MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2013
MAREK PLUHÁČEK
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Technické značení ocelí a litin ve strojírenské praxi Bakalářská práce
Vedoucí práce: Ing. Jiří Votava, Ph.D.
Vypracoval: Marek Pluháček Brno 2013
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma „TECHNICKÉ ZNAČENÍ OCELÍ A LITIN VE STROJÍRENSKÉ PRAXI“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MENDELU v Brně. dne ………………………………………. podpis bakaláře…………………………..
PODĚKOVÁNÍ Děkuji Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za odborné vedení bakalářské práce, poskytování cenných rad a materiálových podkladů k práci.
ABSTRAKT Bakalářská práce s názvem „Technické značení ocelí a litin ve strojírenské praxi“ v první části popisuje problematiku hutního průmyslu, konkrétně výrobu surového železa. Následně je popsána výroba oceli, u které je možné chemickým složením, tepelným zpracováním a způsobem tváření měnit mechanické, fyzikální a chemické vlastnosti v širokých mezích. V druhé části popisuje, jakým způsobem ovlivňuje uhlík a legující prvky mechanické vlastnosti slitin železa. V třetí části se zabývá značením ocelí a litin podle českých norem ČSN, evropských norem EN a německých DIN. Klíčová slova: Hutní průmysl, výroba surového železa a oceli, vlastnosti materiálů, značení ocelí a litin
ABSTRACT In the first part of bachleor thesis called „Technical designation of steels and irons in engineering practice“ the metallurgical industry, specifically the production of crude iron, is described. Subsequently the production of steel, where the mechanical, physical and chemical characteristics can be modified within widelimits by the chemical composition, heat treatment and shaping, is mentioned. In the second part the author explains, how the mechanical properties of iron are influenced by carbon and alloying elements. The third part deals with the designation of steels and cast irons by czech, european and german standards.
Key words: metallurgical industry, production of crude iron, material properties, designation of steels and cast irons
OBSAH 1
ÚVOD ....................................................................................................................... 9
2
CÍL .......................................................................................................................... 10
3
HUTNÍ PRŮMYSL ................................................................................................ 10 3.1
Výroba materiálů vysokopecní vsázky ............................................................ 11
3.1.1
Výroba koksu ............................................................................................ 11
3.1.2
Výroba vysokopecních pelet ..................................................................... 11
3.1.3
Výroba železorudného aglomerátu ........................................................... 11
3.2
Vysokopecní výroba surového železa .............................................................. 12
4
VÝROBA OCELI ................................................................................................... 13 4.1
Výroba oceli v kyslíkových konvertorech ....................................................... 13
4.2
Výroba oceli kombinovanými postupy ............................................................ 14
4.3
Výroba oceli v elektrických obloukových pecích ............................................ 14
4.4
Další zpracování oceli ...................................................................................... 15
4.4.1
Dezoxidace................................................................................................ 15
4.4.2
Odlévání ve vakuu .................................................................................... 15
4.4.3
Zpracování argonem ................................................................................. 16
4.4.4
Zpracování přetavováním ......................................................................... 16
4.5
Odlévání oceli .................................................................................................. 16
4.5.1
Plynulé (kontinuální) odlévání.................................................................. 16
4.6
Zpracování oceli na předvýrobky a hotové výrobky........................................ 17
5
UHLÍK A LEGUJÍCÍ PRVKY VE SLITINÁCH ŽELEZA .................................. 17 5.1
Technické slitiny železa a uhlíku ..................................................................... 17
5.1.1
Uhlíkové oceli ........................................................................................... 18
5.1.2
Bílé litiny .................................................................................................. 18
5.1.3
Grafitické litiny ......................................................................................... 18
5.2
Legující prvky ve slitinách železa .................................................................... 18
7
6
ZNAČENÍ OCELÍ A LITIN DLE ČSN ................................................................. 20 6.1
Slitiny železa .................................................................................................... 20
6.1.1
Tvářené oceli............................................................................................. 20
6.1.2
Oceli na odlitky ......................................................................................... 20
6.1.3
Litiny ......................................................................................................... 21
6.2
Značení ocelí a litin .......................................................................................... 21
6.2.1
Číselné označování ................................................................................... 21
6.2.2
Základní značka ........................................................................................ 21
6.2.3
Doplňková číslice ..................................................................................... 22
6.3
Značení tvářených ocelí podle ČSN 42 0002:1976.......................................... 22
6.3.1
Oceli třídy 10 ............................................................................................ 23
6.3.2
Oceli třídy 11 ............................................................................................ 23
6.3.3
Oceli třídy 12 až 16 ................................................................................... 24
6.3.4
Oceli třídy 17 ............................................................................................ 24
6.3.5
Oceli třídy 19 ............................................................................................ 26
6.4
Značení slitin železa na odlitky podle ČSN 42 0006:1970 .............................. 28
7
ZNAČENÍ OCELÍ A LITIN DLE EN .................................................................... 30 7.1
Systém označování ocelí .................................................................................. 30
7.1.1
Systém zkráceného označování EN 10027-1............................................ 30
7.1.2
Systém číselného označování EN 10027-2 ............................................... 35
7.2
Systém označování litin ................................................................................... 35
8
9
ZNAČENÍ OCELÍ A LITIN DLE DIN .................................................................. 36 8.1
Značení ocelí .................................................................................................... 36
8.2
Značení litin ..................................................................................................... 36
ZÁVĚR ................................................................................................................... 37
10 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY .................................................................... 38 11 SEZNAM TABULEK ............................................................................................ 39 12 SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................ 40
8
1
ÚVOD Technické slitiny železa se nejobecněji rozdělují na oceli a litiny, nebo na slitiny
železa určené k tváření a slitiny železa určené k výrobě odlitků. Ke tváření se až na výjimky používají oceli. Jen malá část oceli (méně než 1% světové produkce) je určena k výrobě odlitků. Litiny jsou naopak určeny téměř výhradně k výrobě odlitků. V celosvětovém měřítku činí podíl litin na výrobě technických slitin železa přibližně 10%. V České republice vydává a prodává normy Český normalizační institut a normy se označují ČSN. Až do začátku 90. let byly normy postaveny na úroveň zákona. Vydáním zákona číslo 142/1991 Sb., číslo 632/1992 Sb. a zákona ČNR číslo 20/1993 Sb. zůstaly normy ČSN po rozdělení Československa platné pro Českou republiku, ale přestaly být všeobecně závazné. Závazné zůstávají pouze ty normy, které se týkají požadavků bezpečnosti, byly dohodnuty se zákazníkem, se staly závaznými uvedením v závazné části normy výrobku (např. normy tlakových nádob, kotlů, potrubí, konstrukcí mostů, jeřábů, zdvihadel apod.). V rámci evropské integrace byla přijata dohoda o dosažení shody norem ČR s technickými předpisy, které vydává Evropská komise pro normalizaci v Bruselu – CEN (Comité Europeén de Normalision). Členové CEN jsou národní normalizační komise států Evropské unie a vydávané normy nesou označení: P ENV – předběžná norma prEN – navržené a schvalované normy EN – schválené a platné normy (dříve EU). Nové české normy, které jsou v souladu s evropskými předpisy, mají označení ČSN EN a číslo příslušné evropské normy. Česká republika je členem CEN od 1. dubna 1997 (Ptáček, 1999).
9
2
CÍL Bakalářská práce na téma „Technické značení ocelí a litin ve strojírenské praxi“ se
zabývá značením ocelí a litin v praxi. Hlavním cílem je definovat a popsat systém značení ocelí a litin podle českých, evropských a německých norem. Druhým cílem je popis hutního průmyslu - výroby surového železa ve vysoké peci, výroby oceli v kyslíkových LD-konvertorech, obloukových pecích, odlévání oceli a další zpracování, až po konečné fáze zpracování na polotovary a hutní výrobky. Třetím cílem je popis, jakým způsobem ovlivňují legující a žádoucí nebo nežádoucí doprovodné prvky mechanické vlastnosti technických materiálů.
