové (0,6-2,14 % C); legované oceli podle obsahu legujících prvků se dělí na nízkolegované - do 4 % legujících prvků, středně legované - do 11 % legujících prvků a vysokolegované - nad 11 % legujících prvků.

Oceli, v závislosti na způsobu jejich výroby, obsahují různé množství nekovových vměstků . Obsah nečistot je základem klasifikace ocelí podle jakosti: běžná jakost, vysoká jakost, vysoká jakost a extra vysoká jakost.

Podle struktury se ocel dělí na austenitické , feritické , martenzitické , bainitické a perlitické . Pokud ve struktuře převládají dvě nebo více fází, pak se ocel dělí na dvoufázovou a vícefázovou.

Vlastnosti oceli

Chrom nikl wolframová ocel 15,5 W/(m K)
Chromová ocel 22,4 W/(m K)
molybdenová ocel 41,9 W/(m K)
uhlíková ocel (třída 30) 50,2 W/(m K)
uhlíková ocel (třída 15) 54,4 W/(m K)
Duralová ocel 56,3 W/(m K)
ocel St3 (třída 20) 1/°C
nerezová ocel 1/°C
konstrukční ocel 373—412 MPa
křemíko-chrom-manganová ocel 1,52 GPa
strojírenská ocel (uhlíková) 314—785 MPa
železniční ocel 690—785 MPa


Způsob výroby

Podstatou procesu zpracování litiny na ocel je snížit na požadovanou koncentraci obsah uhlíku a škodlivých nečistot – fosforu a síry, které dělají ocel křehkou a křehkou. V závislosti na způsobu oxidace uhlíku existují různé způsoby zpracování litiny na ocel: konvertorové , otevřené a elektrotermické . Vysoce kvalitní ocel se získává také jako výsledek recyklace, zpracování a přetavení ocelového šrotu.

Technologie výroby oceli

Surové nebo slévárenské surové železo v roztavené nebo pevné formě a produkty obsahující železo získané přímou redukcí (železná houba) tvoří spolu s kovovým odpadem a šrotem výchozí materiály pro výrobu oceli. Do těchto materiálů se přidávají některé struskotvorné přísady, jako je vápno , kazivec , deoxidační činidla (např. feromangan , ferrosilicium , hliník ) a různé legovací prvky .

Procesy výroby oceli se dělí na dva hlavní způsoby, a to: konvertorový proces, při kterém se roztavené surové železo v konvertoru čistí od nečistot proplachováním kyslíkem, a nístějový proces, pro který se používají pece s otevřenou nístějí nebo elektrické pece.

Procesy s konvertorem nevyžadují externí zdroj tepla. Používají se, když vsázku tvoří převážně roztavené surové železo. Exotermické oxidační reakce některých prvků přítomných v litině (jako je uhlík, fosfor, křemík a mangan) poskytují dostatek tepla k udržení taveniny v kapalném stavu a dokonce umožňují přetavení přidaného šrotu. Tyto procesy zahrnují procesy, při kterých je do roztaveného kovu vháněn čistý kyslík (procesy Linz-Donawitz: LD nebo LDAS, OBM, OLP, Kaldo a další), a takové procesy, dnes již zastaralé, které využívají vzduch, někdy obohacený kyslíkem. (procesy Thomase a Bessemera).

Spodní procesy vyžadují externí zdroj tepla. Používají se, když je výchozím materiálem pevná vsázka (například odpad nebo šrot, železná houba a tvrdé surové železo). Dva hlavní procesy v této kategorii jsou proces s otevřenou nístějí, ve kterém se ohřev provádí spalováním oleje nebo plynu , a procesy výroby oceli v obloukových nebo indukčních pecích, kde se ohřev provádí elektřinou.

Pro výrobu některých druhů oceli lze použít dva různé procesy za sebou (duplexní proces). Například tavicí proces může začít v otevřené peci a končit v elektrické peci; nebo ocel roztavená v elektrické peci může být odváděna do speciálního konvertoru, kde je oduhličení dokončeno vháněním kyslíku a argonu do kapalné lázně (proces používaný např. k výrobě nerezové oceli).

Pro výrobu ocelí se speciálním složením nebo speciálními vlastnostmi se objevilo mnoho nových postupů. Tyto procesy zahrnují vakuové obloukové přetavování, tavení elektronovým paprskem a elektrostruskové přetavování. Ve všech těchto procesech se ocel získává z přetavené elektrody, která po roztavení začne odkapávat do formy. Forma může být vyrobena z jednoho kusu, nebo může být její dno odnímatelné, aby bylo možné zespodu vyjmout vytvrzený odlitek.

