Legovaná oceľ

Nízkolegovaná oceľ
Nízkolegované ocele sú tie, ktorých legujúce prvky tvoria menej ako 8 % zloženia kovu. Tieto legujúce prvky sa pridávajú na zlepšenie mechanických vlastností ocele. Napríklad: molybdén zlepšuje pevnosť; nikel zvyšuje húževnatosť kovu, chróm dodáva pevnosť pri vysokých teplotách, odolnosť proti korózii a tvrdosť.
Nízkolegovaná oceľ je široko používaná vo výrobnom a stavebnom priemysle. Bežné použitie tejto ocele zahŕňa: vojenské vozidlá, stavebné zariadenia, lode, potrubia, tlakové nádoby, konštrukčná oceľ a plošiny na ťažbu ropy.

Vysokopevnostná nízkolegovaná oceľ (HSLA).
Vysokopevnostná nízkolegovaná (HSLA) oceľ alebo mikrolegovaná oceľ ponúka vysokú pevnosť a dobrú odolnosť proti atmosférickej korózii. Existuje šesť hlavných kategórií ocele HSLA: oceľ odolná voči poveternostným vplyvom, ihličnaté feritové ocele, ocele s redukciou perlitu, dvojfázové ocele, kontrolovane valcované ocele a mikrolegované feritovo-perlitové ocele. Meď, chróm, fosfor a kremík sa zvyčajne používajú na zvýšenie odolnosti proti korózii, zatiaľ čo vanád, niób, titán a meď sa používajú na zvýšenie pevnosti. Veľká pevnosť ocelí HSLA môže sťažiť ich tvarovanie.
HSLA je široko používaný v automobilovom priemysle. Oceľ HSLA valcovaná za tepla sa môže použiť na závesné systémy, podvozky, kolesá a mechanizmy sedadiel. Zatiaľ čo ocele HSLA valcované za studena možno použiť na výstuhy a konzoly sedadiel.

Vysoko legovaná oceľ
Vysokolegovaná oceľ sa vyznačuje vysokým obsahom legovanej ocele, ktorá predstavuje viac ako 8 % z celkového zloženia ocele. Výroba vysokolegovanej ocele môže byť nákladná a práca s ňou môže byť náročná. Tieto druhy sú však vďaka svojej tvrdosti, odolnosti proti korózii a húževnatosti ideálne pre automobilové aplikácie, konštrukčné komponenty, chemické spracovanie a zariadenia na výrobu energie.

Nehrdzavejúca oceľ
Nerezová oceľ je jednou z najznámejších legovaných ocelí a je najodolnejšia voči korózii. Zvyčajne má určitú kombináciu niklu, chrómu a molybdénu ako hlavných legujúcich prvkov, ktoré tvoria približne 11-30 % zloženia ocele. Existujú tri typy nehrdzavejúcej ocele: austenitická, feritická a martenzitická.
Austenitické ocele sa zvyčajne používajú na zadržiavanie korozívnych kvapalín a strojov pre banský, chemický, architektonický alebo farmaceutický priemysel. Vysoké množstvá niklu (až 35 %), molybdénu, chrómu (16-26 %) a nióbu sa nachádzajú v austenitických oceliach s až 0,15 % uhlíka. Austenitické ocele majú často najlepšiu odolnosť proti korózii zo všetkých nehrdzavejúcich ocelí. Tieto ocele majú tiež vysokú tvárnosť a pevnosť a sú zvyčajne žiadané pre svoje vlastnosti pri extrémnych teplotách.
Feritická oceľ používaná v priemyselných strojoch a automobiloch je druh nehrdzavejúcej ocele s menej ako 0,10 % uhlíka a viac ako 12 % uhlíka. Tento druh ocele bol vyvinutý tak, aby odolával korózii a oxidácii, presnejšie korózii spôsobenej praskaním pod napätím. Tieto ocele sa v podstate nedajú vytvrdiť tepelným spracovaním a valcovaním za studena sa dajú vytvrdiť len mierne.
Martenzitické ocele, väčšinou používané na príbory, majú typický obsah chrómu 11,6 až 18 % s 1,2 % uhlíka a niekedy pridaným niklom. Ako skupina, najvyšší obsah chrómu v martenzitických oceliach je nižší ako najvyšší obsah chrómu pre feritické a austenitické ocele. Martenzitické ocele sú uznávané pre svoju výnimočnú prekaliteľnosť s miernou odolnosťou proti korózii. Vďaka tomu sú ideálne pre príbory, kľúče, chirurgické nástroje a turbíny.