3
HUTNÍ PRŮMYSL Železná ruda je základní surovinou pro výrobu surového železa. Z něho se dále
primárními ocelářskými procesy vyrábí surová ocel. Při výrobě surové ocele se mimo surového železa uplatňují druhotné suroviny většinou na bázi železa, železný a ocelový šrot. V současnosti je podíl šrotu (je) okolo 60%. Jednou z alternativ výroby je rudní cesta. Základní vstupní surovinou je železná ruda, která buď přímo, nebo po úpravě skusováním v aglomeračním, či peletizačním závodě tvoří kovonosnou vsázku, která spolu s koksem a struskotvornými přísadami se vsází do vysoké pece, jako vysokopecní vsázka. Výsledkem redukčních procesů ve vysoké peci je surové železo, které vzhledem k vysokému obsahu uhlíku (víc než 4%) a dalších prvků se nedá tvářet. Tekuté surové železo se vsází do ocelářské pece spolu s šrotem a struskotvornými přísadami. V peci probíhá zkujňování, tedy odstranění uhlíku a dalších prvků ze zkujňovaného kovu. Podíl šrotu je vzhledem k tepelně-teplotním podmínkám okolo 20%. Surová tekutá ocel se déle upravuje na stanici pánvové metalurgie. Tekutá ocel s požadovaným složením a vlastnostmi se odlévá na zařízení pro plynulé odlévání. Pevné ocelové odlitky po ohřevu se tváří válcováním za tepla, v případě potřeby válcováním za studena, nebo jinými tvářícími procesy. Výroba ocelových výrobků končí procesy úpravy struktury, vlastností ocelových výrobků a úpravou jejich povrchů. Další alternativou výroby je šrotová cesta. Pro výrobu oceli se nepoužívá tekuté surové železo, ale jen šrot a struskotvorné přísady. Vsázka je pevná, kovonosnou vsázku tvoří šrot. Roztavení kovové vsázky a pevné ocele se dělá v elektrické obloukové peci,
10
nebo indukční peci. Další úprava ocelové taveniny a pevné ocele je stejná, jako u první alternativy (Mihok a kol., 2004).
3.1 Výroba materiálů vysokopecní vsázky 3.1.1 Výroba koksu Koks je pevná pórovitá odplyněná hmota šedé barvy a má vlastnosti, které jsou požadované pro jeho použití ve vysokých pecích, slévárnách a jinde, kde působí jako nositel tepelné energie i jako redukční činidlo. Koks se vyrábí ze směsi vhodných druhů rozemletého černého uhlí jejich tepelným rozkladem při teplotách okolo 1000°C bez přístupu vzduchu v koksovacích komorách. Tento postup se nazývá karbonizace uhlí. Karbonizací uhlí vzniká koks a plynné látky, z kterých se zachytává dehet, čpavek, benzol, naftalen a jiné chemické produkty koksování. Jejich odloučením se získá technicky čistý plyn používaný na energetické účely (Mihok a kol., 2004).
3.1.2 Výroba vysokopecních pelet Peletizace je způsob skusování materiálů zrnitosti zpravidla menší než 0,2 mm. Z navlhčených jemnozrnných materiálů vznikají sbalovacím zařízení surové sbalky o pevnosti 7 až 30 N na sbalek. Protože tato pevnost pro přímé použití ve vysokopecním procese nepostačí, sbalky se zpevňují a přeměňují na pelety vypalováním na 1250 až 1350°C v oxidační atmosféře. Vypálené pelety se vyznačují pravidelným kulovitým tvarem, vysokým obsahem železa, vysokou pevností v tlaku 1700 až 3900 N na peletu, vysokou pevností na oděr a dobrými metalurgickými vlastnostmi (Mihok a kol., 2004).
3.1.3 Výroba železorudného aglomerátu Železorudný materiál se vyrábí spékáním (aglomerací) železných rud a dalších substancí. Podobně jako peletizace je to způsob skusování jemnozrnných železorudných materiálů, který umožňuje, aby produkt měl vlastnosti, které jsou pro proces výroby surového železa ve vysoké peci nejvhodnější (Mihok a kol., 2004).
11
3.2 Vysokopecní výroba surového železa Vysoká pec je šachtová pec s plynulým zavážením kovonosné vsázky, paliva a struskotvorných přísad. Palivo se spaluje proudem vzduchu předehřátého na 1000 až 1300°C a vháněného do pece výfučnami. V oblasti výfučen vzniká redukční plyn o teplotě 1800 až 2100°C. Redukčními složkami plynu jsou CO a H2. Vyredukované železo je nauhličováno koksem a shromažďuje se v nístěji pece. Nad hladinou surového železa se shromažďuje struska. Surové železo i struska se pravidelně vypouštějí. Vzduch dmýchaný do vysoké pece se předehřívá v ohřívacím větru (Cowperovy ohřívače). Cowperovy ohřívače větru pracují jako regenerativní ohřívače vytápěné směsným plynem. Pracovní profil vysoké pece je určen procesy, které ve vysoké peci probíhají. Vsázka (ruda, koks, vápenec) se sázejí do vysoké pece přes zvonový uzávěr do sazebny, která má válcový tvar. Tvar sazebny je podmíněn nutností co nejvíce omezit nekontrolovatelné změny násypného profilu. Šachta má tvar komolého kužele se širší spodní základnou. Dolů se rozšiřující tvar šachty umožňuje vsázce při ohřevu rozpínání do stran a usnadňuje její plynulý sestup do spodní části vysoké pece. Opačně proudící plyny se naopak směrem nahoru ochlazují a zmenšují svůj objem.
Obr. 1 Schéma vysoké pece (Dillinger, 2007)
12
Rozpor ve tvaru nízkého válce představuje plynulý přechod šachty do sedla. Sedla má tvar komolého kužele s užší dolní základnou. Zužování sedla směrem dolů je v souladu se zmenšováním objemu vsázkových surovin při jejich měknutí a tavení. Těsně pod sedlem v nístěji jsou umístěny výfučny. V prostoru před výfučnami probíhá spalování paliva a nachází se oblast s nejvyššími teplotami ve vysoké peci. Rozšíření profilu vysoké pece nad výfučnami odklání vyzdívku od proudů nejteplejších plynů a tím se dosahuje vyšší životnosti vyzdívky. Nístěj pece je spodní část válcového tvaru, v níž se hromadí surové železo a nad ním struska. Surové železo i struska se vypouštějí odpichovými otvory. Vyzdívka nístěje se zhotovuje z uhlíkových materiálů. Ostatní části pece jsou vyzděny šamotovými tvárnicemi. Pro nejvyšší teploty se volí jakostní vysocehlinitanové šamoty (Ptáček, 1999).
4
VÝROBA OCELI Surové železo obsahuje kromě čistého železa přibližně 4% uhlíku a další příměsi,
které jsou buď nežádoucí, nebo převyšují neškodnou koncentraci. Jedná se hlavně o křemík, mangan, síru a fosfor. Při přeměně surového železa nebo železné houby na ocel je nutno snížit obsah uhlíku a téměř úplně odstranit nežádoucí složky. Tento proces se nazývá zkujňování. Po zkujňování je ocel většinou podrobena ještě dodatečné úpravě. K nejdůležitějším metodám výroby oceli patří výroba v kyslíkových konvertorech (kyslíkové zkujňování) a výroba oceli v elektrických pecích (Dillinger, 2007).
4.1 Výroba oceli v kyslíkových konvertorech Ocel se vyrábí v konvertoru působením kyslíku. Při kyslíkovém zkujňování se na roztavené surové železo dmýchá kyslík. LD-konvertor se naplní v plnící poloze železným šrotem a tekutým surovým železem. Poté se konvertor narovná a na vsázku se dmýchá kyslík tlakem 0,8 až 1,2 MPa. Po několika sekundách začne bouřlivá oxidace příměsí železa, při které se tavenina začne vařit. Přidá se vápno, které vytvoří kapalnou strusku, chrání ocel před oxidací a váže pevné zplodiny i nežádoucí příměsi. Uhlík se při oxidaci téměř úplně spaluje na CO a CO2, které unikají v plynné formě. Tento postup se také označuje jako LD-postup.
13
Požadované legující přísady a redukční činidla se přidávají na konci zkujňovacího procesu před odléváním oceli. Po odlití oceli do připravené licí pánve se struska slévá přes okraj konvertoru (Dillinger, 2007).
Obr. 2 Schéma kyslíkového (LD) konvertoru (Dillinger, 2007)
4.2 Výroba oceli kombinovanými postupy Surové železo s větším množstvím fosforu se zkujňuje postupem LD-AC. Při tomto postupu se po prvním dmýchání odvede první struska bohatá na fosfor. Při druhém dmýchání probíhá oduhličování. Při postupech LD a LD-AC se lázeň nepromísí dostatečně proudem kyslíku přicházejícím shora. Kromě toho je omezené použití železného šrotu a struska obsahuje hodně oxidu železitého. Při kombinovaných pochodech se dnem konvertoru navíc vhánějí interní plyny, jako je argon a dusík, nebo také kyslík. Tyto plyny lépe promíchají taveninu. Pak je možno přidávat více železného šrotu. Kromě toho se zkracuje doba dmýchání a snižuje se ztráta železa a legujících prvků. Takto vyrobená ocel obsahuje méně příměsí oxidů a umožňuje vyrobit měkké druhy oceli s nízkým obsahem uhlíku (do 0,02%). Kvůli těmto výhodám se používají pouze kombinované postupy (Dillinger, 2007).