Tekutá ocel získaná výše uvedenými procesy, s další rafinací nebo bez ní, se nalévá do pánve. V této fázi k němu mohou být přidány legující prvky nebo dezoxidanty. Proces lze provádět i ve vakuu, což snižuje obsah plynných nečistot v oceli. Oceli získané těmito procesy jsou klasifikovány podle obsahu legujících prvků na "nelegované oceli" a "legované oceli" (korozivzdorné oceli nebo jiné typy). Dále se dělí podle jednotlivých vlastností, jako je automatová ocel, křemíková elektroocel, rychlořezná ocel nebo křemíkomanganová ocel [11] .

Metoda kyslíkového konvertoru získávání oceli

V procesech BOF se ocel získává oxidací přebytečného uhlíku a jiných železných nečistot kyslíkem, který je ve speciálních konvertorových pecích profukován skrz roztavené železo pod tlakem. Konvertor je ocelová pec hruškovitého tvaru, uvnitř obložená žáruvzdornými cihlami. Převodník se může otáčet kolem vlastní osy. Jeho obkladovým materiálem je buď dinas (který sestává hlavně z SiO 2 , který má kyselé vlastnosti), nebo dolomitová hmota (směs CaO a MgO), které se získávají z dolomitu MgCO 3 CaCO 3 . Tato hmota má základní vlastnosti. Podle materiálu vyzdívky pece se konvertorová metoda dělí na dva typy: Bessemer a Thomas.

Bessemerova metoda

Bessemerova metoda zpracovává litiny obsahující málo fosforu a síry a bohaté na křemík (alespoň 2 %). Při vhánění kyslíku se nejprve oxiduje křemík za uvolnění značného množství tepla. Výsledkem je, že počáteční teplota litiny rychle stoupá z asi 1300 °C na 1500-1600 °C.Vyhoření 1 % Si způsobí zvýšení teploty o 200 °C. Asi při 1500 °C začíná intenzivní vyhoření uhlíku. Spolu s tím se intenzivně oxiduje i železo, zejména ke konci vyhoření křemíku a uhlíku:

  • Si + O 2 \u003d SiO 2
  • 2 C + O 2 \u003d 2 CO ↑
  • 2 Fe + O 2 \u003d 2 FeO

Vzniklý oxid železitý FeO se dobře rozpouští v roztavené litině a částečně přechází do oceli a částečně reaguje s SiO 2 a ve formě křemičitanu železa FeSiO 3 přechází do strusky:

  • FeO + Si02 = FeSi03

Fosfor zcela přechází z litiny na ocel, takže P 2 O 5 s přebytkem SiO 2 nemůže reagovat se zásaditými oxidy, protože SiO 2 s nimi reaguje silněji. Fosforové litiny proto nelze tímto způsobem zpracovávat na ocel.

Všechny procesy v konvertoru probíhají rychle - během 10-20 minut, protože kyslík vzduchu vháněný litinou okamžitě reaguje s odpovídajícími látkami v celém objemu kovu. Při foukání vzduchem obohaceným kyslíkem se procesy urychlují. Oxid uhelnatý CO, vznikající při vyhoření uhlíku, stoupá ve formě plynových bublin, hoří nad povrchem taveniny za vzniku jasného plamene nad hrdlem konvertoru, který se s vyhořením uhlíku zmenšuje a poté úplně zmizí , což je známka konce procesu. Výsledná ocel obsahuje značné množství rozpuštěného oxidu železitého FeO, což značně snižuje kvalitu oceli. Proto musí být ocel před odléváním dezoxidována pomocí různých dezoxidačních činidel - ferosilicia, feromanganu nebo hliníku:

  • 2 FeO + Si = 2 Fe + Si02
  • FeO + Mn = Fe + MnO
  • 3 FeO + 2Al \u003d 3 Fe + Al 2 O 3

Oxid manganatý MnO jako zásaditý oxid reaguje se SiO 2 a vytváří křemičitan manganatý MnSiO 3 , který přechází do strusky. Oxid hlinitý jako látka za těchto podmínek nerozpustná také vyplavuje na povrch a přechází do strusky. Navzdory své jednoduchosti a vysoké produktivitě není Bessemerova metoda nyní příliš běžná, protože má řadu významných nevýhod. Litina pro Bessemerovu metodu by tedy měla mít nejnižší obsah fosforu a síry, což zdaleka není vždy možné. Při této metodě dochází k velmi velkému vyhoření kovu a výtěžnost oceli je pouze 90% hmotnosti litiny a také se spotřebuje mnoho dezoxidantů. Závažnou nevýhodou je nemožnost regulace chemického složení oceli.

