Druhy, složení, vlastnosti a využití uhlíkové oceli – nejobvyklejšího materiálu pro kovovýrobu
Ocel je v průmyslu i drobné výrobě nejrozšířenější železný kov – její užitné i estetické vlastnosti využijí konstruktéři i designéři. Aby vyhověla tak širokému spektru požadavků, jaké na ni koncoví zákazníci kladou, je třeba správně nastavit její složení. Třeba tak, jako u uhlíkové oceli.
Obsah konkrétních prvků a jejich kombinace dává oceli její vlastnosti. Kde je třeba zajistit zvýšenou ochranu proti působení oxidace, přichází na řadu chrom a nikl. Pokud aplikace vyžaduje vyšší mechanickou odolnost nebo je naopak žádoucí tvárnost, pracuje se s obsahem uhlíku.
Co je to uhlíková ocel
Primárně jde o slitinu železa (Fe) a uhlíku (C). Nemusí to nutně znamenat úplnou absenci dalších prvků, ty ale případně tvoří tak malou poměrnou část celkového obsahu, že nemají na výsledné vlastnosti uhlíkové oceli zásadní vliv. Aby byla nazývána právě uhlíkovou, musí být podíl tohoto prvku ve složení minimálně 0,02 % a naopak nesmí překročit hranici 2 %.
- Pokud je uhlíku ve slitině méně, než je udávaná spodní hranice, materiál se označuje jako kujné železo – měkký a dobře tvárný kov.
- Je-li obsah naopak vyšší než horní mez pro uhlíkovou ocel, pak jde o litinu. Ta je využívána zejména pro její nižší teplotu tavení a dobrou zabíhavost – schopnost zatéct ve formě i do tenkých částí – jako materiál vhodný k výrobě tvarově složitých, často i dekorativních prvků.
Rozdělení a značení uhlíkové oceli
Základní kategorie uhlíkové oceli jsou celkem tři. Každá jednotlivě určuje právě obsah uhlíku, který jí dodává konkrétní vlastnosti:
-
Nízkouhlíková ocel – obsah C v rozmezí 0,02-0,25 %
Nazývá se také někdy „měkkou“, což nejlépe vyjadřuje právě její základní charakteristiku. Hodí se pro širokou škálu aplikací, její výhodou je tvárnost. Výrobky z nízkouhlíkové oceli je možné zpracovat kováním, řezáním, je i dobře svařitelná. Lze ji ohýbat za studena nebo tepelně upravit pro zvýšení odolnosti proti mechanickému opotřebení.
Typickými výrobky z nízkouhlíkové oceli jsou řetězy, dráty, tyče, nýty, šrouby a ocelové plechy.
-
Středněuhlíková ocel – obsah C v rozmezí 0,25-0,6 %
Tam, kde je stále třeba zachovat alespoň částečnou plasticitu a houževnatost, ale zároveň se vyžaduje i vyšší pevnost než u nízkouhlíkové oceli, najde uplatnění ocel středněuhlíková. Upravuje se především kalením a temperováním tak, aby byla následně dobře využitelná ve stavebnictví nebo pro konstrukce mechanicky namáhaných dílů strojů a zařízení. K tomu ji předurčuje dobrá obrobitelnost, zároveň je ale obtížněji svařitelná.
Využívá se také jako výchozí surovina pro výrobu nerezové oceli.
-
Vysokouhlíková ocel – obsah C v rozmezí 0,6 -1,7 %
Extrémní hodnoty pevnosti, odolnosti povrchu a tvrdosti lze dosáhnout navýšením podílu uhlíku nad hranici 0,6 %. Pro finální použití je vysoceuhlíková ocel zušlechtěna popouštěním po dlouhou dobu.
Namáhání ložisek, ocelových rámů neb třeba řezných nástrojů – přesně to je svět oceli s vysokým obsahem uhlíku.
Poznámka: Samostatně se v některých zdrojích uvádí i 4. kategorie tzv. Ultra Carbon Steel, tedy ocel s velmi vysokým obsahem uhlíku až 2 % a využitím pro neprůmyslové, zejména výzkumné a vědecké účely.
Uhlíková ocel nachází stále nové využití
Jak bylo uvedeno, uhlíková ocel nabízí mnoho variabilních možností využití v praxi. Tou aktuální je použití pro konstrukce potrubí rozvodů vytápění a chlazení, pro které byla původně nejčastěji uvažována měď.
Výhoda je nejen na straně kratšího času nutného pro instalaci trubek z uhlíkové oceli, ale pro někoho možná překvapivě i v nižší ceně. Ta se výrazně projeví s rostoucím průměrem potrubí, kde se oproti mědi pohybuje dokonce až ve stovkách procent!
Z uhlíkové oceli jsou v takovém případě realizovány i odpovídající fitinky a celá soustava je pak z jednoho materiálu. Díky vysoké pevnosti materiálu je možné zároveň volit menší tloušťky bez vlivu na životnost či výslednou konstrukční odolnost. Spojeným bonusem je pak nižší hmotnost celé instalace a tedy i snížené nároky na manipulaci.