4.3 Výroba oceli v elektrických obloukových pecích Při výrobě elektroocelí se teplo potřebné k tavení získává elektrickým obloukem v obloukové peci nebo elektromagnetickou indukcí v indukční peci. Oblouková pec se naplní železným šrotem, železnou houbou a surovým železem. Dále se přidává vápno 14
pro tvorbu strusky a redukční prostředky. Elektrický oblouk mezi grafitovými elektrodami a kovovou vsázkou dosahuje teploty až 3500°C. Proto lze tavit i těžko tavitelné legující prvky jako je wolfram s teplotou tavení 3410°C a molybden ve formě feroslitin s teplotou tavení 2610°C (Dillinger, 2007).
Obr. 3 Schéma elektrické obloukové pece (Dillinger, 2007)
4.4 Další zpracování oceli 4.4.1 Dezoxidace Při dezoxidaci se do ocelové taveniny přidává ferosilicium nebo hliník. Tyto prvky váží kyslík, který se uvolňuje při tuhnutí, tím pádem nevznikají bubliny. Ocel tuhne uklidněně. Okrajové vrstvy a jádro mají stejné složení. Uklidněné a plně uklidněné oceli se používají tam, kde je potřebná rovnoměrná struktura, např. u ocelí k zušlechťování a nástrojových ocelí (Dillinger, 2007). 4.4.2 Odlévání ve vakuu Při tuhnutí zůstává část uvolněných plynů v oceli. Postupně se vylučují, vytvářejí silná napětí a malé trhlinky ve struktuře oceli a tím snižují tažnost a odolnost proti stárnutí. Jestliže se při odlévání sníží tlak nad tekutou ocelí, uniknou plyny skoro úplně z taveniny a mohou být nasány (Dillinger, 2007).
15
4.4.3 Zpracování argonem Přiváděný plyn (argon) proudí v malých bublinkách taveninou, promíchává ji a vyplavuje přitom nečistoty na povrch. Zpracování argonem lze nahradit zpracováním ve vakuu (Dillinger, 2007).
Obr. 4 Schéma odplynění oceli (Dillinger, 2007) 4.4.4 Zpracování přetavováním Přetavováním se vyrábějí ušlechtilé homogenní (s malým množstvím segregací) oceli a čisté (bez příměsí) ušlechtilé oceli. Při elektrostruskovém přetavování se ponoří v elektrické peci roztavený blok ušlechtilé oceli jako tavná elektroda do kapalné strusky. Potřebné tavné teplo vzniká průchodem elektrického proudu struskovou lázní, která působí jako elektrický rezistor. Odtavená ocel prokapává čistící struskou a tuhne ve vodou chlazené měděné kokile do bloku s velmi kompaktní a rovnoměrnou struskou (Dillinger, 2007).
4.5 Odlévání oceli Po konečné úpravě dostane ocel plynulým odléváním (kontilitím) nebo odléváním do kokil (lití ingotů) výchozí tvar pro další zpracování oceli válcováním (Dillinger, 2007). 4.5.1 Plynulé (kontinuální) odlévání Při plynulém odlévání se ocel z licí pánve odlévá do mezipánve. Z ní teče ocel do jedné nebo několika vodou chlazených kokil z mědi, ve kterých tuhne v okrajové zóně. Vzniklé ocelové předlitky, které jsou uvnitř ještě v tekutém stavu, jsou průběžně z kokily vytahovány směrem dolů. V následných chladících komorách jsou skrápěny 16
vodou a tuhnou v celém průřezu. Plynulým litím se vyrábějí profily s průřezy, jejichž rozměry se blíží rozměrům požadovaného profilu. Tím lze následné válcování zkrátit (Dillinger, 2007).
Obr. 5 Schéma zařízení plynulého odlévání oceli (Dillinger, 2007)
4.6 Zpracování oceli na předvýrobky a hotové výrobky Ocel odlitá na předlitek nebo do ingotu se tváří válcováním, tažením, kováním nebo protlačováním na předvýrobky a hutní výrobky. Předvýrobky jsou meziprodukty, např. ocelový pás válcovaný za tepla. Předvýrobky (polotovary) se zpracovávají dále na hotové díly nebo výrobky. Hutní výrobky jsou např. tvarová a tyčová ocel, plechy, trubky a pásová ocel válcovaná za studena (Dillinger, 2007).
5
UHLÍK A LEGUJÍCÍ PRVKY VE SLITINÁCH ŽELEZA
5.1 Technické slitiny železa a uhlíku Vliv uhlíku překrývá ve slitinách železa působení dalších prvků a rozhodujícím způsobem ovlivňuje jejich výslednou strukturu a vlastnosti. Ve slitinách železa může být uhlík přítomen: a) v intersticiálním tuhém roztoku se železem, b) jako intersticiální sloučenina karbid železa – Fe3 C, c) jako grafit (Filípek, 1988) 17
5.1.1 Uhlíkové oceli Zvyšující se obsah uhlíku v souladu se změnou struktury mění mechanické vlastnosti oceli. Měkká feritická ocel má pevnost v tahu kolem Pt = 294 MPa a tažnost δ=30 %. Úměrně se vzrůstajícím množstvím perlitu ve struktuře vzrůstá tvrdost, pevnost v tahu a mez kluzu. Přítomnost tvrdé a křehké strukturní složky (cementitu) zvyšuje pevnostní vlastnosti oceli, ale snižuje tažnost, zúžení a vrubovou houževnatost. Nejvyšší tvrdost a pevnost mají nadeutektoidní oceli, tvárné vlastnosti a houževnatost jsou naopak nejnižší. Uhlíkové oceli (do 2,14 % C) se dělí na podeutektoidní, eutektoidní, nadeutektoidní (Filípek, 1981). 5.1.2 Bílé litiny Bílá litina s obsahem uhlíku od 2,14 do 4,3 % C odpovídá svou strukturou metastabilní rovnováze soustavy Fe-C-Si, to znamená, že je po odlití tvořena směsí eutektického a sekundárního cementitu a perlitu. Vznik této strukturní směsi je podporován zvýšeným obsahem karbidotvorných prvků v litině (Mn, Cr) a vyšší rychlostí tuhnutí. Tvrdost bílé litiny ovlivňuje zejména obsah cementitu ve struktuře a pohubuje se mezi 350 až 500 HB. Jejich tvrdost lze zvýšit martenzitickým kalením. Bílé litiny se děli na podeutektické, eutektické, nadeutektické (Ptáček, 1999). 5.1.3 Grafitické litiny Jsou to litiny s obsahem uhlíku od 4,3 do 6,687 % C. Struktura grafitických litin je tvořena grafitem a základní kovovou hmotou (matricí). Na vlastnosti litin má rozhodující vliv tar, velikost, obsah a způsob rozložení grafitu a druhu matrice (perlit, ferit, cementit a další produkty transformace austenitu) a fosfidické eutektikum-steadit. Základními tvary grafitu v grafitických litinách dle normy ČSN EN 1560 jsou lupínkový, kuličkový, temperovaný a vezikulární uhlík (Ptáček, 1999).
