Výroba oceli – maturitní otázka

 

Otázka: Výroba oceli

Předmět: Strojírenská technologie

Přidal(a): David Veselík

 

 

Ocel se získává z ocelárenského surového železa. Obsahuje málo uhlíku, má vyšší bod tavení, je čistější a houževnatější než surové železo. Přetavování ocelárenského surového železa na ocel se uskutečňuje při teplotách nad 600 stupňů Celsia v ocelárně.

 

Úlohy ocelárny:

• a) Částečné snižování obsahu prvků obsažených v surovém železe a snižujících jeho kvalitu např. P a S a plynu např. vodík, dusík.
• b) Snižování obsahu uhlíku na vhodné množství
• c) přimíchávání legovacích prvků ke zlepšení vlastností oceli.

 

Velmi používaný druh oceli je – 11600

Při výrobě oceli se dmýcháním do tekutého surového železa vhání atmosférický vzduch, vzduch obohacený kyslíkem, anebo směs čistého kyslíku s vodní párou či oxidem uhličitým, aby se spalováním ze surového železa částečně odstranily nežádoucí prvky např. P a S. a aby se snížil příliš vysoký obsah uhlíku.

Úprava poměru prvků P, S, Si, Mn a snižování obsahu uhlíku se nazývá zkujňování.

Ocel je materiál s mnohostranným použitím: podle čistoty, množství legujících prvků a úpravy rozeznáváme a dělíme ocel např.: měkkou tvrdou, pevnou v tahu, odolnou proti opotřebení, korozi nebo teplu.

Ocel se dá kovat, válcovat, slévat a zpracovávat třískovým obráběním i beztřískovým obráběním.

 

Při zkujňování dochází u surového železa k oxidaci přebytečného C a jiných prvků P, S, Si. Proces probíhá ve zkujňovacích pecích.

• Konvertory klasické
• Konvertory kyslíkové
• S.M (Siemens) pec (Siemens-martinská)
• Elektrické pece

 

Klasické konvertory:

• Do tekutého surového Fe se vhání vzduch případně kyslík dnem konvertoru. Podle vyzdívky se dělí:
  • Bessemerův (kyselý)
  • Thomasův (zásaditý)
• Výhody +
  • Velká produktivita, menší náklady
• Nevýhody –
  • Nižší kvalita oceli, v konvertorech se zpracovává výhradně tekuté surové železo vysoké pece.

• Bessemerův konvertor
  • kyselá vyzdívka, dochází ke spalování především Si, doba procesu 15 minut
• Thomasův konvertor
  • Zásaditá vyzdívka, dochází ke spalování P, doba procesu 20 až 40 minut. Výhoda + kvalitní ocel, nižší cena,  vysoký výkon

• Použití druhů konvertorů se odvíjí od složení rudy

 

Kyslíkový konvertor

• Vhánění čistého kyslíku, zdola na lázeň, konvertor se musí chladit – odpadem (železným šrotem), nebo rudou. Až 40% odpadu, tavba 20-40 minut. Výhoda + kvalitní ocel, nižší cena, vysoký výkon.

 

Martinská pec

• Mají největší podíl na výrobě oceli, mají vysokou kapacitu až 1000 tun. Podle druhů vsázky je pochod v peci:
  • Odpadový – převážná část vsázky je: šrot + surové železo (housky v tuhém stavu)
  • Odpadový s tekutým surovým železem
    • Rudný pochod – tekuté, surové Fe /šrot + ruda

 

Elektrické pece

• Používají se především k dokončování tavby, slouží k rafinaci oceli (čištění oceli), ocel je nejkvalitnější z el. pecí.

 

Druhy pecí:

• Oblouková – Heroutova pec. El. Oblouk se uzavírá mezi elektrodami a vsázkou.
• Indukční – Základem je indukční cívka – nízkofrekvenční, vysokofrekvenční.

 

Rozdělení oceli:

Podle chemického složení se dělí na uhlíkové a slitinové (legované)

• Uhlíková ocel – slitina Fe a C, jehož je méně než 2,14% má obvyklý obsah doprovodných prvků bez dalších úmyslných přísad a její vlastnosti jsou dány především obsahem uhlíku.
• Slitinová (legovaná) ocel obsahuje ještě další, úmyslně přidané prvky, obvykle ve větším množství

 

Podle použití se ocel dělí na konstrukční a nástrojové.