Bessemerova ocel obvykle obsahuje méně než 0,2 % uhlíku a používá se jako technické železo pro výrobu drátů, svorníků, střešních želez atd.

Tento proces je v současné době zastaralý.

Thomasova cesta

Thomasova metoda zpracovává litinu s vysokým obsahem fosforu (více než 2 %). Hlavní rozdíl mezi touto metodou a metodou Bessemer je v tom, že obložení konvertoru je vyrobeno z oxidů hořčíku a vápníku. Do litiny se navíc přidává až 15 % CaO. V důsledku toho obsahují struskotvorné látky značný přebytek oxidů se zásaditými vlastnostmi.

Za těchto podmínek anhydrid kyseliny fosforečné P 2 O 5 , který vzniká při spalování fosforu, interaguje s přebytkem CaO za vzniku fosforečnanu vápenatého, přechází do strusky:

  • 4 P + 5 O 2 \u003d 2 P 2 O 5
  • P 2 O 5 + 3 CaO \u003d Ca 3 (PO 4 ) 2

Spalovací reakce fosforu je u této metody jedním z hlavních zdrojů tepla. Při spalování 1% fosforu se teplota konvertoru zvýší o 150 °C. Síra se do strusky uvolňuje ve formě sulfidu vápenatého CaS, nerozpustného v roztavené oceli, který vzniká v důsledku interakce rozpustného FeS s CaO podle reakce

  • FeS + CaO = FeO + CaS

Všechny posledně uvedené procesy probíhají stejným způsobem jako u Bessemerovy metody. Nevýhody Thomasovy metody jsou stejné jako u Bessemerovy metody. Thomasova ocel je také nízkouhlíková a používá se jako technické železo na výrobu drátu, pokrývačského železa atd.

V SSSR se Thomasova metoda používala ke zpracování fosforové litiny získané z Kerčské hnědé železné rudy . Výsledná struska obsahuje až 20 % P 2 O 5 . Mle se a používá se jako fosfátové hnojivo na kyselých půdách.

Metoda je zastaralá a nyní se téměř nevyrábí.

Pec s otevřenou nístějí

Metoda otevřeného nístěje se od konvertorové liší tím, že ke spalování přebytečného uhlíku v litině dochází nejen na úkor vzdušného kyslíku, ale také kyslíku oxidů železa, které se přidávají ve formě železné rudy a rezavého železného šrotu. .

Otevřená nístějová pec se skládá z tavicí lázně zakryté střechou ze žáruvzdorných cihel a speciálních regeneračních komor pro předehřívání vzduchu a hořlavých plynů. Regenerátory jsou vyplněny žáruvzdornými cihlami. Když jsou první dva regenerátory ohřívány pecními plyny, hořlavý plyn a vzduch jsou vháněny do pece přes horký třetí a čtvrtý regenerátor. Po určité době, kdy se zahřejí první dva regenerátory, je proud plynu nasměrován opačným směrem a tak dále.

Tavicí lázně výkonných otevřených pecí jsou dlouhé až 16 m, široké až 6 m a vysoké přes 1 m. Kapacita takových lázní dosahuje 500 tun oceli. Železný šrot a železná ruda se nakládají do tavicí lázně. Jako tavidlo se do vsázky přidává také vápenec. Teplota pece se udržuje na 1600-1700 °C a více. K vyhoření uhlíkových a železných nečistot v první fázi tavení dochází především v důsledku přebytku kyslíku v hořlavé směsi se stejnými reakcemi jako v konvertoru, a když se nad roztaveným železem vytvoří vrstva strusky, v důsledku oxidů železa:

  • 4 Fe 2 O 3 + 6 Si \u003d 8 Fe + 6 SiO 2
  • 2 Fe 2 O 3 + 6 Mn \u003d 4 Fe + 6 MnO
  • Fe 2 O 3 + 3 C \u003d 2 Fe + 3 CO ↑
  • 5 Fe 2 O 3 + 2 P \u003d 10 FeO + P 2 O 5
  • FeO + C \u003d Fe + CO ↑