Mikrolegovaná oceľ
Vysokopevnostné nízkolegované (HSLA) ocele sa často označujú ako mikrolegované ocele.

Pokročilá vysokopevnostná oceľ (AHSS)
Pokročilá vysokopevnostná oceľ (AHSS) sa používa predovšetkým v automobilovom priemysle. Táto kovová zliatina je kľúčovým hráčom pri znižovaní celkovej hmotnosti vozidiel. Má jedinečné vlastnosti, ako napríklad: vysokú pevnosť a optimalizovanú tvarovateľnosť, vďaka čomu je ideálny pre automobilové aplikácie.

Maraging oceľ
Maragingová oceľ je špeciálny druh oceľovej zliatiny s nízkym obsahom uhlíka. Táto oceľ s ultra vysokou pevnosťou má vynikajúcu húževnatosť a dobrú ťažnosť v porovnaní s väčšinou ocele. Na rozdiel od iných oceľových zliatin je martenzitická oceľ tvrdená precipitáciou intermetalických zlúčenín, nie prítomnosťou uhlíka. Martenzitická oceľ spája vysokú pevnosť a tvrdosť s relatívne vysokou ťažnosťou vďaka nedostatku uhlíka a použitiu intermetalických precipitácií. Hlavnými typmi precipitátov sú Ni3Mo, Ni3Ti, Ni3Al a Fe2Mo, ktoré sa tiež vyskytujú vo veľkoobjemových frakciách. Martenzitické ocele sa používajú najmä v leteckom a kozmickom sektore, ako aj pri výrobe nástrojov a zbraní.

Nástrojová oceľ
Nástrojová oceľ je termín, ktorý sa používa na označenie radu uhlíkových a legovaných ocelí, ktoré sú vhodné na výrobu nástrojov. Tieto ocele sa vyznačujú tvrdosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu, húževnatosťou a odolnosťou proti mäknutiu pri vysokých teplotách. Ideálna aplikačná húževnatosť nástrojovej ocele a odolnosť proti mäknutiu pri vysokých teplotách. Ideálna aplikácia nástrojovej ocele je na výrobu nástrojov, vrátane (okrem iného) strojových matríc a ručných nástrojov.

Metódy používané na výrobu legovanej ocele zahŕňajú tie, ktoré používajú legujúce prvky ako chróm, nikel, molybdén, vanád atď. V závislosti od typu a kvality potrebnej ocele sa na výrobu legovanej ocele používajú rôzne procesy. Niektoré z bežných procesov sú:

Proces elektrickej oblúkovej pece (EAF).

Primárnym vstupným materiálom pre tento postup je oceľový šrot alebo priamo redukované železo (DRI), ktoré sa taví v elektrickej peci. Vháňaním kyslíka alebo vákuovým odplyňovaním sa legovacie prvky zavádzajú do roztavenej ocele a rafinujú sa. Oceľ sa potom formuje do dosiek, ingotov, blokov, predvalkov alebo iných tvarov.

Základný proces výroby ocele kyslíkom (BOS).

