Vplyv chemických prvkov na vlastnosti oceľového plechu
Zliatina železa a uhlíka s obsahom uhlíka menším ako 2,11 % sa nazýva oceľ. Okrem chemických zložiek, ako je železo (Fe) a uhlík (C), oceľ obsahuje aj malé množstvo kremíka (Si), mangánu (Mn), fosforu (P), síry (S), kyslíka (O), dusíka (N), nióbu (Nb) a titánu (Ti). Vplyv bežných chemických prvkov na vlastnosti ocele je nasledovný:
1. Uhlík (C): So zvyšujúcim sa obsahom uhlíka v oceli sa zvyšuje medza klzu a pevnosť v ťahu, ale znižuje sa plasticita a rázová húževnatosť. Ak však obsah uhlíka prekročí 0,23 %, zvariteľnosť ocele sa zhoršuje. Preto obsah uhlíka v nízkolegovanej konštrukčnej oceli používanej na zváranie zvyčajne nepresahuje 0,20 %. Zvýšenie obsahu uhlíka tiež znižuje odolnosť ocele proti atmosférickej korózii a vysoko uhlíková oceľ ľahko koroduje na otvorenom vzduchu. Okrem toho môže uhlík zvýšiť krehkosť ocele za studena a citlivosť ocele na starnutie.
2. Kremík (Si): Kremík je silný deoxidačný prvok v procese výroby ocele a obsah kremíka v upokojenej oceli je zvyčajne 0,12 % – 0,37 %. Ak obsah kremíka v oceli presiahne 0,50 %, kremík sa nazýva legujúci prvok. Kremík môže výrazne zlepšiť medzu pružnosti, medzu klzu a pevnosť v ťahu ocele a široko sa používa ako pružinová oceľ. Pridanie 1,0 – 1,2 % kremíka do kalené a popúšťanej konštrukčnej ocele môže zvýšiť pevnosť o 15 – 20 %. V kombinácii s kremíkom, molybdénom, volfrámom a chrómom môže zlepšiť odolnosť proti korózii a oxidácii a môže sa použiť na výrobu žiaruvzdornej ocele. Nízkouhlíková oceľ obsahujúca 1,0 – 4,0 % kremíka s extrémne vysokou magnetickou permeabilitou sa používa ako elektrotechnická oceľ v elektrotechnickom priemysle. Zvýšenie obsahu kremíka znižuje zvárateľnosť ocele.
3. Mangán (Mn): Mangán je dobrý deoxidačný a odsirovací prostriedok. Oceľ vo všeobecnosti obsahuje 0,30 – 0,50 % mangánu. Ak sa do uhlíkovej ocele pridá viac ako 0,70 % mangánu, nazýva sa „mangánová oceľ“. V porovnaní s bežnou oceľou má nielen dostatočnú húževnatosť, ale aj vyššiu pevnosť a tvrdosť, čo zlepšuje kaliteľnosť a tepelnú spracovateľnosť ocele. Oceľ obsahujúca 11 – 14 % mangánu má extrémne vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a často sa používa v lôžkach rýpadiel, vložkách guľových mlynov atď. So zvyšujúcim sa obsahom mangánu sa znižuje odolnosť ocele proti korózii a znižuje sa zvárací výkon.
4. Fosfor (P): Fosfor je vo všeobecnosti škodlivý prvok v oceli, ktorý zlepšuje pevnosť ocele, ale znižuje jej plasticitu a húževnatosť, zvyšuje krehkosť ocele za studena a zhoršuje zváracie vlastnosti a vlastnosti ohýbania za studena. Preto sa zvyčajne vyžaduje, aby obsah fosforu v oceli bol menší ako 0,045 % a požiadavky na kvalitnú oceľ boli nižšie.
5. Síra (S): Síra je za normálnych okolností tiež škodlivý prvok. Spôsobuje, že oceľ sa za tepla stáva krehkou, znižuje ťažnosť a húževnatosť ocele a spôsobuje praskanie počas kovania a valcovania. Síra tiež škodí zváracím vlastnostiam a znižuje odolnosť proti korózii. Preto je obsah síry zvyčajne nižší ako 0,055 % a v kvalitnej oceli je nižší ako 0,040 %. Pridanie 0,08 – 0,20 % síry do ocele môže zlepšiť obrobiteľnosť, čo sa zvyčajne nazýva ľahko obrábateľná oceľ.
6. Hliník (Al): Hliník je bežne používaný deoxidačný prostriedok v oceli. Pridanie malého množstva hliníka do ocele môže zjemniť veľkosť zŕn a zlepšiť rázovú húževnatosť; hliník má tiež odolnosť voči oxidácii a korózii. Kombinácia hliníka s chrómom a kremíkom môže výrazne zlepšiť odolnosť ocele proti odlupovaniu pri vysokých teplotách a odolnosť ocele voči korózii pri vysokých teplotách. Nevýhodou hliníka je, že ovplyvňuje výkon ocele pri opracovaní za tepla, zváraní a rezaní.
7. Kyslík (O) a dusík (N): Kyslík a dusík sú škodlivé prvky, ktoré sa môžu do kovu dostať z plynu z pece pri tavení. Kyslík môže spôsobiť, že oceľ bude krehká za tepla a jeho účinok je silnejší ako účinok síry. Dusík môže spôsobiť, že oceľ bude za studena krehká, podobne ako fosfor. Starnúci účinok dusíka môže zvýšiť tvrdosť a pevnosť ocele, ale znížiť jej ťažnosť a húževnatosť, najmä v prípade deformačného starnutia.
8. Niób (Nb), vanád (V) a titán (Ti): Niób, vanád a titán sú prvky zjemňujúce zrno. Vhodné pridanie týchto prvkov môže zlepšiť štruktúru ocele, zjemniť zrno a výrazne zlepšiť pevnosť a húževnatosť ocele.