Vzájemným působením zásaditých a kyselých oxidů vznikají silikáty a fosforečnany, které přecházejí do strusky. Síra také přechází do strusky ve formě sulfidu vápenatého:

  • MnO + Si02 = MnSi03
  • 3 CaO + P 2 O 5 \u003d Ca 3 (PO 4 ) 2
  • FeS + CaO = FeO + CaS

Pece s otevřenou nístějí, stejně jako konvertory, pracují periodicky. Po nalití oceli je pec opět zatížena vsázkou atd. Proces zpracování litiny na ocel v otevřených pecích probíhá poměrně pomalu během 6-7 hodin. Na rozdíl od konvertoru lze v pecích s otevřenou nístějí snadno řídit chemické složení oceli přidáváním železného šrotu a rudy do litiny v tom či onom poměru. Před koncem tavení se ohřev pece zastaví, struska se vypustí a poté se přidají dezoxidanty. V pecích s otevřenou nístějí lze získat i legovanou ocel. K tomu se na konci taveniny přidávají do oceli odpovídající kovy nebo slitiny.

Pro rok 2009 se pracovní otevřené pece dochovaly pouze v Rusku, na Ukrajině a v Indii. V roce 2018 byla uzavřena poslední velká otevřená nístějová pec v Rusku [12] . Poté se tento způsob výroby oceli zachoval pouze na Ukrajině.

Elektrotermická metoda

Elektrotepelný způsob má oproti otevřenému ohniště a zejména konvertorovému způsobu řadu výhod. Tato metoda umožňuje získat ocel velmi vysoké kvality a přesně kontrolovat její chemické složení. Přístup vzduchu do elektrické pece je nepatrný, proto se mnohem méně tvoří oxid železitý FeO, který znečišťuje ocel a snižuje její vlastnosti. Teplota v elektrické peci není nižší než 1650 °C. To umožňuje natavit ocel na základních struskách (obtížně tavitelných), ve kterých jsou fosfor a síra dokonaleji odstraněny. Navíc díky velmi vysoké teplotě v elektrických pecích je možné legovat ocel žáruvzdornými kovy - molybdenem a wolframem. Ale v elektrických pecích se spotřebuje hodně elektřiny - až 800 kWh na 1 tunu oceli. Proto se tato metoda používá pouze k získání vysoce kvalitní speciální oceli.

Elektrické pece se dodávají v různých kapacitách - od 0,5 do 180 t. Vyzdívka pece je obvykle vyrobena z periklas-uhlíkového žáruvzdorného materiálu a střecha pece je vyrobena z magnezit-chromitového žáruvzdorného materiálu. Složení nálože může být různé. Ve většině případů používají elektrické pece 100% kovový šrot. Někdy vsázku tvoří 90 % železného šrotu a 10 % železa, někdy v ní převažuje litina s přísadami v určitém podílu železné rudy a železného šrotu. Do vsázky se také přidává vápenec nebo vápno jako tavidlo . Chemické procesy při výrobě oceli v elektrických pecích jsou stejné jako v pecích s otevřenou nístějí.

Vlastnosti oceli

Fyzikální vlastnosti

  • hustota p ≈ 7,86 g/cm3 ( nebo 7800 kg/m3 ) ;
  • koeficient lineární tepelné roztažnosti α = (11…13) 10 −6 K −1 ;
  • součinitel tepelné vodivosti k = 58 W/(m K);
  • Youngův modul E = 210 GPa;
  • smykový modul G = 80 GPa;
  • Poissonův poměr ν = 0,28…0,30;
  • elektrický odpor (20 ° C, 0,37-0,42% uhlíku) \u003d 1,71 10 -7 Ohm m.

Závislost vlastností na složení a struktuře

Vlastnosti ocelí závisí na jejich složení a struktuře, které jsou tvořeny přítomností a procentem následujících složek:

