slitina železa a uhlíku From Wikipedia, the free encyclopedia
Ocel je slitina železa, uhlíku a dalších legujících prvků, která obsahuje méně než 2,14 % uhlíku. Při obsazích uhlíku vyšších než 2,14 % se hovoří o litinách. Může se vyskytovat ve více fázích (austenit, ferit α, perlit, ledeburit, cementit), které popisuje fázový binární diagram železo-uhlík a v několika strukturách (martenzit, bainit, sorbit, troostit, žmirin), které popisují tzv. diagramy IRA nebo ARA.
V technické praxi se výraz „železo“ ponechává pro označení chemického prvku, popř. chemicky čistého železa jako takového. Technické slitiny se označují vždy jako „ocel“ resp. „litina“.
Novověký způsob výroby oceli je metalurgický proces, při kterém se ze surového železa vyrobeného ve vysoké peci získává slitina železa s uhlíkem a dalšími chemickými prvky. Množství uhlíku se při tom snižuje na požadovanou úroveň stejně jako podíl nečistot, jakými jsou především síra a fosfor. Naopak jsou do slitiny dodávány další, tzv. legující prvky, např. mangan, křemík, hliník, chróm, nikl apod.
Chemicko-tepelné zpracování oceli zahrnuje řadu způsobů zpracování, při nichž se sytí povrch ocelí různými prvky. Dochází tak ke změně chemického složení v povrchových vrstvách ocelové součásti, při zvýšené teplotě jiným prvkem (C, N). Účelem je, aby se dosáhlo požadovaných vlastností, např. tvrdosti, žáruvzdornosti, korozivzdornosti, odolnosti proti opotřebení a únavě atd.
Nejčastějšími způsoby chemicko-tepelného zpracování jsou:
Oceli jsou nejčastěji používanými kovovými materiály. Legováním uhlíkem a dalšími prvky a kombinací tepelného a tepelně-mechanického zpracování je možno ovlivnit vlastnosti ocelí v širokém rozmezí a tak jejich vlastnosti přizpůsobit zamýšlenému použití. Vlastnosti oceli ovlivňují také různé příměsi. Fosfor nebo kobalt mají vliv na odolnost a tvrdost, mangan na tvrdost a odolnost proti opotřebení, zatímco chrom ovlivňuje odolnost vůči korozi.
Strukturní složky jsou popsány v binárním diagramu železo-uhlík. Hustota oceli je 7850 kg/m³. Měrná tepelná kapacita oceli je cca 469 J.kg−1.K−1 (závisí na obsahu příměsí). Bod tavení oceli je přibližně 1539 °C.
Závisí na hm.% C, níže uvedené hodnoty jsou pouze orientační.
V současné době je vyráběno asi 2500 druhů ocelí. V normách (ČSN, DIN, atd.) jsou oceli rozděleny do skupin jednak podle chemického složení, jednak podle struktury a mechanických a fyzikálních vlastností.
Podle chemického složení jsou oceli rozdělovány do následujících skupin:
Zvané také uhlíkové oceli. Obsah legujících prvků je nižší než je maximální tabelovaná hodnota pro daný prvek. Pro většinu prvků je tento maximální hmotnostní podíl kolem 2 %. Mechanické vlastnosti uhlíkových ocelí lze modifikovat tepelným (žíhání, kalení, popouštění), tepelně-mechanickým a tepelně-chemickým (cementace a nitridace) zpracováním.
Obsah legujících prvků po odečtení obsahu uhlíku je nižší než 5 %. Mají podobné vlastnosti jako oceli nelegované, ale jsou vhodné pro tepelné zpracování. Tepelným zpracováním je u nich možno ovlivnit mechanické vlastnosti. Se stoupajícím obsahem uhlíku stoupá i tvrdost po kalení. A to až do obsahu 0,85 hm. % C. S vyšším obsahem uhlíku se kalením už tvrdost dále nezvyšuje. Samotný obsah uhlíku má však také vliv na pevnost oceli, čím vyšší obsah, tím je ocel pevnější. Například kdysi se vyráběly radlice pluhu z oceli 11700, u kterých výrobce uváděl po překování (naostření) už není nutno kalit, protože ocel s takovým obsahem uhlíku byla sama o sobě dostatečně tvrdá.
Obsah legujících prvků je vyšší než 5 %. Kombinací legujících prvků se dosahuje potřebných mechanických, fyzikálních a chemických vlastností.
