Oceľ

Profesionáli z brandže často hovorí o oceli aj tak, že sa nachádza v určitej fáze výroby (potom ide o cementit, ledeburit, perlit, austenit, ferit α), ktoré sú popísané vo fázovom binárnom diagrame železo-uhlík a to v rade štruktúr (žmirin, troostit, sorbit, martenzit, bainit), ktoré popisujú tzv. diagramy IRA (alebo ARA).

Zvyčajne sa však v technickej a chemickej praxi využíva výrazu "železo" len pre špecifikáciu chemického prvku, respektíve chemicky čistého železa ako takého. Keby sme sa ale bavili o Technických zliatinách, tak o tých sa hovorí vždy ako o "oceliach" resp. "Liatinách" (tieto pojmy sú veľmi dobre známe aj laikom a používateľom).

Ako sa oceľ vyrába?

Keď nepočítame starovek a stredovek, tak doba moderná priniesla početné zmeny aj do tohto procesu. Ide dnes opäť o metalurgický proces, v rámci ktorého sa z tzv. "surového železa" (ktoré sa vyrába, ako je známe, vo vysokej peci) získava vo finále zliatina uhlíka, železa a ďalších chemických prvkov. Počas procesu sa znižuje obsah uhlíka a nečistôt (v prvom rade síra a fosfor) na určitú úroveň + dopĺňajú sa aj ďalšie legovacie prvky ďalej skvalitňujúce vlastnosti ocele (nikel, chróm, hliník, mangán, kremík, ...).

Čo je to Chemicko-tepelné spracovanie ocele?

Čo sa týka pre zmenu procesu chemicko-tepelného spracovania ocele, to obsahuje nespočet štýlov ďalšieho spracovania, v rámci ktorého sa nasycuje povrch ocele ďalšími prvkami. Tým sa mení chemické zloženie vo vrchných vrstvách danej oceľovej súčasti (obvykle pri zvýšení teploty a za pomoci ďalšieho prvku typu uhlík alebo dusík - alebo pokojne aj ich kombinácie). Zmyslom logicky je, aby u daného konkrétneho typu ocele sa dosiahlo výrobcom požadovaných parametrov: najmä ide o navýšenie odolnosti proti únave a opotrebeniu, zvýšenie odolnosti voči korózii, navýšenie žiaruvzdornosti, tvrdosti, ...

Dnes tými najobvyklejšími metódami chemicko-tepelného spracovania sú tieto:

• Karbonitridácia
• Boridovanie
• Sulfonitridovanie - to je povrchové sýtenie ocele ako dusíkom, tak aj sírou zároveň.
• Nitridovanie - obnáša povrchové sýtenie ocele, avšak výhradne s dusíkom.
• Nitrocementovanie - tu zase ide o povrchové sýtenie ocele dusíkom a uhlíkom zároveň.
• Posunovanie - pre zmenu je to povrchové sýtenie oceľových súčastí zinkom.
• Sulfinizácia - výhradne ide o povrchové sýtenie ocele sírou.
• Cementovanie - to je zase sýtenie povrchu nejakej nízkouhlíkovej ocele s uhlíkom (ale len do 0,25%).

Aké má oceľ vlastnosti?

Každý vie, že oceľ (a poťažmo aj železo) je v našej civilizácii tým najčastejším materiálom kovového typu. Keď ju nalegujeme uhlíkom, respektíve nejakým ďalším materiálom (a popoženieme všetko tepelno-mechanickým a tepelným procesom), razom tu máme iné vlastnosti ocelí. A to aj v nečakane veľkom rozmedzí. To samozrejme dáva široký priestor jednotlivým výrobcom, ako práve tie svoje oceľové produkty dopracovať k skutočnej dokonalosti (inými slovami, každučký typ a pod-typ ocele sa dá použiť len pre nasadenie, kde skutočne exceluje).

Aké majú ocele (v priemere) fyzikálne vlastnosti?