  • Uhlík  je prvek, jehož nárůstem obsahu v oceli roste její tvrdost a pevnost , zatímco tažnost klesá .
  • Křemík a mangan (v rozmezí 0,5 ... 0,7 %) nemají významný vliv na vlastnosti oceli. Tyto prvky jsou zaváděny do většiny jakostí uhlíkových a nízkolegovaných ocelí během dezoxidační operace (nejprve feromangan, poté ferosilicium jako levné dezoxidační feroslitiny).
  • Síra je škodlivá nečistota, která tvoří se železem chemickou sloučeninu FeS (sulfid železa). Sulfid železa v oceli tvoří se železem eutektikum o teplotě tání 1258 K, což způsobuje křehkost materiálu při tlakovém zpracování s ohřevem. Uvedené eutektikum se při tepelném zpracování taví, v důsledku čehož dochází ke ztrátě vazby mezi zrny s tvorbou trhlin. Kromě toho síra snižuje tažnost a pevnost oceli, odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi.
  • Fosfor je také škodlivá nečistota, protože dodává oceli křehkost za studena ( křehkost při nízkých teplotách) [13] . To je způsobeno skutečností, že fosfor způsobuje silnou intrakrystalickou segregaci. Existuje však skupina ocelí s vysokým obsahem fosforu, tzv. „automatické oceli“, kovové výrobky, ze kterých se snadno obrábí řezáním (například šrouby, matice apod. na poloautomatických revolverových soustruzích) .
  • Ferit  je železo s krystalickou mřížkou centrovanou na tělo. Slitiny na jeho bázi mají měkkou a tažnou mikrostrukturu.
  • Cementit  - karbid železa, chemická sloučenina se vzorcem Fe 3 C, naopak dává oceli tvrdost. Když se ve struktuře hypereutektoidní oceli objeví volný cementit (při C více než 0,8 %), mizí jasný vztah mezi obsahem uhlíku a komplexem mechanických vlastností: tvrdost, rázová houževnatost a pevnost.
  • Perlit  je eutektoidní (jemně dispergovaná mechanická) směs dvou fází – feritu a cementitu, obsahuje 1/8 cementitu (přesněji podle „pákového“ pravidla, pokud zanedbáme rozpustnost uhlíku ve feritu při pokojové teplotě – 0,8 / 6,67) a proto má ve srovnání s feritem zvýšenou pevnost a tvrdost. Proto jsou hypoeutektoidní oceli mnohem tažnější než hypereutektoidní.

Oceli obsahují až 2,14 % uhlíku. Základem nauky o oceli jako slitině železa s uhlíkem je stavový diagram slitin železo-uhlík  - grafické znázornění fázového stavu slitin železo-uhlík v závislosti na jejich chemickém složení a teplotě. Legování se používá ke zlepšení mechanických a jiných vlastností ocelí. Hlavním cílem legování velké většiny ocelí je zvýšení pevnosti v důsledku rozpouštění legujících prvků ve feritu a austenitu, tvorba karbidů a zvýšení prokalitelnosti. Kromě toho mohou legující prvky zvýšit odolnost proti korozi, žáruvzdornost, žáruvzdornost atd. Prvky jako chrom, mangan, molybden, wolfram, vanad, titan tvoří karbidy, zatímco nikl, křemík, měď, hliník karbidy netvoří. Kromě toho legující prvky snižují kritickou rychlost ochlazování během kalení, což je třeba vzít v úvahu při přiřazování režimů kalení (teplota ohřevu a chladící médium). Při značném množství legujících prvků se může výrazně změnit struktura, což vede ke vzniku nových konstrukčních tříd oproti uhlíkovým ocelím.

Zpracování oceli

Druhy tepelného zpracování

Ocel ve výchozím stavu je dosti plastická, lze ji zpracovat deformací (tlakem): kování, válcování, lisování. Charakteristickým znakem oceli je její schopnost výrazně měnit své mechanické vlastnosti po tepelném zpracování, jehož podstatou je změna struktury oceli při ohřevu, přidržování a ochlazování, podle zvláštního režimu. Existují následující typy tepelného zpracování:

  • žíhání;
  • normalizace;
  • kalení;
  • dovolená.

Čím je ocel bohatší na uhlík, tím je po kalení tvrdší. Ocel s obsahem uhlíku do 0,3 % (komerční železo) se prakticky nekalí.

Chemicko-tepelné zpracování ocelí

Chemicko-tepelné zpracování ocelí vede kromě změn ve struktuře oceli také ke změně chemického složení povrchové vrstvy přidáním různých chemikálií do určité hloubky povrchové vrstvy. Tyto postupy vyžadují použití řízených systémů vytápění a chlazení ve speciálních prostředích. Mezi nejčastější cíle související s využitím těchto technologií patří zvýšení povrchové tvrdosti s vysokou viskozitou jádra, snížení třecích sil, zlepšení odolnosti proti opotřebení, zlepšení odolnosti proti únavě a zlepšení odolnosti proti korozi. Mezi tyto metody patří:

