Ocel je slitina železa a uhlíku a dalších legujících prvků. Je základním materiálem ve většině druhů odvětví. Patří mezi neprodávanější a nejběžnější materiál. Používá se pro výrobu běžného hutního materiálu. Ocel rozdělujeme podle stupně legování, tzn. dle množství uhlíku a dalších zušlechťujících prvků, dále ji dělíme do tříd.

Přehled jednotlivých jakostí

• Legované oceli
• Nelegované oceli
• Rozdělení oceli do tříd
• Nejpoužívanější jakosti oceli podle ČSN

Legované oceli

Legování oceli je proces, při kterém se do oceli přidávají jiné prvky či kovy, díky nimž dojde ke změně vlastností a kvality materiálu. Obsah legujících prvků je v tomto případě nižší než 5%. Tyto oceli mají podobné vlastnosti jako oceli nelegované. Jsou vhodné pro tepelné zpracování, které ovlivňuje mechanické schopnosti. Se stoupajícím obsahem uhlíku stoupá i tvrdost po kalení – a to až do obsahu 0,85 hm. % C. S vyšším obsahem uhlíku se tvrdost již nezvyšuje. Obsah uhlíku má ovšem vliv na pevnost oceli. Čím vyšší obsah, tím je ocel pevnější.

Hlavní charakteristiky legovaných ocelí:

1. Složení:

Legované oceli obsahují různé legující prvky, které ovlivňují jejich mechanické a chemické vlastnosti. Mezi nejběžnější legující prvky patří:

• Chrom (Cr): Zvyšuje odolnost proti korozi, zpevňuje ocel a zlepšuje její odolnost proti vysokým teplotám.
• Nikl (Ni): Zlepšuje houževnatost, odolnost proti korozi a tepelnou stabilitu.
• Molybden (Mo): Zvyšuje pevnost a odolnost proti korozi, zejména v kyselém prostředí.
• Vanad (V): Zlepšuje pevnost při vysokých teplotách a stabilitu oceli.
• Mangan (Mn): Zvyšuje pevnost a tvrdost, zlepšuje zpracovatelnost a odolnost proti únavě.
• Křemík (Si): Používá se k zlepšení pevnosti a tvrdosti, zvyšuje odolnost proti korozi.

2. Vlastnosti legovaných ocelí:

• Pevnost: Legované oceli mají obvykle vyšší pevnost než nelegované oceli. Díky legujícím prvkům mohou dosahovat vyšší hodnoty mezní pevnosti a pevnosti v tahu.
• Tvárnost: Některé legované oceli mohou mít nižší tvárnost než nelegované oceli, což je způsobeno přítomností legujících prvků, které zpevňují materiál, ale mohou omezit jeho schopnost deformace.
• Odolnost proti korozi: Legované oceli, zejména ty obsahující vysoké procento chromu (např. nerezová ocel), mají vynikající odolnost proti korozi. To je důvod, proč jsou ideální pro použití v agresivních prostředích.
• Odolnost proti opotřebení: Některé legované oceli jsou vysoce odolné proti opotřebení, což je činí vhodnými pro nástroje, ložiska a jiné aplikace, kde je potřeba dlouhá životnost materiálu.
• Tepelná odolnost: Legující prvky jako molybden a vanad mohou zvýšit tepelnou odolnost ocelí, což je činí vhodnými pro aplikace ve vysokoteplotních prostředích.

3. Druhy legovaných ocelí: Legované oceli se obvykle dělí podle množství a typu legujících prvků na několik kategorií:

• Nízkolegované oceli: Tyto oceli obsahují malé množství legujících prvků, obvykle méně než 5 %. Používají se pro aplikace, kde není vyžadována extrémní odolnost, ale lepší vlastnosti než u nelegovaných ocelí.
  • Příklady: Oceli s přídavkem manganu (Mn), křemíku (Si), niklu (Ni), molybdenu (Mo).
• Vysokolegované oceli: Tyto oceli obsahují vyšší množství legujících prvků, které výrazně mění jejich vlastnosti. Používají se pro náročné aplikace, jako jsou konstrukce vystavené vysokým teplotám nebo chemicky agresivním podmínkám.
  • Příklady: Nerezové oceli (s obsahem chromu a niklu), nástrojové oceli (s přídavkem volframu, vanadu a dalších).

4. Použití legovaných ocelí:

• Stavebnictví: Legované oceli se často používají v náročnějších konstrukčních aplikacích, kde jsou vyžadovány vyšší pevnostní vlastnosti, odolnost proti korozi a dlouhá životnost. Například pro mosty, vysoké budovy nebo infrastrukturu.
• Nástrojové oceli: Oceli pro výrobu nástrojů, jako jsou řezné nástroje, raznice, matrice nebo klíče, se vyrábějí přidáním legujících prvků, které zvyšují tvrdost a odolnost proti opotřebení.
• Automobilový a letecký průmysl: V těchto odvětvích jsou používány oceli s vyšší pevností a odolností, například pro výrobu dílů motorů, šasi nebo strukturálních prvků.
• Chemický a potravinářský průmysl: Nerezová ocel, která obsahuje alespoň 10,5 % chromu, je odolná proti korozi a používá se v náročných prostředích, jako jsou chemické reaktory, potrubí nebo potravinářské zařízení.
• Energetika: Oceli legované molybdenem, vanadem a dalšími prvky se používají v tepelných elektrárnách, jaderných reaktorech nebo při výrobě turbín, kde jsou vyžadovány vysoké teplotní a mechanické vlastnosti.