Keď budeme najprv u ocele uvažovať jej štruktúrne zložky, tak tie sú popísané tradične v binárnom diagrame s prvkami železo-uhlík. Štandardná merná hustota ocele je 7850 kg / m³. Jeho merná tepelná kapacita (ide o množstvo tepla, čo je potrebné na ohriatie 1 kilogramu danej látky o bežný 1 teplotný stupeň) pre zmenu dosahuje asi tak k cca 469 J·kg-1·K-1 (do značnej miery záleží na obsahu ďalších prímesí). Bod tavenia je pre ocele zase približne okolo 1539 °C.

Fyzikálne vlastnosti ocele

Tie závisia opäť veľmi silno na tom, akú má oceľ hmotnosť, tiež však na obsahu uhlíka, takže hodnoty nižšie nie sú platné vždy a za všetkých podmienok - ide len o orientačné hodnoty.

• Poissonovo číslo - v = 0,3
• Modul pružnosti - E = 210 000 MPa
• Modul pružnosti v šmyku - G = 81 000 MPa

Aké sa dnes vyrábajú a používajú druhy ocelí?

K dnešnému dňu je počet produkovaných ocelí veľmi vysoký (v úhrne asi tak 2500 typov a variantov!). Tieto sú ďalej špecifikované a rozdelené v rámci jednotlivých noriem (DIN, ČSN, ...) podľa typu (teda chemického zloženia), ďalej podľa štruktúry, ale aj podľa ich fyzikálnych a mechanických vlastností.

Zrovna podľa ďalšieho chemického zloženia sa ocele delia na tieto skupiny:

Nelegované ocele

Niekedy sa im tiež hovorí "uhlíkové ocele". V nich je obsah určitých legujúcich prvkov nižší, než ich maximálna tabuľková hodnota daná pre určitý prvok. Platí, že pre drvivú väčšinu prvkov, ktorých sa to týka, ide maximálne o hmotnostný podiel okolo 2%. Aj mechanické vlastnosti všetkých uhlíkových ocelí je možné samozrejme ďalej upravenať spracovaním: a to tepelným (popúšťanie, kalenie, žíhanie), tepelne-mechanickým a tepelno-chemickým (nitridácia a cementácia).

Nízkolegované ocele

U tých zase platí, že keď odpočítame obsah uhlíka, tak ich obsah uhlíka býva menší ako hodnota 5%. Sú čo do vlastností dosť podobné oceliam nelegovaným, avšak sú vhodné aj pre ďalšie tepelné spracovanie (práve tepelným spracovaním totiž ide ďalej zmeniť ich mechanické vlastnosti). Ako nám rastie obsah uhlíka, rovnako stúpa aj ich tvrdosť po zakaleniu (a to až do obsahu 0,85% hmotnosti obsahu uhlíka). Ďalšie kalenie je neprínosné, pretože sa tvrdosť neskôr už naďalej nezvyšuje. On ale obsah uhlíka tiež hovorí svoje k pevnosti ocele (tu platí priama úmera = čím vyšší obsah uhlíka, tým je oceľ pevnejšia).

Pre príklad - kedysi sa u nás vyrábali radlice pre pluh z ocele typu 11700, u ktorých výrobca tvrdil, že ich netreba kaliť, pretože oceľ s týmto objemom uhlíka je dostatočne tvrdá sama o sebe.

Vysoko legované ocele

Keď obsah legovaných prvkov prekročí v úhrne hranicu 5%, označuje sa daná oceľ za vysoko legovanú. Aj tu ovplyvní jeden každý vlastnosti výsledného produktu.

Ako sa ocele delia podľa oblasti použitia?

