Ocel se stala prvotřídní komoditou s tisíci různými variantami podle účelu použití, proto si pojďme prozkoumat nejčastěji používané různé druhy oceli, jejich charakteristické vlastnosti a také jejich použití.

Železo je nejhojněji dostupný minerál rozšířený v celém zemském jádře a plášti, ačkoli je v čisté formě extrémně měkké a musí se oxidovat na oxid železitý. Špatná pevnost a trvanlivost této formy značně brání využití železa. Pro zlepšení těchto vlastností se do čistého železa přidávají až 2 % uhlíku, čímž vzniká vysoce odolná a tvrdá látka zvaná ocel.

Pro svou vysokou pevnost v tahu a pevnost se ocel používá k výrobě všeho možného, od šicích jehel až po ropné tankery, a také nástrojů potřebných k jejich výrobě. Přesto se do oceli často přidávají další druhy kovů, které jí dodávají různé vlastnosti v závislosti na zamýšleném použití.

Těmito kovovými příměsemi vzniklo do dnešní doby 3 500 různých variant oceli, z nichž každá nese jiné strukturní, chemické a fyzikální vlastnosti a charakteristiky. Ještě více zarážející je skutečnost, že více než 75 % těchto variant bylo zavedeno v posledních dvou desetiletích s cílem uspokojit rychle se rozvíjející průmyslové požadavky.

Prozkoumejme nejčastěji používané druhy oceli, jejich charakteristické vlastnosti a použití:

Uhlíková ocel

Většina oceli na celém světě je nějakou formou uhlíkové oceli. Skládá se ze železa, uhlíku a různého specifického množství dalších legujících prvků. Jako hlavní legující prvek uhlíkových ocelí tvoří uhlík přibližně 90 % veškeré výroby oceli.

Pomáhá vytvářet pevnější a mnohem tuhší kov. Je to proto, že atomy obsažené v uhlíku mu umožňují procházet krystalovou mřížkou železa, mírně ji narušují a vyplňují mezery mezi atomy kovu.

Vzhledem k této vlastnosti jsou výsledné výrobky z uhlíkové oceli extrémně tvrdé. O této pevnosti rozhoduje množství přítomného uhlíku, které ji dále dělí do tří kategorií:

Vše o čepeli z uhlíkové oceli se dozvíte zde.

Vysokouhlíková ocel

Vysokouhlíková ocel obvykle obsahuje přibližně 0,61 % až 1,5 % uhlíku, což vede k vytvoření pevné, křehké a tvrdé oceli. Aby se zvýšila její odolnost proti opotřebení, prochází vhodným tepelným zpracováním. Kromě toho, že se používá pro vysokopevnostní dráty a pružiny, je užitečným materiálem pro výrobu strojů tlumících nárazy.

Středně uhlíkatá ocel

Tato varianta zahrnuje obsah uhlíku 0,31 % až 0,6 %, což vede k mírně kujné oceli s větší pevností v tahu než nízkouhlíkatá ocel. Pro zpevnění se často upravuje popouštěním, což je forma tepelného zpracování. Protože je vysoce kujná a lze ji tvarovat do různých tvarů a velikostí, je tento typ ze všech tří nejčastěji používaný. Setkáte se s ním všude, od mrakodrapů přes ploty až po mosty a domy.

Nízkouhlíková ocel

Nízkouhlíková ocel obsahuje do 0,3 % uhlíku. Nabízí sice vysokou kujnost a tažnost, ale nízkouhlíková ocel se vyznačuje nízkou pevností v tahu, kterou lze jistě zlepšit procesem válcování za studena. Ten spočívá ve válcování oceli mezi dvěma leštěnými válci za vysokého tlaku. Mezi její nejběžnější použití patří výroba plechů, krabic, trubek, řetězů, drátů, pouzder, nýtů, rámů vozidel atd.

Zdroj: Zdroj: Techpedia

Slitinová ocel

Slitinová ocel se kromě železa skládá z různého množství různých kovů. Tyto příměsi pomáhají manipulovat s vlastnostmi oceli tak, aby sloužila konkrétním aplikacím. V určité míře se používají kovy jako hliník, nikl, křemík, chrom, mangan, titan a měď. Použití těchto kovů vede k vlastnostem, které se u uhlíkové oceli nevyskytují. Dochází k požadovaným změnám v pevnosti, tvářitelnosti, odolnosti proti korozi, tažnosti a kalitelnosti oceli.