Podle oblasti použití lze oceli rozdělit do následujících skupin:
Ocel se recykluje takřka od doby jejího objevení a to hlavně z ekonomických důvodů. Je totiž levnější ocel recyklovat, než těžit železnou rudu a vynakládat finance na výrobu „nové“ slitiny. Finanční nároky výroby nové slitiny jsou ve srovnání s náklady na recyklaci obrovské. Recykluje se také proto, že ocel během procesu recyklace neztrácí žádné ze svých vlastností. Je to nejvíce recyklovaný materiál v Severní Americe. Energie ušetřená recyklováním oceli snižuje roční spotřebu energie průmyslu až o 75 %. Toto procento představuje množství energie dostačující k zásobování 18 milionů rodin po dobu jednoho roku. Recyklováním jedné tuny oceli se ušetří 1100 kg železné rudy, 630 kg uhlí a 55 kg vápence. V roce 2005 bylo recyklováno 76 milionů tun oceli.
V poslední době se každým rokem zrecykluje asi 75 % z celkové roční produkce oceli. U některých druhů ocelových produktů je tento poměr ještě vyšší. Například v letech 2004 a 2005 bylo zrecyklováno 97,5 % tyčí a plátů z konstrukční oceli. Výztužných ocelových tyčí bylo zrecyklováno asi 65 % z jejich celkové roční produkce. Konstrukční ocel tak typicky obsahuje asi 95 % recyklovaného materiálu. Oproti tomu lehčí typ oceli, jako je ocel válcovaná, obsahuje „pouze“ 30 % recyklovaného materiálu.
Ocelové tyče se vyrábí ve standardizovaných velikostech a tak při jejich výrobě vznikne jen velmi málo odpadu (tento odpad je samozřejmě recyklovatelný). Na průměrně velký dvoupodlažní dům se spotřebuje množství oceli přirovnatelné k 6 zrecyklovaným autům. Na stejný dům s dřevěnou konstrukcí by padlo asi 40 – 50 stromů.
Celosvětová poptávka po oceli neustále roste. Přestože zatím bylo oceli vyprodukováno obrovské množství, většina je stále v oběhu. Nejběžnější ocelové výrobky určené k recyklování jsou plechovky, automobily, různá zařízení a ocel ze zbouraných budov. Můžeme odhadnout, že průměrné zařízení se skládá z 65 % z oceli. Auta obsahují až 66 % oceli.
Ocel je možné recyklovat v ocelárnách metodou oxidace v kyslíkových konvertorech. Většinou se však recykluje tavením v elektrických obloukových pecích (pro výrobu oceli s nízkým obsahem uhlíku) nebo v indukčních pecích (pro výrobu vysoce legovaných železných slitin).
Ocel se využívá zejména pro nosné konstrukce staveb. Relativně velká pevnost při nízké hmotnosti předurčuje použití oceli pro velmi namáhané a velkorozponové konstrukce, ať již průmyslových hal či architektonicky náročných staveb. Využívá se též při stavbě mostů, lávek či různých typů schodišť. Pro své estetické vlastnosti je také vyhledávána u řady umělců.
Ocelové prvky se často používají jako spoje nebo výztužné elementy betonových, dřevěných či skleněných konstrukcí a jejich částí.
Ocelové konstrukce se uplatňují především u komplikovanějších a tvarově složitějších staveb. Při ocelové nosné konstrukci budovy však musí projektant vyřešit její ochranu při požáru; ohřeje-li se nízkolegovaná ocel na 500 °C, klesne její mez kluzu (i mez pevnosti) zhruba na polovinu. Mnoho moderních a architektonicky náročných staveb je projektováno za použití ocelových konstrukcí. Ocel se také plně využívá pro stavby jako jsou mosty a případně konstrukce pro průmysl, energetiku, věže apod.
Ocel je zároveň stále základním materiálem v drtivé většině odvětví strojírenství.
Největší výhodu ocel představuje při rekonstrukcích, při doplňování konstrukcí nebo jejich zesilování nebývá většinou žádný problém. A navíc je ocelová konstrukce plně recyklovatelná.
Obrázky, zvuky či videa k tématu ocel na Wikimedia Commons Galerie ocel na Wikimedia Commons
Slovníkové heslo ocel ve WikislovníkuSeamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