  • Nauhličování (C) zvyšuje povrchovou tvrdost měkké oceli v důsledku zvýšení koncentrace uhlíku v povrchových vrstvách.
  • Nitridace (N), stejně jako nauhličování, zvyšuje povrchovou tvrdost a odolnost proti opotřebení oceli.
  • Kyanování a nitrokarburizace (N + C) je proces současného sycení povrchu ocelí uhlíkem a dusíkem. Při kyanizaci se používají solné taveniny, které mají ve svém složení skupinu NaCN a při nitrokarburizaci se používá směs amoniaku s plyny, které obsahují uhlík (CO, CH 4 atd.). Po kyanizaci a nitrokarburizaci se provádí kalení a nízké popouštění.
  • Sulfatace (S) - nasycení povrchu sírou zlepšuje záběh třecích ploch dílů, snižuje se koeficient tření.

Odrůdy některých ocelí

Třídy oceli tepelné zpracování Tvrdost (jádro-povrch)
35 normalizace 163-192 HB
40 zlepšení 192-228 HB
45 normalizace 179-207 HB
45 zlepšení 235-262 HB
55 kalení a vysoké popouštění 212-248HB
60 kalení a vysoké popouštění 217-255 HB
70 kalení a vysoké popouštění 229-269 HB
80 kalení a vysoké popouštění 269-302 HB
U9 žíhání 192 HB
U9 kalení 50-58HRC
U10 žíhání 197 HB
U10 kalení 62-63HRC
40X zlepšení 235-262 HB
40X zlepšení + kalení vysokým proudem frekvence 45-50 HRC; 269-302 HB
40HN zlepšení 235-262 HB
40HN zlepšení + kalící proudy vys. frekvence 48-53 HRC; 269-302 HB
35XM zlepšení 235-262 HB
35XM zlepšení + kalící proudy vys. frekvence 48-53 HRC; 269-302 HB
35L normalizace 163-207HB
40L normalizace 147 HB
40 GL zlepšení 235-262 HB
45 l zlepšení 207-235 HB
65G

Tvrdost HB - Brinell , tvrdost HRC - Rockwell .

Výroba oceli

Výroba oceli ve světě

Světovým lídrem ve výrobě oceli je Čína, jejíž podíl v roce 2017 činil 49 %.

Celkem se v roce 2015 ve světě vytavilo 1 620 milionů tun oceli, v roce 2017 činil objem světové produkce 1 691,2 milionů tun [14] .

Prvních deset předních zemí v tavení oceli je [14] :

Země Tavení v roce 2017, miliony tun
Čína 831,7
Japonsko 104,7
Indie 101,4
USA 81,6
Rusko 71,3
Jižní Korea 71,1
Německo 43,6
krocan 37,5
Brazílie 34.4
Itálie 24.0

Výroba oceli podle kontinentů a regionů je rozdělena takto (v tisících tun):

Regiony světa 2011 2017
Asie 954 190 1 162 500
Evropská unie (27) 177 431 168 700
Severní Amerika 118 927 116 000
CIS (6) 112 434 102 100
Jižní Amerika 48 357 43 700
Jiná Evropa 37 181
Blízký východ 20 325
Afrika 13 966
Oceánie 7 248
Celkem na světě 1 490 060 1 691 200

2008

V roce 2008 svět vyrobil 1 miliardu 329,7 milionů tun oceli, což je o 1,2 % méně než v roce 2007. Jednalo se o první snížení roční produkce za 11 let.

2009

Podle výsledků za prvních šest měsíců roku 2009 se výroba oceli v 66 zemích světa, jejichž podíl na světovém ocelářském průmyslu činí minimálně 98 %, ve srovnání se stejným obdobím předchozího roku snížila o 21,3 % - z 698,2 % milionů tun na 549,3 milionů tun (statistika World Steel Association).

Čína zvýšila produkci oceli ve srovnání se stejným obdobím roku 2008 o 1,2 % – až na 266,6 milionů tun, v Indii se výroba oceli zvýšila o 1,3 % – až na 27,6 milionů tun.

Ve Spojených státech klesla výroba oceli o 51,5 %, v Japonsku - o 40,7 %, v Jižní Koreji - o 17,3 %, v Německu - o 43,5 %, v Itálii - o 42,8 %, ve Francii - o 41,5 %, v Spojené království - o 41,8%, v Brazílii - o 39,5%, v Rusku - o 30,2%, na Ukrajině - o 38,8%.

V červnu 2009 dosáhla produkce oceli ve světě 99,8 milionů tun, což je o 4,1 % více než v květnu 2009.