5.2 Legující prvky ve slitinách železa Vlastnosti ocelí a litin ve velké míře závisejí na legujících prvcích a žádoucích nebo nežádoucích doprovodných prvcích. Obsah legujících prvků, které se přidávají do legovaných ocelí, se pohybuje od několika setin procenta do desítek procent. Legující prvky jako chrom, wolfram a vanad, vytvářejí se základním kovem (železem) směsné krystaly nebo vedou k jemnozrnnému vylučování karbidů. Tím lze zlepšit vlastnosti oceli, jako pevnost v tahu, odolnost proti opotřebení a odolnost proti 18
korozi. Doprovodné prvky jako fosfor, vodík, dusík a síra ovlivňují zejména pevnost a houževnatost (Dillinger, 2007). Tab. 1 Vliv legujícíh a doprovodných prvků na vlastnostnosti slitin železa (Dillinger, 2007) Prvek Legující prvky
Prvek zvyšuje
hliník Al
odolnost proti vzniku okují, pronikání dusíku
kobalt Co
tvrdost, řezivost, tepelnou odolnost
Prvek snižuje
růst zrna při vyšších teplotách
chrom Cr
mangan Mn molybden Mo nikl Ni vanad V wolfram W
pevnost v tahu, tvrdost, tepelnou odolnost, odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi pevnost v tahu, prokalitelnost, houževnatost (při malém množství Mn) pevnost v tahu, tepelnou odolnost, řezivost prokalitelnost pevnost, houževnatost, prokalitelnost trvanlivost, tvrdost, tepelnou odolnost pevnost v tahu, tvrdost, tepelnou odolnost, řezivost
Nekovové příměsi (doprovodné prvky) pevnost a tvrdost (maximum při C = 0,9%), kalitelnost, uhlík C tvoření trhlin (vloček) vodík H₂ síra S
křemík Si
tažnost (v malé míře)
obrobitelnost, tvářitelnost za studena, vylučování grafitu popouštěcí křehkost, kujnost (při vyšším podílu Mo) tepelnou roztažnost citlivost na přehřátí
Příklad použití 41CrAlMo7 ocel k nitridaci, dezoxidační, prostředek při výrobě oceli HS10-4-3-10 rychlořezná ocel s 10% Co, např. pro soustružnické nože X5CrNi18-10 nerezavějící ocel
28Mn6 ocel k zušlechťování např. pro výkovky X40CrMoV5-1-1 ocel pro práci za tepla, např. pro protlačovací trny S-NiCr30 3 austenitická litina s kuličkovým grafitem 115CrV3 nástrojová ocel, např. na závitníky
tažnost (v malé míře), obrobitelnost
HS6-5-2 rychlořezná ocel s 6% W, např. pro protahováky
teplotu tavení, tažnost, svařitelnost a kujnost
Obrobitelnost
vrubovou houževnatost, svařitelnost
C60 ocel k zušlechťování s Rm = 800 Mpa Při výrobě oceli se odstraňuje, např. vakuováním 10SPb20 automatová ocel
pevnost v tahu, mez kluzu, odolnost proti korozi
tažnost, vrubovou houževnatost, hlubokotažnost, svařitelnost, obrobitelnost
54SiCr6 pružinová ocel s pevností v tahu Rm = 1600MPa
vrubovou houževnatost, svařitelnost
zkapalňuje taveninu oceli na odlitky a železné litiny X2CrNiMoN17-15-5 austenitická ocel
stárnutí křehnutím, pevnost v tahu
fosfor P
pevnost v tahu, tepelnou odolnost, odolnost proti korozi
dusík N₂
křehnutí, tvorba austenitu
vrubovou houževnatost
odolnost proti stárnutí, hlubokotažnost
19
6
ZNAČENÍ OCELÍ A LITIN DLE ČSN
6.1 Slitiny železa Je všeobecně známo, že se slitiny železa dělí na oceli a litiny. Ocelové výrobky se zhotovují jak tvářením, tak odléváním, litiny pak jen odléváním, což se projevuje v jejich názvu (Silbernagel a kol., 2009).
Slitiny železa Oceli
Litiny
Ocei na odlitky
Oceli k tváření
Grafitické litiny
Ledeburitické litiny
S lupínkovým grafitem
Ostatní litiny
S kuličkovým grafitem S vermikul. grafitem Temperované litiny
Obr. 6 Schéma rozdělení slitin železa (Ptáček, 1999) 6.1.1 Tvářené oceli Materiálové listy tvářených ocelí začínají dvojčíslím 41. Značky těchto materiálů však začínají jedničkou, což značí, že značky tvářených ocelí jsou pětimístná místa. První dvojčíslí ve značce oceli je pak 10 a 17. Jedná se o třídu oceli, která určuje druh a stupeň legování. Podle ČSN existují oceli nízkolegované do 5% legujících prvků – legur, dále oceli střednělegované od 5% do 10% legur a oceli vysokolegované s obsahem legur vyšším než 10 hmotnostních procent. Jednotková cena dané oceli pak závisí hlavně na druhu a stupni legování. (Silbernagel a kol., 2009) Rozdělení tvářených konstrukčních ocelí do tříd dle ČSN je uvedeno v tabulce 2. 6.1.2 Oceli na odlitky Oceli na odlitky jsou v systému českých norem vedeny pod jinými čísly než tvářené oceli, neboť jejich struktura a tím i vlastnosti se od tvářených ocelí liší. Je to způsobeno 20
především anizotropií vlastností. Také obsah nekovových vměsků je v ocelových odlitcích větší s ohledem na odlévání do pískových forem. Jsou to exogenní vměsky, řádově větších rozměrů, než mají vměsky endogenní. Příčinou chemické heterogenity litých ocelí je odměšování některých prvků, hlavně uhlíku, síry a fosforu. Zhoršují se tím mechanické vlastnosti odlitků (Silbernagel a kol., 2009). 6.1.3 Litiny Litiny jsou takové slitiny železa s uhlíkem a další prvky, které obsahují ve struktuře eutektikum. To je v bílých litinách ledeburit, v šedých litinách je to grafitové eutektikum. Uhlík je v bílých litinách mimo tuhý roztok vyloučen ve formě cementitu, v šedých litinách ve formě grafitu. Litiny s lupínkovým grafitem, tj. šedé litiny mají značky ČSN 4224xx, litiny s kuličkovým grafitem, tj. tvárné litiny, mají značky 4223xx, tvrzené a temperované litiny pak 4225xx. U nás je normováno 7 značek litin s lupínkovým grafitem, bílé litiny u nás normovány nejsou (Silbernagel a kol., 2009).
6.2 Značení ocelí a litin 6.2.1 Číselné označování Číselné označování tvářených ocelí předepisuje ČSN 42 0002. Oceli k tváření jsou zařazeny ve třídě norem 41 „Hutnictví – materiálové listy ocelí“. První dvojčíslí tohoto šestimístného čísla je odděleno od zbývajících čtyř číslic normy mezerou (např. 41 1523). Celé číslo normy se čte po dvojčíslích (např. čtyřicet jedna patnáct dvacet tři). Oceli k tváření jsou značeny základní značkou a zpravidla ještě doplňkovými číslicemi (Filípek, 1988). 6.2.2 Základní značka Základní značka je pětimístné číslo, obsažené v čísle materiálového listu za první pořadovou číslicí 4. První dvojčíslí této základní značky je odděleno od zbývajícího trojčíslí mezerou (např. 11 523). Celá značka se čte dvojčíslí a trojčíslí (např. jedenáct pět set dvacet tři). První číslice v základní značce je 1. První dvojčíslí značí třídu oceli. Oceli k tváření se rozdělují na základě chemického složení a účelu použití (Filípek, 1988).
21
6.2.3 Doplňková číslice Jsou odděleny od základní značky tečkou. První doplňková číslice vyjadřuje druh tepelného zpracování. Druhá doplňková číslice udává konečný stupeň přetváření u ocelových plechů nebo pásů. Význam těchto číslic je uveden v ČSN 42 0002 (Filípek, 1988).
6.3 Značení tvářených ocelí podle ČSN 42 0002:1976
Obr. 7 Značení ocelí (Kříž, 1999) Tab. 2 Rozdělení tříd ocelí 10 až 19 (Dillinger, 2007) Oceli podle Třída stupně oceli použití legování 10 nelegované
11 12
15
16
19
nástrojové
17
nízko legované
14
konstrukční
13
nízko a středně
Charakteristika ocelí
Příklad
předepsané hodnoty mechanických vlastností, chemické složení není předepsáno
10 216 do betonových konstrukcí, svařitelná
předepsané hodnoty mechanických vlastností a obsah C, P, S, popř. (P+S) a dalších prvků předepsaný obsah C, Mn, Si, P, S, popř. (P+S) a dalších předepsaných prvků legovací prvky: Mn, Si, Mn-Si, Mn-V
11 140 automatová, 11 300 k tažení 12 050 ke kalení (hřídele, ozubená kola)
legovací prvky: Cr, Cr-Al, Cr-Mn, Cr-Si, CrMn-Si legovací prvky: Mo, Mn-Mo, Cr-Mo, Cr-V, Cr-W, Mn-Cr-V, Cr-Mo-V, Cr-Si-Mo-V, CrMo-V-W legovací prvky: Ni, Cr-Ni, Ni-V, Cr-Ni-Mn, Cr-Ni-V, Cr-Ni-W, Cr-Ni-Mo, Cr-V-W, Cr-NiV-W legovací prvky: Cr, Ni, Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-V, Cr-Al, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-Ti, Cr-Mo-V, Mn-CrNi, Mn-Cr-Ti, Mn-Cr-V, Cr-Ni-Mo-V, Cr-NiMo-W, Cr-Ni-Mo-Ti, Cr-Ni-V-W, Cr-Ni-W-Ti atd.
13 270 pružinová 14 340 k nitridování 15 231 k zušlechťování (vysoká pevnost)
16 231 k cementování (houževnatá a pevná) 17 040 chromová středně (nádobí), 17 042 a chromová (skalpely), 17 vysoko 249 korozivzdorná, 17 322 žáruvzdorná 19 132 na nářadí nelegované předepsaný obsah C, Mn, Si, P, S (nůžky) legované legovací prvky: Cr, V, Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-Si, 19 421 vrtáky, (nízko, Cr-V, Cr-W, Cr-Al, Cr-Ni-W, Cr-Si-V, Cr-Mo- závitníky, 19 721 středně, V,Cr-V-W, Cr-Ni-Mo-V, Cr-V-W-Co, Cr-Ni- zápustkové formy, 19 vysoko) Mo-W, Cr-Ni-V-W atd. 810 frézy, výstružníky
22
6.3.1 Oceli třídy 10 Patří k nejlevnějším a nejvíce používaným ocelím. Většinou mají nízký obsah uhlíku, bez zaručeného stupně čistoty a bez záruky chemického složení. Zaručuje se u nich obvykle minimální mez pevnosti v tahu, popř. mez kluzu v tahu, tvárnost za tepla a u výběrových taveb svařitelnost. Používají se jako betonářská ocel, stožáry, mostní, lodní, jeřábové konstrukce, profilová ocel pro stavbu budov, kolejnice apod. (Filípek, 1988). Charakteristika značení: Dvojčíslí dané třetí a čtvrtou číslicí v číselné značce oceli vyjadřuje u konstrukčních ocelí nejmenší pevnost v tahu v desítkách MPa s těmito výjimkami: obchodní jakosti: třetí a čtvrtá číslice je 0 (např. 10 000, 10 004) betonářské
oceli:
dvojčíslí
udává
nejmenší
mez
kluzu
v
10
MPa
(http://www.ime.fme.vutbr.cz) 6.3.2 Oceli třídy 11 Jsou vhodné na mírněji namáhané konstrukce. Ocelárna zaručuje v hotovém výrobku určitý nejvyšší obsah uhlíku, fosforu a síry. Oceli nesmějí být náchylné k lámavosti za studena ani za červeného žáru. Jsou odstupňovány podle obsahu uhlíku, od nejmenší pevnosti 280 MPa do 900 MPa. Úměrně se vzrůstající pevností roste i tvrdost a odolnost proti opotřebení, klesá tažnost, kontrakce a vrubová houževnatost. Požívají se k výrobě méně namáhaných jednodušších strojních součástí, např. hřídelů, čepů, ozubených kol, řetězů apod. Z této oceli se rovněž vyrábí ruční nářadí jako lopaty, rýče, motyky, krumpáče, vidle a hrábě (Filípek, 1988). Charakteristika značení: Dvojčíslí dané třetí a čtvrtou číslicí v číselné značce oceli vyjadřuje u konstrukčních ocelí nejmenší pevnost v tahu v desítkách MPa s výjimkou automatových ocelí, kde třetí číslice 1 označuje ocel vhodnou k obrábění a čtvrtá číslice charakterizuje střední obsah uhlíku v desetinách procenta, zaokrouhlený na nejbližší celé číslo. Je-li střední obsah uhlíku menší než 0,1 %, používá se 0 (http://www.ime.fme.vutbr.cz).
23
6.3.3 Oceli třídy 12 až 16 Oceli třídy 12 až 16 jsou označovány jako ušlechtilé konstrukční oceli. Patří sem ušlechtilé uhlíkové oceli, slitinové oceli s celkovým obsahem přísad max. 6 %. Mají lepší a stejnoměrnější vlastnosti, vyšší čistotu a zaručené chemické složení, než oceli třídy 10 a 11. Je to výsledek výběru surovin, dokonalejších způsobů výroby a rozsáhlejší kontroly. Těmto požadavkům vyhovuje jen uklidněná ocel. Dosažení požadovaných výsledných vlastností vyžaduje většinou vhodné tepelné zpracování (Filípek, 1988). Charakteristika značení: U ocelí tříd 12 je třetí číslice v číselné značce oceli většinou 0. U ocelí tříd 13 až 16 vyjadřuje třetí číslice součet středních obsahů legovacích prvků v procentech, zaokrouhlený na nejbližší celé číslo. Čtvrtá číslice vyjadřuje střední obsah uhlíku v desetinách procenta se zaokrouhlením setin od 3 na vyšší desetinné číslo (http://www.ime.fme.vutbr.cz). 6.3.4 Oceli třídy 17 Oceli třídy 17 mají součet obsahů legujících prvků vyšší než 10 %. Podle účelu použití je dělíme na oceli korozivzdorné, žáruvzdorné, žáropevné a speciální (Filípek, 1988). Charakteristika značení: Třetí číslice charakterizuje typ legování ocelí jednotlivými legovacími prvky nebo skupinou hlavních legovacích prvků. (http://www.ime.fme.vutbr.cz) Tab. 3 Význam třetí číslice legující prvky obsažené v oceli (Kříž, 1999) Třetí číslice ve značce ocelí třídy 17 0 Oceli legované Cr
Druh oceli podle typu legování
1
Oceli legované Cr a dalšími prvky jako např. Al, Mo, Ni
2
4
Oceli legované Cr-Ni (popř. stabilizované Ti, Nb) Oceli legované Cr-Ni a dalšími legovacími prvky, jako např. Mo, V, W (popř. stabilizované Ti, Nb) Oceli legované Mn-Cr, Mn-Cr-Ni, popř. Mn-Cr, Mn-CR-Ni
5
Oceli legované Ni, popř. Ni a dalšími legovacími prvky
6
Oceli legované Mn
3
7, 8, 9
Rezerva
24
Čtvrtá číslice charakterizuje obsah hlavních legovacích prvků Cr, Mn, Ni v jednotlivých druzích ocelí podle typu legování. (http://www.ime.fme.vutbr.cz) Tab. 4 Význam čtvrté číslice – oceli legované Cr a dalšími legovanými prvky (s třetí číslicí 0,1,2 a 3) (Kříž, 1999) Obsah Cr [%] Čtvrtá číslice ve značce oceli tř. 17
V ocelích legovaných Cr, Cr a dalšími legovacími prvky
V ocelích legovanými Cr-Ni, CrNi, a dalšími legovacími prvky
0
Nad 4
do 6
nad 6
do 10
1
6
10
6
10
2, 3
10
16
10
16
4, 5
16
25
16
25
6, 7
25
25
8, 9
Tab. 5 Význam čtvrté číslice – ocel legovaná Mn a dalšími prvky (s třetí číslicí 4 v základní číselné značce) (Kříž, 1999) Čtvrtá číslice ve značce oceli tř.17 legovaných Mn-Cr, Mn- legovaných Mn-Cr, Mn a Cr-Ni dalšími prvky 0 5 1 6 2 7 3 8 4 9
Obsah Mn [%] nad
do
6 6 10 16 25
10 10 16 25
Tab. 6 Význam čtvrté číslice – ocel legovaná Ni a dalšími prvky (s třetí číslicí 5 v základní číselné značce) (Kříž, 1999) Čtvrtá číslice v základní číselné značce oceli tř.17
Obsah Ni [%]
legovaných Ni
legovaných Ni a dalšími prvky
nad
do
0 1 2 3 4
5 6 7 8 9
6 10 16 25 40
10 16 25 40
25
Tab. 7 Význam čtvrté číslice – ocel legovaná Mn (s třetí číslicí 6 v základní číselné značce) (Kříž, 1999) Čtrtá číslice v základní značce ocelí 0 1 2
Obsah Mn [%] Nad 6 6 10
Do 10 10 16
Čtvrtá číslice v základní značce ocelí 3 4 5 až 9
Obsah Mn [%] nad 16 25
do
25 rezerva
6.3.5 Oceli třídy 19 Oceli třídy 19 se nazývají oceli nástrojové. Jsou určeny pro výrobu nástrojů, nářadí, měřidel atd. Každá skupina má své speciální požadavky na vlastnosti ocelí. Základní požadavky pro všechny skupiny nástrojů jsou tvrdost (pevnost), houževnatost, odolnost proti popouštění, kalitelnost a prokalitelnost, řezivost a odolnost proti otěru, stálost rozměrů (Filípek, 1988). Charakteristika značení: Třetí číslice charakterizuje jednak nelegované oceli, jednak typ legování ocelí jednotlivými
prvky
nebo
skupinou
hlavních
legujících
prvků
(http://www.ime.fme.vutbr.cz) Tab. 8 Význam třetí číslice – typ legování ocelí jednotlivými prvky nebo skupinou legovaných prvků (Kříž, 1999) Třetí číslice 0, 1, 2 3 4 5 6 7 8 9
Druh oceli podle legování nelegované oceli oceli legované Mn, Si, V, Mn-SI, Mn-V, Mn-Cr-V, Mn-Cr-W-V oceli legované Cr, Cr-Mn, Cr-Al, Cr-V, Cr-Si, Cr-Mn-V, Cr-Si-V, Cr-W-V, CrMn-Si-V oceli legované Cr-Mo, Cr-Mo-Mn, Cr-Mo-V, Cr-Mo-Si-V, Cr-Mo-W-V, CrMo-Ni-V-Co, Cr-Mo-W-Si-V oceli legované Ni-Cr, Ni-Cr-V, Ni-Cr-W, Ni-Mo-Cr, Ni-Cr-Mo-V, Ni-Cr-W-V, Ni-Cr-W-Mo, Ni-Cr-W-Si, Ni-Cr-W-Si-V oceli legované W, W-Cr, W-V, W-Cr-Mn, W-Cr-Si, W-Cr-V, W-Cr-Si-V, WCr-Ni-V, W-Cr-V-Co oceli legované W-Cr-V, W-Cr-Mo-V, W-Cr-V-Co, W-Cr-Mo-V-Co speciální oceli, jako např. vytvrzované typu Ni-Co-Mo-Ti
26
Čtvrtá číslice u nelegovaných ocelí (třetí číslice 0, 1, 2) tvoří se třetí číslicí dvojčíslo, charakterizující střední obsah C v oceli. Čtvrtá číslice u legovaných ocelí má význam pořadový (http://www.ime.fme.vutbr.cz). Tab. 9 Význam čtvrté číslice - nelegované oceli tvoří se třetí číslicí dvojčíslo, charakterizující střední obsah C v oceli (Kříž, 1999) Dvojčíslí
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
Střední obsah C [%]
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
Dvojčíslí
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Střední obsah C [%]
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,895
1
Dvojčíslí
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Střední obsah C [%]
1,05
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
1,35
1,4
1,45
1,5
Pátá číslice v základní značce ocelí ke tváření má kromě ocelí pro výztuže do betonu význam pořadový (http://www.ime.fme.vutbr.cz). Doplňkové číslo se skládá z jedné nebo dvou číslic a od základní číselné značky se odděluje tečkou (http://www.ime.fme.vutbr.cz).
