Vyhledat na blogu

Jak se vyrábí ocel a kde všude se používá?

Ocel




Ocel je slitina železa, uhlíku a dalších legujících prvků obsahující méně než 2,14 % uhlíku. Při vyšším obsahu uhlíku už se nejedná o ocel, ale o litinu. Množstvím uhlíku, přítomností dalších prvků a úpravou výrobního procesu je možné ovlivnit vlastnosti oceli v širokém rozsahu. Hustota oceli je 7 850 kg/m³, měrná tepelná kapacita zhruba 469 J.kg-1.K-1 (závisí na obsahu příměsí) a bod tavení přibližně 1 539 °C. Vyrábí se asi 2 500 druhů ocelí, které jsou rozděleny podle chemického složení, struktury i mechanických a fyzikálních vlastností.

Ocel má relativně velkou pevnost při nízké hmotnosti a je plně recyklovatelná. Recykluje se už více jak 150 let, a to především z ekonomických důvodů. Je totiž mnohem levnější ocel zrecyklovat, než těžit železnou rudu a vynakládat finance do výroby nové slitiny. Během recyklace neztrácí ocel žádnou ze svých vlastností. Většinou se recykluje tavením v elektrických obloukových pecích (pro výrobu oceli s nízkým obsahem uhlíku) nebo v indukčních pecích (pro výrobu vysoce legovaných železných slitin).



Rozdělení oceli


Podle chemického složení:

  • Nelegované oceli
  • Nízkolegované oceli
  • Vysoce legované oceli


Podle oblasti použití:

  • konstrukční oceli
  • automatové oceli
  • betonářské oceli
  • ocel na pružiny
  • ocel k cementování
  • ocel pro elektrotechnické plechy
  • hlubokotažné oceli
  • ocel ke zušlechťování
  • korozivzdorné, žáruvzdorné a žárupevné oceli
  • nástrojové oceli



Historie


První znalosti o zpracování železa potvrzují nálezy ze starší doby kamenné. Člověk však ještě několik tisíc let neuměl dosáhnout teplot potřebných pro tavbu železných rud, takže šlo o železo, které se v přírodě nacházelo v ryzí formě (meteorické železo). První železné předměty vyrobili lidé tavbou železných rud až v období 3000 - 2000 let př. n. l., a to v oblasti Egypta, Anatolie, Mezopotámie a údolí řeky Indus.

Kolem poloviny posledního tisíciletí př. n. l. se objevuje velmi primitivní výroba železa v nejstarším výrobním zařízení, a to prosté otevřené výhni s dmychadlem. Výroba železa sice byla technologicky náročnější kvůli vysoké teplotě tavení rud, ale železo mělo vyšší tvrdost a železné rudy byly hojnější, takže železo nakonec vytlačilo bronz a stalo se nejpoužívanějším kovem. Celá tato etapa lidské společnosti pak byla nazvána dobou železnou (na našem území asi 750 př. n. l. až 0).

Kolem 9.století n. l. se již vyráběly různé nástroje (k obrábění dřeva, motyky, rýče, kosáky, srpy, radlice). V 10. až 13. století se výroba železa přemisťuje do míst těžby železné rudy a na hutnictví začal záviset pokrok v mnoha oblastech hospodářství. Ve 13. až 16. století již existovala řada hutí a začaly vznikat i hamry a objevovat se velkoobchodníci se železem. Okolo 1. poloviny 15. století (možná později) začala v Německu, Francii a Anglii výroba železa ve vysokých pecích.

V 1. polovině 19. století se začaly rozvíjet válcovny. Kujné železo (předchůdce dnešní oceli) se zpracovávalo v hamrech. Ve 2. polovině 19. století se začalo ve vysokých pecích pracovat s koksem, předehříval se dmýchaný vzduch a ve zkujňovacích výhních se pohonem pro dmýchání stala parostrojní dmychadla. Parní stroje začaly pohánět i válcovny. Jak ve zkujňovacích výhních, tak pudlováním se vyrábělo měkké železo. 

Výrobci však pudlovacím procesem dokázali vyrobit i železo tvrdé, tedy ocel. Éru pudlování železa ukončil vynález výroby oceli v konventoru od skotského inženýra a vynálezce Henryho Bessemera. Postupně se vyvíjely nové procesy zpracování surového železa včetně procesu nazvaného Siemens-Martin, kterým bylo možné roztavit i odpad. Tento proces otevřel cestu k velkovýrobě oceli.



Výroba


Původně se železo vyrábělo přímo z rud, a to v různých pecích vytápěných dřevěným uhlím. Vyredukované železo bylo ve formě železné houby, bylo pórovité a nebylo dobře oddělené od strusky. Díky menšímu obsahu uhlíku však bylo kujné. Výroba probíhala především v místech výskytu železných rud a uhlí, ze kterého se vyráběl vysokopecní koks.