• Konstrukční oceli jsou buď obvyklých jakostí, mají poněkud větší obsah fosforu a síry. Až na malé výjimky se tepelně nezpracovávají.
• Ušlechtilé konstrukční oceli: uhlíkové a slitinové se vyznačují větší čistotou, dokonalejším způsobem výroby. Dají se obvykle tepelně zpracovávat. Slitinové oceli s přídavkem legovacích prvků do 2,5% se nazývají nízkolegované, do 5% středně legované, do 10% výše legované a nad 10% vysokolegované
• Nástrojové oceli: jsou buď uhlíkové, nebo slitinové

 

Zušlechťování oceli:

Ušlechtilé oceli jsou všechny legované a nelegované oceli (konstrukční a nástrojová ocel), které se odlišují od obvyklých jakostí ocelí stejnoměrnější strukturou a zanedbatelným množstvím nekovových vměstků, takže jsou zvláště vhodné pro tepelné zpracování (kalení, zušlechťování, povrchové kalení)

 

Označení oceli:

• Oceli se označují číselnými znaky podle norem. V různých státech se používají různé normy. V ČR používáme následující značení:
• Skládá se z 5 místného základního čísla a doplňkového dvojčíslí.
  • 1) první číslo je vždy 1, značí tvářenou ocel
  • 2) spojení 1. a 2. číslice značí třídu oceli
  • 3) 3-4 číslo udává informaci podle třídy
  • 4) udává informace podle třídy oceli
  • 5) pořadové číslo
  • 6) tepelné zpracování
  • 7) stav přetváření

 

1X XXX XX

• Třída 10 –  ocel konstrukční nelegovaná, s předepsanými mechanickými vlastnostmi, ale není zaručeno technické složení (minimální, nejmenší pevnost v tahu)
• Třída 11 – jako třída 10, ale předepsaný obsah C, P, S (minimální pevnost v tahu)
• Třída 12 – oceli ušlechtilé, uhlíkové, předepsaný obsah C, Mn, Si, P, S (obsah uhlíku v desetinách % u tříd 12 až 16)
• Třída 13, 14, 15 – oceli ušlechtilé, slitinové a nízkolegované
• Třída 16 – nízkolegované, středně-legované oceli
• Třída 17 – nízkolegované, vysokolegované
• Třída 18 – práškové kovy
• Třída 19 – oceli nástrojové
• • Legující prvky – Mn, Si, Ni, Br, W, Co, Mg, V, Ti, Al, Cr, Mo,

 

• Ocel třídy 10:
• • 10 216 – ocel do betonových konstrukcí, svařitelnost dobrá.
  • 10 423 – ocel do betonových konstrukcí, zaručeně svařitelná.
  • 10 500 – ocel pro důlní kolejnice, svařitelnost obtížná.
• Ocel třídy 11:
• • 11 140 – pro součásti vyráběné na automatech – automatická ocel (spojky, čepy, kolíky aj.).
  • 11 300 – ocel vhodná k tažení (výlisky, hřebíky)
  • 11 500 – ocel na strojní součásti (hřídele, čepy, šrouby) – obtížnější svařitelnost (s pevností 500 MPa resp. 500 N/mm na druhou, 50 Kg/mm na druhou)
• Ocel třídy 12:
• • 12 050: ocel ke zušlechťování, povrchovému kalení (hřídele, ozubená kola, frézovací trny aj.).
• Ocel třídy 13:
• • 13 127 – manganová, na bezešvé trubky (u kol, motocyklů aj.).
  • 13 270 – křemíková, na pružiny, lamely spojek
  • 14 223 – ocel k cementování, hřídele, ozubená kola čepy aj (Mn + Cr)
  • 14 260 – výroba pružin automobilů aj. (Si + Cr)
  • 14 340 – ocel k nitridování – výroba součásti automobilů s velkou povrchovou tvrdostí: ( Cr + Al)
• Ocel třídy 15:
• • 15 231 – ocel ke zhušťování, k výrobě namáhaných součástí automobilů, vysoká pevnost (Mn + Cr + V)
• Ocel třídy 16:
• • 16 231 – ocel k cementování, na velmi namáhané strojní součásti (Ni + Cr)
• Ocel třídy 17:
• • Tyto oceli jsou vysoce legované a jejich označení je složitější. Třetí číslice udává hlavní skupinu přísad, čtvrtá číslice stupeň dalších legujících prvků.
  • 170 xx – oceli chromové, 171 xx – oceli chromové s dalšími přísadovými prvky (Al, Mo, Ni).
  • Až do 179 xx