Žebříček předních světových výrobců oceli

Výroba oceli největšími světovými výrobci v různých letech (v milionech tun):

Hodnocení
v roce 2019 		Výrobce Země Výroba
v roce 2006 [15] 		Výroba
v roce 2007 [15] 		Výroba
v roce 2019 [16]
jeden ArcelorMittal Lucembursko 117,98 116,40 97,31
3 Nippon Steel Japonsko 33,70 34,50 51,68
12 JFE Steel Japonsko 31,83 33,80 27:35
5 POSCO Jižní Korea 31,20 32,78 43.12
2 China Baowu Group ( Shanghai Baosteel ) Čína 22,53 28,58 95,47
9 Tata Steel Indie 23,95 26,52 30.15
6 Shagang Group ( Jiangsu Shagang ) Čína 14,63 22,89 41.10
čtyři HBIS Group ( Tangshang ) Čína 19.06 22,75 46,56
21 NLMK Rusko - - 15,61
26 U.S. Steel USA 21.25 20,54 15,37
- China Baowu Group ( Wuhan ) Čína 13,76 20.19 -
čtrnáct Nucor USA 20.31 20.04 23.09
- ArcelorMittal (Riva) Itálie 18.19 17,91 -
třicet Skupina Gerdau Brazílie 15,57 17,90 13.13
35 ThyssenKrupp Německo 16,80 17.02 12.25
37 Severstal Rusko 17,60 16,75 11,85
28 Evraz Rusko 16.10 16:30 13,81
7 Ansteel Group ( Anshan ) Čína 15:00 16.17 39,20
- China Baowu Group ( Maanshan ) Čína 10,91 14.16 -
osmnáct Plachta Indie 13,50 13,87 16.18
32 MMK Rusko 12:45 13:30 12,46
24 Techint Argentina 12,83 13:20 14,44
deset Shougang Čína 10.55 12,85 29,34
23 Společnost China Steel Corp Tchaj-wan 12,48 12,67 15.23
jedenáct Shandong Steel ( Jinan ) Čína 11.24 12.12 27,58
osm Skupina Jianlong Čína - - 31.19
13 Skupina Valin Čína - - 24.31

Hlavní výrobci oceli v Rusku

Umístění ruských společností ve světovém žebříčku (v milionech tun):
Pořadí
v roce 2019 [16] 		Výrobce Výroba
v roce 2006 [15]		 Výroba
v roce 2007 [15]		 Výroba
v roce 2010 [17] 		Výroba
v roce 2019 [16]
37 Severstal 17,60 16,75 14,70 11,85
28 Evraz 16.10 16:30 16.29 13,81
32 MMK 12:45 13:30 11:40 12,46
21 NLMK 9.13 9.06 11:50 15,61
70 Metalloinvest 6.28 6.43 6.10 4,87
86 Mechel 5,95 6.09 6.07 3,60
100 TMK 2.15 2.19 2,60 3.12

Mezinárodní trh s ocelí

Od roku 2019 [18] se trh s primární ocelí (s výjimkou výrobků z ní vyrobených) odhadoval na 380 miliard USD.

Největšími vývozci byli (2019) – Čína (39,8 miliardy dolarů), Japonsko (26,7 miliardy dolarů), Německo (25,4 miliardy dolarů), Jižní Korea (23,5 miliardy dolarů) a Rusko (19,8 miliardy dolarů); dovozci jsou Německo (26,3 miliardy USD), Spojené státy americké (23,9 miliardy USD), Čína (21,9 miliardy USD), Itálie (18,4 miliardy USD) a Jižní Korea (14,7 miliardy USD).

Certifikáty jakosti a shody pro výrobky z oceli

Naprostá většina ocelových výrobků podléhá povinné certifikaci. Pro zjednodušení bude tato část dále v této části odkazovat na „válcované výrobky“, ale stejné požadavky platí pro výkovky, odlitky, hardware (například drát, páska) atd.

Certifikát kvality vydává výrobce a osvědčuje shodu výrobků s aktuálními normami (GOST, TU a další).

Hlavní normalizované vlastnosti:

  • sortiment, to znamená geometrie válcovaných výrobků (rozměry, délka, přípustné zakřivení atd.);
  • chemické složení oceli;
  • technické podmínky (mechanické vlastnosti, povrchová úprava, u určitých typů - ocelová konstrukce a některé další parametry).

U některých typů válcovaných výrobků je každá charakteristika standardizována samostatným GOST; některé GOST kombinují dvě a dokonce všechny tři charakteristiky.