Primárnou surovinou pre tento postup je tekuté surové železo z vysokej pece a oceľový šrot a nečistoty sa oxidujú vháňaním kyslíka do konvertora. Vákuovým odplyňovaním alebo panvovou metalurgiou sa legovacie prvky zavádzajú do roztavenej ocele pred jej rafináciou. Oceľ sa potom formuje do dosiek, ingotov, blokov, predvalkov alebo iných tvarov.

Proces elektrickej indukčnej pece (EIF).

Pri tejto metóde je odpadová oceľ primárnou surovinou a taví sa pomocou elektromagnetickej indukcie v indukčnej peci. Na rafináciu roztavenej ocele po zavedení legujúcich prvkov sa používa panvová metalurgia. Oceľ sa potom formuje do dosiek, ingotov, blokov, predvalkov alebo iných tvarov.

Téglikový proces

S dreveným uhlím ako zdrojom paliva tento postup taví ferozliatiny, oceľový šrot a kujné železo vo vzduchotesnom tégliku. Zloženie kŕmnej látky reguluje množstvo uhlíka a legujúcich prvkov. Po roztavení sa oceľ formuje do ingotov.

Bessemerov proces

Surové železo slúži ako primárna surovina pre tento proces a vzduch je vháňaný do konvertora v tvare hrušky, aby oxidovali kontaminanty. Legujúce zložky a obsah uhlíka je možné regulovať pridaním feromangánu alebo vysokopecnej zliatiny (surové železo bohaté na mangán) do roztavenej ocele. Po roztavení sa oceľ formuje do ingotov.

Proces otvoreného krbu

Surové železo a odpadová oceľ sú primárne suroviny používané v tomto procese, ktoré ich tavia v plytkom ohnisku s použitím plynu alebo oleja ako paliva. Do roztavenej ocele možno pridať vápenec, železnú rudu a iné materiály na reguláciu legovania a obsahu uhlíka. Po roztavení sa oceľ formuje do ingotov.

Po odliatí sa ingoty, bloky, predvalky alebo dosky z legovanej ocele ďalej spracovávajú, aby sa vytvorili rôzne tvary a formy výrobkov z legovanej ocele, vrátane tyčí, prútov, drôtov, plechov, dosiek, potrubí a rúr. Ďalšie spôsoby spracovania zahŕňajú valcovanie za tepla, valcovanie za studena, proces kovania, obrábanie, tepelné spracovanie a povrchovú úpravu.

Čisté železo je príliš mäkké na to, aby sa dalo použiť na účely konštrukcie, ale pridanie malého množstva iných prvkov (napríklad uhlíka, mangánu alebo kremíka) výrazne zvyšuje jeho mechanickú pevnosť.
Zliatiny sú zvyčajne pevnejšie ako čisté kovy, hoci vo všeobecnosti ponúkajú zníženú elektrickú a tepelnú vodivosť. Pevnosť je najdôležitejším kritériom, podľa ktorého sa posudzujú mnohé konštrukčné materiály. Preto sa zliatiny používajú na inžinierske stavby. Synergický efekt legujúcich prvkov a tepelného spracovania vytvára obrovskú škálu mikroštruktúr a vlastností.

Uhlík.Uhlík je nekovový prvok, ktorý je dôležitým legujúcim prvkom vo všetkých materiáloch na báze železných kovov. Uhlík je vždy prítomný v kovových zliatinách, teda vo všetkých stupňoch nehrdzavejúcej ocele a žiaruvzdorných zliatinách. Uhlík je veľmi silný austenitizátor a zvyšuje pevnosť ocele. V skutočnosti je to hlavný vytvrdzovací prvok a je nevyhnutný pre tvorbu cementitu, Fe3C, perlitu, sféroiditu a železo-uhlíkového martenzitu. Pridanie malého množstva nekovového uhlíka do železa mení jeho veľkú ťažnosť za väčšiu pevnosť. Ak sa kombinuje s chrómom ako samostatnou zložkou (karbid chrómu), môže to mať škodlivý vplyv na odolnosť proti korózii odstránením časti chrómu z pevného roztoku v zliatine a v dôsledku toho znížením množstva dostupného chrómu, aby sa zabezpečilo odolnosť proti korózii.