Legovaná ocel, která obecně lépe reaguje na různé druhy úprav, se používá ve specializovanějších odvětvích, jako je výroba spotřebičů, stavba lodí a automobilový průmysl. Může se dodávat v pevnějších nebo hmatatelnějších formách, ve formách s vysokou odolností proti korozi nebo ve formách, které jsou vhodnější pro svařování.

Slitinová ocel se často používá k výrobě potrubí, automobilových dílů, generátorů elektrické energie, transformátorů a elektromotorů.

V závislosti na kombinaci legujících prvků zahrnují legované oceli mnoho různých variant. Připravili jsme pro vás nejpoužívanější typy:

Volframová ocel

Volfram, známý také jako wolfram, je v podstatě matně stříbrný kov, který se v nejčistší formě může pochlubit nejvyšším bodem tání ze všech druhů kovů. Od ostatních typů kovů se odlišuje svou pevností a schopností odolávat vysokým teplotám. Díky těmto vlastnostem se tento kov využívá v různých ocelových slitinách ke zvýšení odolnosti proti korozi a opotřebení.

Kromě toho se wolframová ocel využívá v tryskách raketových motorů k dosažení vysoké tepelné odolnosti. V kombinaci s kobaltem, niklem a železem lze wolframovou ocel použít k výrobě lopatek turbín pro mnoho typů letadel. Kromě toho mnoho dalších strojů a nástrojů vyžaduje vysokou tepelnou odolnost, a proto využívají wolframovou ocel.

Zdroj:

Další informace o wolframové oceli naleznete zde.

Niklová ocel

Slitina niklové oceli patří mezi nejpoužívanější ocelové slitiny na celém světě. Kromě vysokého obsahu niklu kolem 3,5 % obsahuje přibližně 0,35 % uhlíku. Její zvláštností je, že přídavek niklu zpevňuje konstrukční ocel bez úměrného snížení tažnosti. Toto zvýšení houževnatosti pomáhá odolávat lomům, které mohou být způsobeny vysokými nárazy, otřesy a zatížením.

V době kalení navíc nikl snižuje hodnotu deformace oceli. Niklová ocel nabízí neuvěřitelnou citlivost na tepelné zpracování, protože přídavek niklu snižuje teplotu oceli, což ji činí ideální pro tepelné zpracování.

Zdroj: Zdroj: Bright hub engineering

Manganová ocel

Manganová ocel je kalitelná ocel, která se skládá z 11 až 14 % obsahu manganu. Díky svým vynikajícím vlastnostem v oblasti pracovního kalení a odolnosti proti opotřebení se manganová ocel používá při výrobě složitých železničních kolejí. K dalším současným aplikacím patří lžíce na lopaty, tryskací skříně, škrabáky, bezpečnostní desky proti vrtání atd.

Zdroj: Více informací o manganové oceli naleznete zde.

Vanadová ocel

Vanadová ocel je známá svými korozivzdornými vlastnostmi a také schopností absorbovat nárazy. Kromě toho, že se používá pro potrubí a trubky pro přepravu chemikálií, se vanadová ocel používá ve formě tenké vrstvy k lepení titanu na ocel pro letecké a kosmické aplikace. Pouhé 1 % vanadu a chromu stačí k dosažení odolnosti proti nárazům a vibracím, takže je ideální pro použití v automobilech.

Zdroj: Mining.com

Chromová ocel

Přídavek chromu snižuje kritickou rychlost ochlazování a zvyšuje odolnost oceli proti tvorbě okují, opotřebení a pevnost při vysokých teplotách. Používá se především ke zvýšení odolnosti proti korozi. Chromová ocel se vyznačuje vysokou pružností a pevností v tahu a často se používá k výrobě strojních a automobilových součástí, drtičů hornin a trezorů.

Zdroj: Chrom-vanadová ocel

Chrom-vanadová ocel využívá jak chrom, tak vanad a kombinuje vlastnosti obou těchto ocelí. Tato ocel se vyznačuje extrémně vysokou pevností v tahu, lze ji snadno řezat, ale není křehká. Mezi běžná použití patří ozubená kola, nápravy, ojnice, rámy vozidel atd.