Příklady:

1. Úhelník válcovaný za tepla 50x50x5 mm, délka 12,0 m, stupeň st3sp-5, je standardizován třemi GOST:

  • GOST 8509-93 - pro velikost (50x50x5mm), délku tyče 12,0 m, přípustné zakřivení atd.
  • GOST 380-2005 pro chemické složení (st3sp)
  • GOST 535-2005 pro mechanické vlastnosti

2. Kruh válcovaný za tepla 25 mm ze třídy st20 je standardizován pouze dvěma GOST:

  • GOST 2590-2006 - pro průměr 25 mm a přípustné zakřivení
  • GOST 1050-88 (nové vydání 1050-2013) pro chemické složení a pro mechanické vlastnosti, kvalitu povrchu atd.

3. Kování AIII 28 mm od značky 25G2S - všechny parametry jsou regulovány v souladu s GOST 5781-82.

Certifikáty shody (většinou) osvědčují, že ten či onen druh válcovaných výrobků vyráběných podnikem splňuje požadavky, které přímo nesouvisí s válcovanými výrobky jako takovými: hygienické a hygienické, stavební, zvláštní požadavky na válcované výrobky pro potřeby jaderné energetiky, letectví, stavba lodí a některá další speciální průmyslová odvětví. Takové certifikáty vydávají speciálně oprávněné organizace v závislosti na účelu pronájmu.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Steel ve Wikislovníku .
  2. ↑ "Nauka o materiálech" Arzamasov B. N. . Získáno 20. května 2009. Archivováno z originálu 18. června 2009.
  3. ↑ Akanuma, H. Význam složení vykopaných železných úlomků odebraných ze Stratum III na lokalitě Kaman-Kalehöyük, Turecko  //  Anatolian Archaeological Studies : journal. - 2005. - Sv. 14 . - S. 147-158 .
  4. ↑ Kus železného zboží odkrytý z Turecka, u kterého bylo zjištěno, že je nejstarší ocelí , Hindu  (26. března 2009). Archivováno z originálu 29. března 2009. Staženo 27. března 2009.
  5. ↑ The Riddle of the Damask Pattern Archived 1. listopadu 2017 na Wayback Machine .
  6. ↑ Bulat a Damašková ocel - záhady a historie Archivováno 16. října 2017 na Wayback Machine .
  7. ↑ Pancíř tanku . Získáno 16. října 2017. Archivováno z originálu 16. října 2017.
  8. ↑ GOST 380-71, GOST 1050-75
  9. ↑ GOST 4543-71, GOST 5632-72, GOST 14959-79 . Získáno 20. června 2015. Archivováno z originálu 23. září 2015.
  10. ↑ Oddíl 3.7. Tepelná vodivost // Nová referenční kniha chemika a technologa. - Petrohrad. : MMVI, NPO "Professional", 2006. - T. 12.
  11. ↑ VYSVĚTLIVKY K JEDNOTNÉ KOMODITNÍ NOMENKLATUŘE PRO ZAHRANIČNÍ EKONOMICKÉ AKTIVITY EURASijské EKONOMICKÉ UNIE (TN VD EAEU).
  12. ↑ V Rusku byla zastavena největší otevřená nístějová pec . RBC. Získáno 23. března 2018. Archivováno z originálu dne 23. března 2018.
  13. ↑ Vasiliev A. V., Ermakov S. B. Důvody ničení vysokopevnostních ocelí při nízkých teplotách  // Nauch. časopis NRU ITMO; série "Chlazení a klimatizace". - 2008. - č. 2 . Archivováno z originálu 12. září 2015.
  14. ↑ 1 2 Světová výroba oceli se v roce 2017 zvýšila o 5,3 procenta . Získáno 25. července 2018. Archivováno z originálu 25. července 2018.
  15. ↑ 1 2 3 4 Nejlepší výrobci oceli roku 2007 // Metal Bulletin Weekly. - 17. března 2008. - č. 9038 . - S. 7 .
  16. ↑ 1 2 3 Nejlepší výrobci oceli v roce 2019  . světové ocelářské asociace. Získáno 5. října 2020. Archivováno z originálu dne 23. listopadu 2020.
  17. ↑ Metal Bulletin . www.metalbulletin.com . Získáno 22. listopadu 2020. Archivováno z originálu dne 27. listopadu 2020.
  18. ↑ Podle oec.world . Získáno 27. března 2021. Archivováno z originálu dne 13. června 2021.

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie