Ocel je v podstatě železo a uhlík legovaný s některými dalšími prvky. Proces legování se používá ke změně chemického složení oceli a ke zlepšení vlastností uhlíkové oceli nebo k přizpůsobení požadavkům konkrétní aplikace.
Výhody ocelových slitin:
Různé legující prvky mají svůj vlastní vliv na vlastnosti oceli. Některé vlastnosti, které lze zlepšit legováním, zahrnují:
- Stabilizace austenitu : Prvky jako nikl , mangan , kobalt a měď zvyšují teplotní rozsah, v němž austenit existuje.
- Stabilizace feritu : Chrom , wolfram , molybden , vanad, hliník a křemík mohou mít za následek snížení rozpustnosti uhlíku v austenitu. To má za následek zvýšení množství karbidů v oceli a snižuje rozsah teplot, v němž austenit existuje.
- Vytváření karbidu : Mnoho menších kovů, včetně chromu , wolframu, molybdenu, titanu , niobu, tantalu a zirkonu, tvoří silné karbidy, které - v oceli - zvyšují tvrdost a pevnost. Takové oceli se často používají k výrobě vysoce rychlé oceli a horké pracovní oceli.
- Grafitizace : Křemík, nikl, kobalt a hliník mohou snižovat stabilitu karbidů v oceli, podporovat jejich rozklad a tvorbu volného grafitu.
- Snížení koncentrace eutektoidů : titan, molybden, wolfram, křemík, chrom a nikl snižují koncentraci eutektoidu uhlíku.
- Zvyšte odolnost proti korozi : hliník, křemík a chrom tvoří ochranné vrstvy oxidů na povrchu oceli, čímž chrání kov před dalším zhoršením v určitých prostředích.
Společné prostředky pro legování oceli:
Níže je seznam běžně používaných legujících prvků a jejich vliv na ocel (standardní obsah v závorkách):
- Hliník (0,95-1,30%): Deoxidátor. Používá se k omezení růstu austenitových zrn.
- Bór (0,001-0,003%): činidlo vytvrzování, které zlepšuje deformovatelnost a obrobitelnost. Bór je přidáván do plně zlikvidované oceli a je třeba ji přidávat pouze ve velmi malých množstvích, aby měly vytvrzující účinek. Přísady boru jsou nejúčinnější v ocelích s nízkým obsahem uhlíku.
- Chrom (0,5-18%): klíčová součást nerezavějících ocelí. Při více než 12% obsahu chrómu výrazně zlepšuje odolnost proti korozi. Kov zlepšuje vytvrditelnost, pevnost, reakci na tepelné zpracování a odolnost proti opotřebení.
- Kobalt : Zlepšuje pevnost při vysokých teplotách a magnetické propustnosti.
- Měď (0,1-0,4%): nejčastěji se vyskytuje jako zbytková látka v ocelích, přidává se také měď, aby se vytvořily srážkové vlastnosti a zvýšila odolnost proti korozi.
- Olovo : I když je prakticky nerozpustné v kapalné nebo pevné oceli, někdy se olovo při mechanickém rozptýlení přidává do uhlíkových ocelí během lití, aby se zlepšila obrobitelnost.
- Mangan (0,25-13%): Zvyšuje pevnost při vysokých teplotách tím, že eliminuje tvorbu sulfidů železa. Mangan také zlepšuje vytvrditelnost, tvárnost a odolnost proti opotřebení. Stejně jako nikl je mangan jako prvek tvořící austenit a může být použit v AISI 200 Series austenitických nerezových ocelí jako náhrada za nikl.
- Molybden (0,2 - 5,0%): nalezený v malých množstvích z nerezavějících ocelí, molybden zvyšuje vytvrditelnost a pevnost, zejména při vysokých teplotách. Často používaný v austenitických ocelích pocházejících z chromu a niklu, molybden chrání před poškozením koroze způsobenou chloridy a sírovými chemikáliemi.
- Nikl (2 - 20%): Další legující prvek kritický pro nerezavějící oceli, nikl je přidán s obsahem více než 8% na vysokou chromovou nerezovou ocel. Nikl zvyšuje pevnost, rázovou houževnatost a houževnatost a zároveň zvyšuje odolnost vůči oxidaci a korozi. Také zvyšuje houževnatost při nízkých teplotách, když se přidává v malých množstvích.
- Niobium : má výhodu při stabilizaci uhlíku vytvářením tvrdých karbidů, a tak se často vyskytuje u ocelí s vysokou teplotou. V malých množstvích může niobium výrazně zvýšit mez kluzu a v menší míře i pevnost v tahu ocelí, stejně jako mírné srážení, které posiluje účinek.
- Dusík : Zvyšuje austenitickou stabilitu nerezavějících ocelí a zlepšuje mez kluzu v těchto ocelích.
- Fosfor: Fosfor je často přidáván se sírou ke zlepšení obrábění v nízkolegovaných ocelích. Rovněž zvyšuje pevnost a zvyšuje odolnost proti korozi.
- Selen : Zvyšuje obrobitelnost.
- Silikon (0,2 až 2,0%): Tento kovový povlak zvyšuje pevnost, pružnost, odolnost vůči kyselinám a vede k větší velikosti zrna, což vede k větší magnetické propustnosti. Vzhledem k tomu, že křemík je používán v deoxidačním činidle při výrobě oceli , je téměř vždy nalezen v určitém procentu ve všech stupních oceli.
- Síra (0,08-0,15%): přidává se v malých množstvích, síra zlepšuje obrobitelnost bez toho, aby způsobila horkost. Při přidání manganu je horkost zkrácena dále vzhledem k tomu, že sulfid manganu má vyšší teplotu tání než siřičitan železa.
- Titan : Zlepšuje jak pevnost, tak odolnost proti korozi při omezení velikosti zrnitosti austenitu. Při obsahu titanu v poměru 0,25-0,60% se uhlí spojuje s titanem, což umožňuje, že chrom zůstává na hranicích zrna a odolává oxidaci.
- Tungsten : Vytváří stabilní karbidy a zjemňuje zrnitost, aby se zvýšila tvrdost, zejména při vysokých teplotách.
- Vanad (0,15%): Stejně jako titan a niob může vanad vyrábět stabilní karbidy, které zvyšují pevnost při vysokých teplotách. Podporou struktury jemného zrna lze zachovat tažnost.
- Zirkonium (0,1%): Zvyšuje pevnost a omezuje velikost zrna. Pevnost může být značně zvýšena při velmi nízkých teplotách (pod mrazem). Ocel, které obsahují zirkonium až do obsahu 0,1%, bude mít menší velikost zrna a bude odolávat zlomení.
Zdroje: SubsTech. Látky a technologie. Vliv legujících prvků na vlastnosti oceli. (www.substech.com) Chase slitiny. Účinky legujících prvků v oceli. (www.chasealloys.co.uk)
Sledujte Terence na Google+