Křemíková ocel

Pokud jde o magnetickou sílu, je dnes nejvýznamnějším používaným materiálem křemíková ocel. Zatímco v pulzních transformátorech a malých relé se používá malé množství křemíkové oceli, v aplikacích, jako jsou velké motory a generátory, se využívají tuny křemíkové oceli. Z jejích vlastností je velmi žádaná redukce nasycení, odpor, magnetostrikce a magnetokrystalická anizotropie. S pouhým 1 až 2% přídavkem křemíku se tato ocel nejčastěji používá k výrobě permanentních magnetů.

Vše o křemíkové oceli se dozvíte zde.

Molybdenová ocel

Molybden jako cenné legující činidlo ocelí pomáhá zlepšovat houževnatost oceli, její svařitelnost a také odolnost proti korozi. Díky tomu je ideální pro použití v konstrukčních ocelích, a proto se hojně používají v aplikacích v mořském prostředí. Z molybdenových ocelí se rovněž využívají ropovody a plynovody a kuličková ložiska.

Zdroj: Metalpedia

Kobaltová ocel

Kobaltové slitiny mají obrovskou odolnost proti korozi, opotřebení, pevnost při vysokých teplotách a magnetické vlastnosti. K některým náročnějším kobaltovým aplikacím patří lopatky a lžíce plynových turbín. Přesto se tento typ oceli častěji používá k výrobě řezných nástrojů.

Zdroj: Zdroj: Science direct

Hliníková ocel

Přídavek hliníku pomáhá začlenit schopnost odrážet teplo. Skládá se z hustoty přibližně jedné třetiny hustoty oceli a používá se v aplikacích, kde je důležitá nízká hmotnost a vysoká pevnost. Hliníkové oceli se proto hojně používají k výrobě výfukových systémů motocyklů a automobilů. Kromě automobilového průmyslu se hliníková ocel různorodě používá při výrobě energie, v architektuře, při přípravě potravin, při balení, v aplikacích pro přenos elektrické energie atd.

Zdroj: Aalco

Nástrojové oceli

Nástrojové oceli jsou typem ocelí používaných k výrobě různých druhů nástrojů používaných k nejrůznějším účelům, včetně rázových nástrojů, řezných nástrojů, jako jsou nožířské nástroje, a dalších. Jsou tvořeny slitinami kovů, jako je wolfram, kobalt, molybden a vanad, v různém množství. Jsou nejen tvrdé a trvanlivé, ale také vysoce odolné vůči teplu.

V závislosti na typu vyráběného nástroje se kvalita nástrojové oceli liší, což má za následek vznik mnoha variant v rámci kategorie nástrojových ocelí:

Nástrojová ocel odolná proti nárazům

Jak název napovídá, tato varianta nástrojové oceli je navržena tak, aby poskytovala vysokou odolnost proti nárazům při různých teplotách. Skládá se z nízkého obsahu uhlíku, křemíku a molybdenu, je abrazivní a středně houževnatá. Tato ocel se většinou používá k výrobě nástrojů, jako jsou šroubováky, razidla, dláta a nástroje používané při nýtování.

Nástrojová ocel pro speciální účely

Tato nástrojová ocel je speciálně navržena pro dosažení střední houževnatosti a kujnosti s použitím nízkolegované třídy oceli. Často se používá k výrobě klíčů, trnů a závitníků.

Horká nástrojová ocel

Horká nástrojová ocel se používá k výrobě nástrojů, které vyžadují vysokou odolnost vůči teplu po delší dobu, jako jsou nástroje používané při kování, protlačování, děrování, odlévání a stříhání nožů za tepla.

Vodou tvrditelná nástrojová ocel

Jako nejlevnější typ je vodou tvrditelná nástrojová ocel nejpoužívanější nástrojovou ocelí při výrobě nástrojů. Aby se do předmětů nebo nástrojů vnesla tvrdost, je tato ocel kalena vodou. Tato ocel se vyznačuje vysokou odolností proti povrchovému opotřebení a často se používá k výrobě pilníků, fréz, kladiv, čepelí a podobných předmětů.

Vysokootáčková nástrojová ocel

Vysokootáčková nástrojová ocel se skládá ze slitin wolframu, molybdenu a vanadu. Tyto složky jsou tvrdé a při vystavení vysokým teplotám si zachovávají svou tvrdost, což pomáhá vyrábět ocel, která je ideální pro vysokorychlostní stroje, jako jsou vrtáky, výstružníky, pily, razníky, závitníky atd.

