Proizvodnja čelika

Osnova crne metalurgije je čelik, metastabilno kristalizirana legura željeza i ugljika (Fe-C) s manje od 2,06% ugljika (C) uz prisutne pratioce (Si, Mn) i nečistoće (P, S i druge) i eventualni dodatak jednog ili više legirnih elemenata.

Čisto željezo

Talište čistog željeza je 1.534°C. Pri zagrijavanju čistog željeza primjećuju se 3 temperaturne (tzv. stojne) točke u kojima određeno vrijeme zastaje porast temperature (zbog unutarnjih kristalnih promjena).

Stojne točke pojavljuju se na temperaturama:
A2 - 768°C do koje je željezo magnetsko tzv. alfa željezo tj. modifikaciju željeza do te granice nazivamo alfa, a iznad te granice beta nemagnetsko.
A3 - 911°C naziva se modifikacijom iz beta u gama (koja je nemagnetična)
A4 – 1.392°C kod te točke pretvorbe gama se pretvara u delta nemagnetsko željezo

Iz ovoga se može zaključiti da čisto željezo u čvrstom stanju kristalizira u 2 oblika:
1) Kao alfa željezo (koje obuhvaća kristalno jednake modifikacije alfa, beta i delta) koje je magnetsko do 768°C, nemagnetsko između 768 i 911°C te između 1.392 i 1.534°C
2) Kao gama željezo (nemagnetsko između 911 i 1.392°C)



Dok se u delta željezu otapa vrlo malo ugljika, u gama željezu se može otopiti do 2,06% ugljika (C) pri 1.147°C.
Čisto je željezo pri temperaturi okoline (Fe-alfa) razmjerno vrlo otporno prema koroziji, prilično mekano (45...55 HB), male je čvrstoće (180...250 N/mm2) i vrlo rastezljivo (40...50%). Zbog male čvrstoće i skupog dobivanja (postupkom elektrolize) njegova je primjena u tehnici neznatna.

Najviše se iskorištava njegova izvanredna sposobnost za magnetiziranje.

Tehničko željezo

Ono uvijek sadrži ugljik (C) i neznatne primjese preostale u procesu proizvodnje, a to su stalni pratioci Mn (mangan) i Si (silicij) te nečistoće P (fosfor) i S (sumpor). Ugljik koji ima najveći utjecaj na nelegirano tehničko željezo, već u dijelovima postotka ima snažan utjecaj na svojstva tehničkog željeza.

Prema sadržaju ugljika tehničko željezo se dijeli na:
1) čelik sa ugljikom C <= 2,06%
2) lijevano željezo sa C > 2,06%

tablica . utjecaj legirnih elemenata na svojstva čelika /pdf/

Čelike možemo po udjelu ugljika podijeliti na:
1. Niskougljične čelike koji imaju otprilike 0,05-0,29% udjela ugljika (C). U tu grupu spadaju npr. S235JR, S275JR i S355J2+N. Ti čelici imaju relativno nisku vrijednost vlačne (zatezne) čvrstoće, ali su jeftini i kovljivi. Niskougljični čelici su najčešći oblik čelika jer relatvino niska cijena (kao npr. konstrukcijski čelik) ih čini prihvatljivim za mnoge primjene. Niski udio ugljika (do 0,3%C) čelik čini da nije extremno krhak niti istezljiv (duktilan), a kada ga se zagrije postaje i kovljiv.
2. Čelici sa srednjim udjelom ugljika koji imaju otprilike 0,30-0,59%C udjela ugljika i posjeduju dobru istezljivost i čvrstoću, jako su otporni na habanje. Koriste se za velike dijelove.
3. Visokougljični čelici koji imaju otprilike 0,60 – 0,99%C udjela ugljika vrlo su čvrsti te se koriste za opruge i žice visoke čvrstoće.
4. Ultra visokougljični čelik koji ima otprilike 1,00-2,00%C udjela ugljika, toplinski se obrađuju do vrlo visoke čvrstoće i koriste se za posebne svrhe noževe, osovine i bušilice... Većina čelika sa preko 1,2%C udjela ugljika se proizvode metodama praškaste metalurgije i obično spadaju u kategoriju visoko legiranih ugljičnih čelika.

Gustoća čelika je 7.850 kg/m3.
Vlačna (zatezna) čvrstoća se kreće ovisno o debljini između 320 i 680 N/mm2.

Elastičnost

Youngov modul elastičnosti iznosi 210.000 N/mm2. Samo za kratku usporedbu i dokaz da je čelik jedan od najelastičnijih materijala iznosimo slijedeće:

Čelik ~ 210.000 N/mm2
Čelični lijev ~ 200.000 N/mm2
Nodularni lijev ~ 180.000 N/mm2
Sivi lijev ~ 100.000 N/mm2
Karbidni tvrdi metali ~ 580.000 N/mm2
Al i Al-legure ~ 70.000 N/mm2
Mg i mg legure ~ 39.000 N/mm2
Bakar ~ 125.000 N/mm2
Mesing ~ 90.000 N/mm2
Drvo ~ 10.000 N/mm2

Elastičnost u odnosu na plastičnost najbolje se može objasniti preko dijagrama R,epsilon (naprezanje N/mm2, istezanje %)




Dijagram vlačne čvrstoće trgovačkih čelika


Da bi lakše shvatili granicu elastičnosti (odnosno plastičnosti) prvo ćemo objasniti dijagram konvencionalno naprezanje tečenja.

Ovu krivulju dobijemo tj. snimamo na stroju za kidanje materijala (tj. kidalici). Iz dijagrama F, deltaL (Sila, postotno produljenje) se dobije dijagram R,epsilon (naprezanje-istezanje) koji je sukladan dijagramu F, deltaL.

R = F/S gdje je F-sila, a S-početni presjek epruvete ispitnog uzorka

epsilon = deltaL/L0 x 100% gdje je deltaL=L- L0 (mjerna duljina – početna mjerna duljina) / L0 (početna mjerna duljina)

Iz X se povuče paralela sa linearnim dijelom krivulje rastezanja i gdje se susretne paralela i krivulja rastezanja dobijemo Rp0,2 ili konvencionlno naprezanje tečenja tj. naprezanje kod kojeg se materijal istegnuo za 0,2%.


Dijagrami vlačne čvrstoće češćih tehničkih materijala


Tok rastezanja u ovisnosti o naprezanju je za različite materijale različit i za njih je karakterističan pa prema tome razlikujemo žilave materijale (krivulja b i d), krhke materijale (krivulja c) i plastične materijale koji se gotovo uopće ne rastežu (asfalt) ili se rastežu samo neznatno (olovo).

tablica mehaničkih svojstava za limove i profile i ugljikov ekvivalent /pdf/

Zavarljivost čelika

Zavarljivost niskougljičnih konstrukcijskih čelika je ovisna o CEV tj. o ugljikovom ekvivalentu i debljini ploče. Konstrukcijski čelici sa max. CEV = 0,22% ugljika se zavaruju bez predgrijavanja gotovo svim poznatim postupcima. Pri većim udjelima ugljika i većim debljinama ploča određujemo temperaturu predgrijavanja s pomoću CEV koji se određuje po formuli:

CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 +( Ni+Cu)/15. Za CEV > 0,45 je svakako potrebno predgrijavanje.











HOREX trade d.o.o.

Josipa Lončara 6
10090 Zagreb

tel . 3496 411
fax . 3496 996

mail . office@horex.hr