Tab. 10 Význam první a druhé doplňkové číslice (Kříž, 1999) První číslice .0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9
Význam tepelně nezpracováno normalizačně žíháno žíháno s uvedením způsobu žíháno na měkko kaleno nebo kaleno a popouštěno normalizačně žíháno a popouštěno zušlechtěno na dolní pevnost zušlechtěno na střední pevnost
Druhá číslice* .X0 .X1 .X2 .X3 .X4 .X5 .X6 .X7
zušlechtěno na horní pevnost stavy, jež nelze označit 0 až 8
.X8 .X9
* pouze pro plechy a pásy
27
Význam dále nepřeválcováno lehce převálcováno 1/4 tvrdý 1/2 tvrdý 3/4 tvrdý 4/4 tvrdý 5/4 tvrdý mechanické vlastnosti jako u materiálu žíhaného na měkko podle zvláštního předpisu podle dohodnutého předpisu
6.4 Značení slitin železa na odlitky podle ČSN 42 0006:1970 Dle normy ČSN 42 0006 se označují slitiny železa na odlitky šesticiferným základním číslem a dvěma doplňkovými číslicemi.
Obr. 8 Značení slitin železa na odlitky (Kříž, 1999)
Charakteristika značení: první dvojčíslí je 42 a značí třídu norem „Hutnictví“ druhé dvojčíslí označuje druh slitin železa na odlitky a to: 23 – tvárná litina 24 – šedá litina 25 – temperovaná, bílá nebo tvrzená litina 26 – uhlíková ocel na odlitky 27 – nízkolegovaná a středně legovaná ocel na odlitky 28 – ocel na odlitky přesně lité a slitiny pro trvalé magnety 29 – vysokolegovaná ocel na odlitky třetí dvojčíslí 42 2x xx.xx slitiny železa na odlitky přesněji specifikuje: U nelegované šedé litiny, litiny temperované a uhlíkové oceli na odlitky udává přibližnou hodnotu pevnosti v tahu MPa. U tvárné litiny nelegované udává přibližně hodnotu 1/10 pevnosti v tahu v MPa. U ostatních slitin železa na odlitky charakterizuje typ slitiny její složení a vlastnosti. Význam značení je uveden ve strojnických tabulkách (http://www.ateam.ic.cz/folie.pdf).
28
Tab. 11 Význam třetího dvojčíslí základního čísla uvedených slitin železa na odlitky příklad tvárné litiny skupina 23 a vysokolegované oceli na odlitky skupina 29 (Kříž, 1999) Skupina 42
23
Druh slitin Dvojčíslí Význam dvojčíslí železa na odlitky litiny s 00 až 19 přibližná hodnota pevnosti v tahu v 10 MPa kuličkovým určují (pořadové) číslo litin s kuličkovým grafitem grafitem (tvárné 20 až 39 se speciálními vlastnostmi litiny) nelegované určují (pořadové) číslo nízko a středně legovaných 40 až 69 litin s kuličkovým grafitem určují (pořadové) číslo vysoko legovaných litin 70 až 79 s kuličkovým grafitem s hlavními legovacími prvky Mn, Si, Al (rezerva) litiny s určují (pořadové) číslo vysoko legovaných litin kuličkovým s kuličkovým grafitem s hlavními legovacími prvky grafitem legované 80 až 99 Cr, Ni, Mo (rezerva) určují (pořadové) číslo vysoko legovaných litin s lamelárním grafitem a zvláštních slitin železa na 90 až 99 odlitky s hlavními legovacími prvky Cr, Ni, Mo určují (pořadové) číslo vysoko legovaných ocelí, 00 až 19 legovaných Cr, popř. s malými přísadami Ni, Mo, V, W určují (pořadové) číslo vysoko legovaných ocelí, 20 až 29 legovaných Mn, popř. s malou přísadou Cr
29
vysoko legované oceli na odlitky
určují (pořadové) číslo vysoko legovaných jednofázových a dvoufázových ocelí, legovaných 30 až 59 Cr-Ni, Cr-Mn-Ni, popř. s menšími přísadami Mo, V, W, Cu 60 až 89 rezerva určují (pořadové) číslo vysoko legovaných ocelí, 90 až 99 legovanýchCr-W, Cr-V-W
29
Tab. 12 Význam doplňkových číslic v číselném označení slitin železa na odlitky (Kříž, 1999) První doplňková číslice
Druhá doplňková číslice
Způsob odlévání odlitků ze slitin železa
.0
tepelně nezpracovaný
.X0
do pískových forem
.1
normalizačně žíhaný
.X1
staticky do kovových kokil
.2
Žíhaný
.X2
odstředivě
.3
žíhaný na měkko
.X3
pod tlakem
.X4
přesným litím
.X5
do skořepinových forem
.4 .5
7
Konečný stav slitin železa na odlitky v závislosti na jejich tepelném zpracování
kalený nebo kalený a popouštěný po rozpouštěcím žíhání (austen. oceli) normalizačně žíhaný a popouštěný
.6
zušlechtěný na dolní pevnost
.X6
rezerva
.7
zušlechtěný na střední pevnost
.X7
rezerva
.8
zušlechtěný na horní pevnost
.X8
rezerva
.9
tepelné zpracování, které nelze označit .1 až .8
.X9
podle zvláštního ujednání
ZNAČENÍ OCELÍ A LITIN DLE EN
7.1 Systém označování ocelí Označování ocelí je v Evropě jednotně stanoveno normou EN 10027. Používá se jednak systém zkráceného označování EN 10027-1, jednak systém číselného označování EN 10027-2. Čísla a písmena značek ocelí jsou volena tak, aby vyjadřovala základní charakteristické znaky, např. hlavní oblasti použití, mechanické, fyzikální vlastnosti nebo chemické složení (Ptáček, 1999). 7.1.1 Systém zkráceného označování EN 10027-1 7.1.1.1
Zkrácené označování ocelí podle účelu použití a podle vlastností
Zkrácená označování informuji o účelu použití a o mechanických a dalších fyzikálních vlastnostech. Skládají se z hlavních a přídavných symbolů. Hlavní symboly se skládají s písmen a číslic pro skupinu oceli a pro mechanické vlastnosti. Přídavné 30
skupiny se dělí do dvou skupin. Skupina 1 obsahuje pro nelegované oceli symbol, který vyjadřuje velikost nárazové práce při rázové zkoušce. Skupina 2 obsahuje symboly speciálních vlastností ocelí určených k tváření zastudena.