Studená nástrojová ocel

Tato varianta nástrojové oceli obsahuje vysoký obsah chromu, aby se dosáhlo nízké deformační vlastnosti při kalení, které může probíhat vzduchem nebo olejem. Díky této vlastnosti vyrobené nástroje snadno nepraskají. Jako vysoce odolná ocel je nástrojová ocel pro obrábění za studena ideální pro výrobu nožových čepelí, raznic, mincovních nástrojů atd.

Ocel pro výrobu forem

Ocel pro výrobu forem využívá uhlíkové oceli k výrobě vstřikovacích a lisovacích forem pro plasty. Navíc dalším běžným použitím je zinkové tlakové lití.

Zdroj: Science struck

Nerezová ocel

Nerezová ocel se vyrábí z několika kovových slitin, jako hlavní prvek však slouží chrom, který tvoří 10 až 20 % celkového složení oceli. Nerezová ocel, dříve známá jako „nerezavějící“ ocel, je velmi oblíbená díky svému vzhledu a vysoké odolnosti proti korozi. Přesněji řečeno, je přibližně 200krát odolnější vůči korozi než jiné typy oceli, zejména pokud je množství chromu vyšší než 11 %.

Vzhledem ke své schopnosti vysoké odolnosti vůči korozi je nerezová ocel nejdražším typem oceli. Jako vysoce odolný typ jsou nerezové oceli schopny odolat opotřebení, ke kterému nutně dochází v důsledku každodenního používání. K dalšímu zvýšení odolnosti proti poškrábání a korozi slouží neviditelná vrstva chromu, která zabraňuje oxidaci. Mezi další kovové složky, které tvoří nerezovou ocel, patří molybden a nikl.

V závislosti na použití mohou být velikosti a jakosti nerezové oceli různé a mohou být ve formě plechů, tyčí, trubek, desek a drátů. Na základě krystalické struktury a mechanických vlastností nerezové oceli ji lze dále rozdělit do různých typů:

Feritická nerezová ocel

Feritická nerezová ocel obsahuje přibližně 12-17 % chromu, až 0,1 % uhlíku, stopové množství niklu a další legované kovy v malém množství, jako je hliník, molybden a titan. Feritické oceli jsou houževnaté, pevné a magnetické, lze je však dále zpevnit zpracováním za studena. Nereagují však na tepelné zpracování, což znamená, že je touto technikou nelze kalit.

Austenitická nerezová ocel

Austenitická ocel má mnohem vyšší obsah chromu než její nerezové protějšky. Obsah chromu v tomto typu oceli může dosahovat až 18 %, zatímco mezi další prvky patří nikl, který tvoří 8 %, a uhlík v množství 0,8 %. Přestože austenitická ocel nereaguje na tepelné zpracování, je oblíbená pro své nemagnetické vlastnosti, což z ní činí jednu z nejpoužívanějších ocelí na světě. Mezi běžná použití patří výroba trubek, potravinářských zařízení a kuchyňského náčiní.

Martenzitická nerezová ocel

Martenzitická ocel obsahuje 11 až 17 % chromu, přibližně 1,2 % uhlíku a méně než 0,4 % niklu. Martenzitické oceli reagují nejen na tepelné zpracování, ale zahrnují i magnetické vlastnosti. Zubní a chirurgické nástroje, nože, čepele a další řezné nástroje využívají martenzitickou nerezovou ocel.

Duplexní nerezová ocel

Duplexní ocel je jednoduše kombinací feritické a austenitické oceli, čímž vzniká ocel, která je mnohem pevnější než obě samostatně. Je nejen svařitelná, ale také odolná proti korozi. Přesto není magneticky silná.

Precipitačně kalená nerezová ocel

Tato ocel se skládá ze 17 % chromu a 4 % niklu, což vede ke vzniku kalené odrůdy oceli. Kromě toho se v různém množství přidávají i některé další kovy, včetně hliníku, mědi a niobu. Tento typ oceli lze tvarovat do různých tvarů, což je ideální pro použití v součástech motorů a v sudech na jaderný odpad. Vyznačuje se také střední odolností proti korozi.