Vliv chemických prvků na vlastnosti ocelového plechu
Slitina železa a uhlíku s obsahem uhlíku menším než 2,11 % se nazývá ocel. Kromě chemických složek, jako je železo (Fe) a uhlík (C), obsahuje ocel také malé množství křemíku (Si), manganu (Mn), fosforu (P), síry (S), kyslíku (O), dusíku (N), niobu (Nb) a titanu (Ti). Vliv běžných chemických prvků na vlastnosti oceli je následující:
1. Uhlík (C): S rostoucím obsahem uhlíku v oceli se zvyšuje mez kluzu a pevnost v tahu, ale snižuje se plasticita a rázová houževnatost. Pokud však obsah uhlíku překročí 0,23 %, svařitelnost oceli se zhoršuje. Proto obsah uhlíku v nízkolegované konstrukční oceli používané ke svařování obvykle nepřesahuje 0,20 %. Zvýšení obsahu uhlíku také snižuje odolnost oceli proti atmosférické korozi a ocel s vysokým obsahem uhlíku snadno koroduje na vzduchu. Uhlík může navíc zvýšit křehkost oceli za studena a náchylnost oceli ke stárnutí.
2. Křemík (Si): Křemík je silným deoxidačním prvkem v procesu výroby oceli a obsah křemíku v klidné oceli je obvykle 0,12 % až 0,37 %. Pokud obsah křemíku v oceli přesáhne 0,50 %, křemík se nazývá legující prvek. Křemík může výrazně zlepšit mez pružnosti, mez kluzu a pevnost v tahu oceli a je široce používán jako pružinová ocel. Přidání 1,0–1,2 % křemíku do kalené a popouštěné konstrukční oceli může zvýšit pevnost o 15–20 %. V kombinaci s křemíkem, molybdenem, wolframem a chromem může zlepšit odolnost proti korozi a oxidaci a lze jej použít k výrobě žáruvzdorné oceli. Nízkouhlíková ocel obsahující 1,0–4,0 % křemíku s extrémně vysokou magnetickou permeabilitou se používá jako elektrotechnická ocel v elektrotechnickém průmyslu. Zvýšení obsahu křemíku snižuje svařitelnost oceli.
3. Mangan (Mn): Mangan je dobrý deoxidační a odsiřovací prostředek. Ocel obecně obsahuje 0,30–0,50 % manganu. Pokud se do uhlíkové oceli přidá více než 0,70 % manganu, nazývá se „manganovou ocelí“. Ve srovnání s běžnou ocelí má nejen dostatečnou houževnatost, ale také vyšší pevnost a tvrdost, což zlepšuje prokalitelnost a tvářitelnost oceli za tepla. Ocel obsahující 11–14 % manganu má extrémně vysokou odolnost proti opotřebení a často se používá v lžících bagrů, vložkách kulových mlýnů atd. Se zvyšujícím se obsahem manganu se snižuje odolnost oceli proti korozi a snižuje se svařovací výkon.
4. Fosfor (P): Fosfor je obecně škodlivý prvek v oceli, který zlepšuje pevnost oceli, ale snižuje plasticitu a houževnatost oceli, zvyšuje křehkost oceli za studena a zhoršuje svařovací vlastnosti a vlastnosti ohýbání za studena. Proto se obvykle vyžaduje, aby obsah fosforu v oceli byl menší než 0,045 %, a požadavky na vysoce kvalitní ocel jsou nižší.
5. Síra (S): Síra je za normálních okolností také škodlivý prvek. Způsobuje, že ocel křehne za tepla, snižuje tažnost a houževnatost oceli a způsobuje praskliny během kování a válcování. Síra také negativně ovlivňuje svařovací vlastnosti a snižuje odolnost proti korozi. Proto je obsah síry obvykle nižší než 0,055 % a u vysoce kvalitní oceli je nižší než 0,040 %. Přidání 0,08–0,20 % síry do oceli může zlepšit obrobitelnost, což se obvykle nazývá automatová ocel.
6. Hliník (Al): Hliník je běžně používaný deoxidační prostředek v oceli. Přidání malého množství hliníku do oceli může zjemnit velikost zrna a zlepšit rázovou houževnatost; hliník má také odolnost proti oxidaci a korozi. Kombinace hliníku s chromem a křemíkem může výrazně zlepšit odolnost oceli proti loupání za vysokých teplot a odolnost oceli proti korozi za vysokých teplot. Nevýhodou hliníku je, že ovlivňuje výkon oceli při tváření za tepla, svařování a řezání.
7. Kyslík (O) a dusík (N): Kyslík a dusík jsou škodlivé prvky, které mohou pronikat z plynu z pece při tavení kovu. Kyslík může způsobit, že ocel bude za tepla křehká, a jeho účinek je silnější než účinek síry. Dusík může způsobit, že ocel za studena bude křehká, podobně jako fosfor. Stárnutí dusíkem může zvýšit tvrdost a pevnost oceli, ale snížit tažnost a houževnatost, zejména v případě deformačního stárnutí.
8. Niob (Nb), vanad (V) a titan (Ti): Niob, vanad a titan jsou prvky zjemňující zrno. Vhodné přidání těchto prvků může zlepšit strukturu oceli, zjemnit zrno a výrazně zvýšit pevnost a houževnatost oceli.