Obr. 9 Příklad zkráceného označení (Dillinger, 2007)
Symbol pro velikost nárazové práce v první skupině přídavných symbolů se týká nelegovaných konstrukčních ocelí podle EN 10025. Písmeno G symbolizuje důležitý parametr slévatelnosti, např. G1 označuje neuklidněnou ocel (Dillinger, 2007). Tab. 13 Základní a přídavné symboly zkráceného označování (Dillinger, 2007) Základní symboly (výběr)
Přídavné symboly (výběr)
označující mez kluzu písmeno a oblasti skupina 1 Rₑ použití oceli D ploché výrobky nárazová ke tváření za práce v M studena joulech termomechamicky válcovaná E na strojní teplota součásti ve °C H ploché výrobky 27 40 60 J J J válcované za N normalizačně studena s vyšší žíhaná nebo hodnota pevností válcovaná minimální L na potrubí JR KR LR 20 meze P pro tlakové kluzu Rₑ v J0 K0 L0 0 potrubí N/mm² Q zušlechtěná S pro ocelové J2 K2 L2 -20 konstrukce R oceli na J3 K3 L3 -30 kolejnice T obalované plechy J4 L4 L4 -40 G jiné znaky, buď s a pásy 1 nebo se 2 M plechy a pásy číslicemi J5 L5 L5 -50 pro elektrotechniku B pro výztuž do J6 L6 L6 -60 betonu
31
skupina 2 C se zvlástní tvářitelností za studena
L pro nízké teploty
H pro duté profily
T na trubky W odolná proti atmosférické korozi
Příklad: Ocel pro ocelové konstrukce mají označení S (jako první písmeno). Tyto oceli se válcují za tepla do tvaru tyčí a profilů. Používá se např. pro stavbu konstrukcí továrních hal, jeřábů, mostů, ale také ve strojírenství, např. pro stavbu svařovaných rámů strojů (Dillinger, 2007).
Obr. 10 Příklad pro značení ocelové konstrukce (Dillinger, 2007)
Vysvětlení: S355J2G1W je ocel pro ocelové konstrukce (S) s minimální mezí kluzu Re = 355 N/mm2 a nárazovou prací 27 J při -20°C (J2). Ocel je neuklidněná litá (G1) a odolná proti atmosférické korozi (Dillinger, 2007). 7.1.1.2 Zkrácené označování ocelí podle chemického složení Těmito značkami se označují nelegované oceli, které nejsou označeny podle použití, nerezavějící oceli a ostatní legované oceli. Rozlišují se 4 skupin:
Nelegované oceli (s výjimkou automatových) s obsahem manganu pod 1%
Tab. 14 Nelegované ocel s Mn ˂ 1% (Dillinger, 2007) Základní symbol
Přídavné symboly
C + číslo odpovídající 100násobku E maximální obsah síry střednímu obsahu uhlíku v % R předepsaný rozsah síry
S na pružiny U na nástroje
C pro tváření za studena
W na svařovací dráty
G pro jiné znaky s 1 nebo 2 následnými čísly
D k tažení drátů
32
Příklad: C35E je nelegovaná ocel (C) s obsahem manganu ˂ 1%, s obsahem uhlíku 0,35% a předepsaným maximálním obsahem síry (E). Tyto oceli se také používají k zušlechťování (Dillinger, 2007).
Nelegované oceli s obsahem Mn mezi 1% a 5%, nelegované automatové oceli a legované oceli (kromě rychlořezných) s obsahy jednotlivých legujících prvků pod 5%
Značka obsahuje: číslo odpovídající stonásobku středního obsahu uhlíku v %,
chemické značky legujících prvků charakterizujících ocel,
čísla udávající obsahy charakteristických legujících prvků, které je nutno násobit určenými faktory (Dillinger, 2007). Tab. 15 Faktory prvků (Dillinger, 2007) Legující prvky
Faktor 4
Cr, Co, Mn, Ni, Si, W
10
Al, Cu, Mo, Pb, Ta, Ti, V C, N, P, S
100 1000
B
Příklad: 16MnCr5 je legovaná cementační ocel s 0,16% C, 1,25% Mn a Cr s neudaným obsahem (Dillinger, 2007).
Legované oceli s obsahem min. jednoho legujícího prvku nad 5% (kromě rychlořezných)
Značka obsahuje: charakteristické písmeno X, číslo odpovídající stonásobku středního obsahu uhlíku v %, chemické značky legujících prvků, čísla, udávající přímo obsahy charakteristických legujících prvků v % (Dillinger, 2007). 33
Příklad: X10CrNi18-8 je legovaná ocel s 0,1% C, 18% Cr, 8% Ni, patřící k nerezavějícím ocelím (Dillinger, 2007).
Rychlořezné oceli
Značka obsahuje: charakteristické označení HS (High speed) čísla udávající v % obsahy legujících kovů v pořadí: W, Mo, V, Co (Dillinger, 2007). Příklad: HS6-5-2-5 je rychlořezná ocel s obsahem 6% wolframu, 5% molybdenu, 2% vanadu a 5% kobaltu (Dillinger, 2007). 7.1.1.3 Přídavné symboly pro výrobky ocelí U polotovarů z oceli, např. u ocelových profilů se předpokládá další zpracování. Vhodnost ocelí pro určité typy zpracování se dá posoudit podle bližších specifikací, které udávají přídavné symboly. Specifikace souvisí s mechanickými vlastnostmi materiálu, týkajícími se povrchové úpravy a stavu tepelného zpracování polotovaru. Přídavný symbol se připojuje ke značce oceli znaménkem + a v případě týkajícím se houževnatosti (Z) obsahuje číselný údaj, týkající se minimálního zúžení zkušební tyčky při tahové zkoušce před přetržením (Dillinger, 2007). Tab. 16 Přídavné symboly pro výrobky z ocelí (Dillinger, 2007) pro zvláštní požadavky
pro druh povlaku
pro stav zpracování
+C
hrubozrnná ocel
+AZ povlak slitinou AlZn
+A žíhání na měkko
+F
jemnozrnná ocel
+CU povlak mědí
+C zpevněno za studena
+H
dobře prokalitelná ocel
minimální zúžení +Z15 průměru při tahové zkoušce 15 %
+Z
žárové pozinkování
+S
žárové pocínování
+SE
eletrolytické pocínování
34
+N normalizačně žíháno +QT Zušlechtěno +U Nezpracováno
Příklad: S235J3G2+Z je ocel pro ocelové konstrukce s minimální mezí kluzu Re = 235 N/mm2, nárazovou práci 27 J při -30°C (Dillinger, 2007). 7.1.2 Systém číselného označování EN 10027-2 Číselné označování kovových materiálů je alternativou zkráceného označování. Číselná značka se skládá z čísla 1 označující ocel (číslo hlavní skupiny materiálu), tečky, dvojciferného čísla skupiny oceli a pořadového dvojciferného, případně čtyřciferného pořadového čísla materiálu ve skupině (Dillinger, 2007).
Obr. 11 Číselné označování oceli (Dillinger, 2007)
Podrobné požadavky na jednotlivé skupiny oceli a skupiny ocelí jsou uvedeny v technických dodacích podmínkách. Všeobecné technické dodací podmínky pro ocel a ocelové výrobky uvádí EN 10021. Technické dodací podmínky uvádějí obvykle rozměry, hmotnosti a mezní úchylky výrobků, klasifikaci ocelí a jakostních stupňů včetně označování, technické požadavky, kontrolu a zkoušení a označování výrobků. Technické požadavky obsahují způsob výroby, chemické složení, mechanické vlastnosti, technologické vlastnosti, jakost povrchu a vnitřní jakost jednotlivých ocelí, nebo skupin ocelí (Ptáček, 1999).
7.2 Systém označování litin Zkratky litin se skládají z šesti částí navazujících bez mezer nebo spojovníků. Evropská značka (EN), pak písmeno G (odlitek). Železné kovy (J). Třetí písmeno (J) udává strukturu volného grafitu (S kuličkový, L lupínkový, M temperovaná litina, N tvrzená litina ledeburidská, V vermikulární, Y zvláštní). U temperovaných litin se udává ještě čtvrté písmeno vyjadřující druh (B s červeným lomem, W s bílým lomem, P perlitická). Dále se udává číslem minimální pevnost v tahu v MPa. Další údaj oddělený 35
spojovníkem, udává tažnost v % zkušebního vzorku, nebo tvrdost (v HB), nebo teplotu při rázové zkoušce s předepsanou nárazovou prací pro litinu (RT pokojová teplota, LT nízká teplota). Poslední údaj může uvádět upřesňující údaj (D surový odlitek, H tepelně zpracovaný odlitek, W vhodnost ke sváření), nebo může uvádět další požadavky (Z) (Dillinger, 2007).