Dnes se ocel vyrábí metalurgickým procesem, během kterého se odstraňuje přebytečný uhlík a další nežádoucí prvky jako je fosfor a síra a dodáním žádoucích prvků, třeba manganu, hliníku či křemíku a dalších. Surové železo se vyrábí ve vysokých pecích redukcí oxidů železa obsažených v železné rudě. Uhlík se dnes nejčastěji odstraňuje v některém ze zásaditých kyslíkových konvertorů, v Siemens-Martinových pecích nebo v elektricky vytápěných pecích. 



Zpracování


Kovy se strojně obrábí vrtáním, soustružením, frézováním a broušením. Také je můžete zpracovávat tvářením, a to válcováním, lisováním, kováním a tažením. Válcování se většinou provádí za tepla. Výjimkou je výroba tenkých plechů tlakem mezi dvojicemi válců válcovací stolice. Lisování je tváření kovu za studena tak, aby kovové výrobky dostaly určitý tvar a velikost.

Ke tváření patří přetváření, ražení a protlačování. Přetváření je zpracování kovových polotovarů za studena ohýbáním na ohýbadle, vyrovnávání zdeformovaných plechů mezi rovnacími válečky, lemování, obrubování a žlábkování plechu na obrubovacím stroji. Kování je tváření kovu obvykle za tepla rázem ručního kladiva, bucharu či kovacího stroje. Tažení je tváření kovu za studena. Používá se při výrobě drátů, tyčí a trubek přesných rozměrů. Tažením se zeslabuje průměr materiálu a zvětšuje jeho délka.



Povrchová úprava


Kovové povrchy se upravují mechanicky nebo chemicky. Při mechanické úpravě se povrch upravuje pomocí broušení, kartáčování, leštění, omílání a otryskávání. Nejrozšířenější skupinu povrchových úprav tvoří povlaky z nátěrových hmot. K vytvoření nátěrového filmu se používají nátěrové hmoty, které po nanesení vhodnou nanášecí technikou vytvoří rovnoměrný souvislý film.

Povrch kovu se může upravit i práškovými plasty, což jsou malé částice o velikosti zhruba do 500 µm, které se po nanesení roztaví, spojí a vytvoří souvislý povlak, případně pomocí smaltu. Smalt je sklo daného chemického složení, které umožňuje natavení na kovový povrch za vytvoření celistvého ochranného povlaku.



Nelegované oceli

Nelegované oceli se nazývají také jako uhlíkové nebo měkké. Obsah legujících prvků je nižší než 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. Nelegovaná ocel je poměrně měkká a snadno se mechanicky zpracovává (tažení, kování, ohýbání). Slouží k výrobě drátů, plechů, hřebíků a podobných produktů.



Nízkolegované oceli


Obsah legujících prvků je po odečtení obsahu uhlíku nižší než 5 %. Mají podobné vlastnosti jako oceli nelegované, ale jsou vhodné pro tepelné zpracování. Tím u nich můžete ovlivnit mechanické vlastnosti. Se stoupajícím obsahem uhlíku stoupá i tvrdost po kalení, a to až do obsahu 0,85 % hmotnosti uhlíku. Pak už se kalením tvrdost nezvyšuje. Samotný obsah uhlíku má vliv i na pevnost oceli (čím vyšší obsah, tím je ocel pevnější).



Vysoce legované oceli


Obsah legujících prvků je vyšší než 5 %. Kombinací legujících prvků se dosahuje potřebných mechanických, fyzikálních a chemických vlastností oceli. Hlavními prvky pro legování ocelí jsou nikl, chrom, vanad, mangan, wolfram a kobalt.



Využití oceli


Ocelové polotovary jsou dále zpracovány na dráty, plechy, nosníky, kolejnice či profily, které jsou široce používány v průmyslu i ve stavebnictví. Vyrábí se z nich skelety výškových budov a věží, elektrárenské turbíny či nádoby jaderných reaktorů. Část polotovarů slouží jako výchozí materiál pro výrobu výkovků v kovárnách. Pro své estetické vlastnosti je ocel vyhledávána u řady umělců. Ocel se využívá i při stavbě mostů, lávek či různých typů schodišť. 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. Zároveň je ocel stále základním materiálem v drtivé většině strojírenských odvětví. Ocel se využívá zejména pro nosné konstrukce staveb, třeba hodně namáhané a velkorozponové konstrukce průmyslových hal či architektonicky náročných staveb. Největší výhodu představuje ocel při rekonstrukcích konstrukcí, jejich doplňování a zesilování. 

Slitiny ve formě plechů, trubek, profilů a odlitků se aplikují ve výrobě kovového nábytku (podnože, trubkové konstrukce židlí a křesel, skříňový nábytek), spojovacích prvků (vruty, hřebíky, sponky, spojovací kování), montážního kování (závěsy, kování pro posuvné dveře, korpusy zásuvek a výsuvy, zámky a uzavírací systémy, kování pro rozkládací stoly a jiné) a doplňkového sortimentu (drátěný program, vybavení do kuchyní, ložnic a koupelen).

Ocel

Hledáte zajímavý produkt či kategorii?

Vybírejte z tisíce krásných kousků...