• Oceľ damascénska - ide o oceľ určenú primárne pre výrobu čepelí všetkých typov (meče, šable, nože, ...), ktorá je pružná a pevná. Paradoxné je, že tento typ nie je tvorený jedným typom ocele, ale hneď niekoľkými a to zvarenými na ohni za pomoci kovania (technicky je to spájanie za tepla).
• Nástrojové ocele - uhlíkové vysoko a stredne legované. Mávajú predčíslie "19".
• Koróziivzdorné, žiaruvzdorné a teplovzdorné ocele - ide vždy o vysoko legované ocele, kde je veľa niklu (zabezpečuje odolnosť na kyseliny) a chrómu (keď je ho aspoň 8%, bráni korózii).
• Ocele na zušľachťovanie - ide o typy, čo majú stredný obsah uhlíka a čo sa ešte ďalej popúšťajú, aby sa dosiahlo požadovaných vlastností pri zachovaní tých dobrých existujúcich.
• Hlbokoťažné ocele - používajú sa výhradne na výrobu tzv. hlbokoťažných plechov.
• Ocele pre elektrické plechy - aby sa dali spracovať a použiť ako jadro transformátora (a točivých strojov), musí poskytovať isté magnetické parametre a vlastnosti. Mávajú 1-4,5 % kremíka a málo uhlíka.
• Ocele k cementovaniu - nízky obsah uhlíka, ale aj po kaleniu s výbornými mechanickými parametrami. Povrch sa u nich ešte pri ďalšom kaleniu ďalej obohacuje uhlíkom.
• Ocele na pružiny - známa oceľ pérová či tiež oceľ pružinová. U tých je predpokladom použitia mať dobré statické aj mechanické vlastnosti a super vysokú únavovú životnosť.
• Betonárske ocele - nájdete ich u tyčí v stavebnom priemysle alebo u armovacích drôtov.
• Automatové ocele - uhlíkovej ocele s navýšeným podielom síry a mangánu či dokonca aj olova. Majú slušnú obrobiteľnosť a ich triesky sa ľahko lámu.
• Konštrukčné ocele - typicky nelegované a pre stavebnú brandži a strojárenskú.

Kde všade sa dnes oceľ využíva?

Asi to poznáte sami - stačí ísť niekde okolo staveniska a iste neunikne vašej pozornosti, že sa tu stavia za pomoci práve oceľových nosníkov. Štandardne sa totiž z ocele robia na nosné konštrukcie stavieb. Oceľ je proti iným materiálom relatívne veľmi pevná a pritom pružná a s neveľkou hmotnosťou. Pre silne namáhané (a veľkorozponové) konštrukcie skrátka nejde voliť inak. Veľmi namáhané konštrukcie aj haly, na to všetko poslúži oceľ výborne. Veľmi často ju dnes nájdete aj pres rieky vo forme mostov, schodísk, lávok a podobných nástrojov. Musí sa ale iste nechať, že má aj svoj veľký vplyv estetický (a preto po nej nezriedka siahajú aj všelijakí sochári a domáci aj záhradný architekti).

Kusy ocele sa dnes veľmi bežne využívajú aj ako spojka / výstuž iných stavieb (špeciálne sklenených, drevených a betónových). Nájdu svoje uplatnenie aj u všelijakých špeciálnych a tvarovo zložitejších unikátnych stavieb (architekti musí počítať s tým, že keď sa napríklad nízkolegovaný kus ocele zahreje, klesá mu medza sklzu aj medza pevnosti asi tak na polovičku). Ocele sa dnes často využívajú aj ako pevné zásobníky / sila / potrubia, kde to dáva zmysel, respektíve je to potrebné (priemysel, energetika, ...). Bez ocele sa logicky však nezaobíde ani žiadna zo sekcií strojárskeho priemyslu.

A ku cti ocelí hovorí aj to, že je ľahké je plne recyklovať (znižuje spotrebu energií počas spracovania o 75%!) A veľmi ľahko sa zosilňujú, prípadne sa inak ich konštrukcie dopĺňa.

Na uvedených odkazoch sa môžete pozrieť na jednotlivé druhy ocele, s ktorými sa môžete v našom internetovom obchode stretnúť, predovšetkým u nožov, ale tiež u mačiet a multifunkčných nástrojov, u niektorého náradia alebo treba u ešusov a ďalšieho cestovného riadu:

• 440A
• 440B
• 440C
• 8CrMoV
• AUS 8
• CrNi 1810
• D2
• Niolox
• PGK
• Sleipner

Poznámka na záver: u niektorých nožov sa možno stretnúť aj s keramickou čepeľou.