Obr. 12 Značení litin (ČSN EN 1560) na příkladech šedé a temperované litiny (Dillinger, 2007)
8
ZNAČENÍ OCELÍ A LITIN DLE DIN
8.1 Značení ocelí Základní definici a rozdělení oceli určuje norma DIN EN 10020. Norma DIN EN 10027-1 stanovuje systém zkráceného označování ocelí. Označení se rozděluje do dvou skupin. První skupina popisuje mechanické, nebo fyzikální vlastnosti. Druhá skupina popisuje chemické složení ocelí. Podrobnější definice normy je popsána v kapitole 7.1.1 Systém zkráceného označování EN 10027-1. Norma DIN EN 10027-2 (nahrazuje DIN 17007) určuje systém číselného značení ocelí (Fischer, 2008). Podrobnější definice normy je popsána v kapitole 7.1.2 Systém číselného označováni EN 10027-2.
8.2 Značení litin Označování litin definuje DIN EN 1560. K označování litin se používá jednak systém zkráceného označování, jednak systém číselného označování (Fischer, 2008). Podrobnější definice normy je popsána v kapitole 7.2 Systém označování litin.
36
9
ZÁVĚR V bakalářské práci byly popsány systémy značení ocelí a litin v praxi podle
českých, evropských a německých norem. V práci je uvedeno staré značení ocelí ČSN 42 0002 a litin ČSN 42 0006, které je v České republice stále využíváno a nové značení, které přináší upravené značení stejných materiálů podle evropské standardizace (CEN). Označování ocelí v České republice podle evropské standardizace je stanoveno normou ČSN EN 10027 a označování litin, které je stanoveno normou ČSN EN 1560. V praxi se dále používá mezinárodní standardizace ISO (Mezinárodní komise pro standardizaci). Tato organizace začala svoji činnost v roce 1946, jako sdružení národních standardizačních organizací 15 zemí, mezi tyto země patřilo i Československo. V současné době je ISO největší mezinárodní organizací, která sdružuje národní organizace pro standardizaci asi ze 110 zemí. V další části práce je popsána výroba surového železa ve vysokých pecích a nejpoužívanější metody výroby oceli. Surové železo obsahuje kromě 4% uhlíku další příměsi, které jsou buď zcela nežádoucí, nebo převyšují neškodnou koncentraci. Při přeměně surového železa na ocel je nutno snížit obsah uhlíku a téměř odstranit nežádoucí složky. Tento proces se nazývá zkujňování. Výroba oceli dnes nepředstavuje pouze proces zkujňování, ale složitý pochod výroby železných slitin o předepsaném chemickém složení, předepsaných vlastností a dalšího metalurgického zpracování. Na vlastnosti technických slitin železa má významný vliv uhlík. Uhlík zpravidla nejvýznamnějším způsobem ovlivňuje důležité vlastnosti slitin železa. Dalšími prvky, které ovlivňují vlastnosti ocelí a litin jsou legující prvky (Tab. 1). Vliv těchto prvků na vlastnosti slitin železa závisí na jejich koncentracích. Hlavními důvody legování slitin železa je několik, např. jedním z hlavních důvodů je zvýšení mechanických vlastností, zejména pevnosti a tvrdosti při zachování vyhovující houževnatosti. Nejčastěji legujícími prvky pro zvýšení mechanických vlastností jsou mangan, chrom, nikl, křemík,
molybden,
vanad,
wolfram.
Dalším
korozivzdornosti v silně agresivních prostředích.
37
důvodem
může
být
zvýšení
10 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY DILLINGER J., 2007, Moderní strojírenství pro školu i praxi. 1.vyd. Praha: EuropaSobotáles, 608 s. FILÍPEK J., 1988, Technické materiály (přednášky). 1.vyd. Brno: VŠZ, 196 s. FILÍPEK J., 1981, Nauka o materiálu. 1. vyd. Brno: Vysoká škola zemědělská, 106 s.
FISCHER U., 2010, Mechanical and metal trans handbook. 2.vyd. Haan-Gruiten, Germany: Verlag Europa Lehrmittel, 428 s. KŘÍŽ R., 1999, Tabulky materiálů pro strojírenství. Ostrava: Montanex, 349 s. MIHOK Ľ., FRÖHLICOVÁ M., BARICOVÁ D., PRIBULOVÁ A., Základy hutních technologií dočasná vysokoškolská učebnice pro 1. ročník bakalářského studia 1.vyd. Košice: Technická univerzita, Hutnická fakulta, 78 s. PTÁČEK L., Nauka o materiálu II. Brno: CERM, 1999, 350 s. SILBERNAGEL, Arnošt, Miroslav GREGER a Arnošt SILBERNAGEL., 2009, Kovové materiály normované v České republice. 3. opr. vyd. Ostrava: Kovosil, 108 s. Internetové zdroje Rozdělení a označení ocelí [online]. www.ateam.ic.cz [cit. 2013-03-2]. Dostupné na:
˂http://www.ateam.ic.cz/folie.pdf˃ VLACH, FIEDLER. 2011: Úvod a přehled značení ocelí a litin [online]. www.ime.fme.vutbr.cz
[cit.
2013-03-12]
˂http://ime.fme.vutbr.cz/files/vyuka/WKM/02%20moudro.pdf˃
38
Dostupné
na:
11 SEZNAM TABULEK
Tab. 1 Vliv legujícíh a doprovodných prvků na vlastnostnosti slitin železa ................... 19 Tab. 2 Rozdělení tříd ocelí 10 až 19 ............................................................................... 22 Tab. 3 Význam třetí číslice legující prvky obsažené v oceli............................................ 24 Tab. 4 Význam čtvrté číslice – oceli legované Cr a dalšími legovanými prvky (s třetí číslicí 0,1,2 a 3)............................................................................................................... 25 Tab. 5 Význam čtvrté číslice – ocel legovaná Mn a dalšími prvky (s třetí číslicí 4 v základní číselné značce) ............................................................................................... 25 Tab. 6 Význam čtvrté číslice – ocel legovaná Ni a dalšími prvky (s třetí číslicí 5 v základní číselné značce) ............................................................................................... 25 Tab. 7 Význam čtvrté číslice – ocel legovaná Mn (s třetí číslicí 6 v základní číselné značce) ............................................................................................................................ 26 Tab. 8 Význam třetí číslice – typ legování ocelí jednotlivými prvky nebo skupinou legovaných prvků ............................................................................................................ 26 Tab. 9 Význam čtvrté číslice - nelegované oceli tvoří se třetí číslicí dvojčíslo, charakterizující střední obsah C v oceli ......................................................................... 27 Tab. 10 Význam první a druhé doplňkové číslice ........................................................... 27 Tab. 11 Význam třetího dvojčíslí základního čísla uvedených slitin železa na odlitky příklad tvárné litiny skupina 23 a vysokolegované oceli na odlitky skupina 29............. 29 Tab. 12 Význam doplňkových číslic v číselném označení slitin železa na odlitky .......... 30 Tab. 13 Základní a přídavné symboly zkráceného označování ...................................... 31 Tab. 14 Nelegované ocel s Mn ˂ 1% .............................................................................. 32 Tab. 15 Faktory prvků .................................................................................................... 33 Tab. 16 Přídavné symboly pro výrobky z ocelí ............................................................... 34
39
12 SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1 Schéma vysoké pece ............................................................................................. 12 Obr. 2 Schéma kyslíkového (LD) konvertoru .................................................................. 14 Obr. 3 Schéma elektrické obloukové pece ...................................................................... 15 Obr. 4 Schéma odplynění oceli ....................................................................................... 16 Obr. 5 Schéma zařízení plynulého odlévání oceli ........................................................... 17 Obr. 6 Schéma rozdělení slitin železa ............................................................................. 20 Obr. 7 Značení ocelí........................................................................................................ 22 Obr. 8 Značení slitin železa na odlitky ............................................................................ 28 Obr. 9 Příklad zkráceného označení ............................................................................... 31 Obr. 10 Příklad pro značení ocelové konstrukce ............................................................ 32 Obr. 11 Číselné označování oceli ................................................................................... 35 Obr. 12 Značení litin (ČSN EN 1560) na příkladech šedé a temperované litiny ............ 36
40