Chromium.Chróm zvyšuje tvrdosť, pevnosť a odolnosť proti korózii. Zosilňujúci účinok vytvárania stabilných kovových karbidov na hraniciach zŕn a silné zvýšenie odolnosti proti korózii spôsobili, že chróm je dôležitým legovacím materiálom pre oceľ. Odolnosť týchto kovových zliatin voči chemickým účinkom korozívnych činidiel je založená na pasivácii. Aby došlo k pasivácii a zostala stabilná, zliatina Fe-Cr musí mať minimálny obsah chrómu asi 11 % hmotn., nad ktorým môže dôjsť k pasivite a pod ktorým nie je možná. Chróm možno použiť ako vytvrdzovací prvok a často sa používa s vytvrdzovacím prvkom, ako je nikel, aby sa dosiahli vynikajúce mechanické vlastnosti. Pri vyšších teplotách prispieva chróm k zvýšenej pevnosti. Rýchlorezné nástrojové ocele obsahujú 3 až 5 % chrómu. Bežne sa používa na aplikácie tohto druhu v spojení s molybdénom.

Nikel.Nikel je jedným z najbežnejších legujúcich prvkov. Asi 65 % produkcie niklu sa používa v nehrdzavejúcich oceliach. Pretože nikel nevytvára v oceli žiadne karbidové zlúčeniny, zostáva vo ferite v roztoku, čím sa spevňuje a spevňuje feritová fáza. Niklové ocele sa ľahko tepelne spracovávajú, pretože nikel znižuje kritickú rýchlosť chladenia. Zliatiny na báze niklu (napr. zliatiny Fe-Cr-Ni(Mo)) vykazujú vynikajúcu ťažnosť a húževnatosť aj pri vysokých úrovniach pevnosti a tieto vlastnosti si zachovávajú až do nízkych teplôt. Nikel tiež znižuje tepelnú rozťažnosť pre lepšiu rozmerovú stabilitu. Nikel je základným prvkom pre superzliatiny, ktoré sú skupinou niklových, železo-niklových a kobaltových zliatin používaných v prúdových motoroch. Tieto kovy majú vynikajúcu odolnosť proti tepelnej deformácii tečením a zachovávajú si svoju tuhosť, pevnosť, húževnatosť a rozmerovú stálosť pri teplotách oveľa vyšších ako ostatné konštrukčné materiály pre letectvo.

molybdén.Molybdén, ktorý sa nachádza v malých množstvách v nehrdzavejúcich oceliach, zvyšuje kaliteľnosť a pevnosť, najmä pri vysokých teplotách. Vysoká teplota topenia molybdénu robí molybdénom dôležitým pri dodávaní pevnosti oceli a iným kovovým zliatinám pri vysokých teplotách. Molybdén je jedinečný v rozsahu, v akom zvyšuje pevnosť v ťahu a tečení ocele pri vysokých teplotách. Spomaľuje transformáciu austenitu na perlit oveľa viac ako transformáciu austenitu na bainit; bainit sa teda môže vyrábať kontinuálnym chladením ocelí obsahujúcich molybdén.

Vanád.Vanád sa vo všeobecnosti pridáva do ocele na inhibíciu rastu zŕn počas tepelného spracovania. Pri riadení rastu zrna zlepšuje pevnosť a húževnatosť kalených a popúšťaných ocelí.

Volfrám.Volfrám produkuje stabilné karbidy a zjemňuje veľkosť zŕn, aby sa zvýšila tvrdosť, najmä pri vysokých teplotách. Volfrám sa vo veľkej miere používa vo vysokorýchlostných nástrojových oceliach a bol navrhnutý ako náhrada molybdénu vo feritických oceliach so zníženou aktiváciou pre jadrové aplikácie.