Nelegované oceli

Obsah legujících prvků u nelegovaných ocelí je nižší než – obvykle je maximální hmotnostní podíl kolem 2%. S tímto obsahem prvků (%): 0,9 Mn, 0,5 Si, 0,3 Cr, 0,5 Ni, 0,3 Cu, 0,2 W, 0,2 Co, ostatní, tj. Mo, V, Ti, Al, Nb, Zr a Pb, jednotlivě 0,1.

Hlavní charakteristiky nelegovaných ocelí:

1. Uhlíkový obsah:

• Nelegované oceli mají různý obsah uhlíku, což přímo ovlivňuje jejich vlastnosti. Například:
  • Nízkouhlíkové oceli (C ≤ 0,25%): Mají dobré vlastnosti pro tváření a svařování, jsou měkčí a mohou být snadno zpracovány.
  • Středně uhlíkové oceli (C = 0,25–0,60%): Nabízejí vyvážený poměr mezi pevností a tvářitelností, jsou vhodné pro konstrukce a součásti, které vyžadují vyšší pevnost.
  • Vysokouhlíkové oceli (C > 0,60%): Mají vysokou pevnost, tvrdost a odolnost proti opotřebení, ale jsou méně tvářitelné a svařitelné.

2. Mechanické vlastnosti:

• Pevnost: Nelegované oceli mohou mít velmi široký rozsah pevnosti v závislosti na obsahu uhlíku. S rostoucím obsahem uhlíku se zvyšuje pevnost a tvrdost materiálu, ale zároveň klesá tvářitelnost a svařitelnost.
• Tvárnost: S nízkým obsahem uhlíku jsou oceli velmi tvárné a snadno se zpracovávají, což je výhodné pro formování do různých tvarů.
• Svařitelnost: Oceli s nižším obsahem uhlíku mají lepší svařitelnost než oceli s vyšším obsahem uhlíku, protože vyšší uhlíkový obsah může vést k vzniku trhlin v místě svařování.

3. Typy nelegovaných ocelí:

• S235 (např. ČSN 41 1210): Oceli s mezí kluzu 235 MPa, které jsou běžně používané pro konstrukce a stavební prvky. Tyto oceli jsou obecně považovány za vysoce svařitelné a vhodné pro standardní konstrukční aplikace.
• S355 (např. ČSN 41 1225): Oceli s vyšší pevností (min. 355 MPa) než S235, často používané pro náročnější konstrukce, jako jsou mosty nebo vysoké budovy.
• Černé oceli: Nelegované oceli, které se používají pro výrobu standardních konstrukčních prvků, jako jsou trubky, plechy, profily a další.

4. Výhody nelegovaných ocelí:

• Cena: Nelegované oceli jsou levnější než legované oceli, protože neobsahují drahé legující prvky.
• Snadná dostupnost: Tyto oceli jsou běžně dostupné a snadno se vyrábějí ve velkých množstvích.
• Vhodnost pro širokou škálu aplikací: Díky své flexibilitě a různým formám (plechy, trubky, profily) jsou nelegované oceli ideální pro různé aplikace, od konstrukcí až po výrobky pro strojírenství.

5. Použití nelegovaných ocelí:

• Stavebnictví: Například pro výrobu nosných konstrukcí, sloupů, trámů, mostů a dalších stavebních prvků.
• Strojírenství: Využívají se k výrobě strojních součástí, jako jsou hřídele, ozubená kola, pružiny nebo další díly.
• Automobilový průmysl: Používají se pro výrobu rámů vozidel, karosérií a dalších komponent.

Mechanické vlastnosti těchto ocelí lze upravovat tepelným (žíhání, kalení, popouštění), tepelně-mechanickým a tepelně chemickým (cementace, nitridace) zpracováním.

Rozdělení ocelí do tříd

Oceli ke tváření se označují číselně a toto označení se skládá ze základní číselné značky a doplňkového čísla odděleného tečkou.

 Základní číselná značka je pětimístné číslo, označující základní materiál.

První číslice v základní značce je 1 a označuje tvářenou ocel.
Druhá číslice ve spojení s první označuje třídu oceli.
Třetí a čtvrtá číslice mají různý význam podle třídy oceli.
Doplňkové číslo má jednu nebo dvě doplňkové číslice.

Třídy

Třída 10

Oceli s nezaručenými vlastnostmi, proto se ve strojírenství běžně nepoužívají

Třída 11

Konstrukční oceli uhlíkové, používají se nejčastěji ze všech ocelí.

11110, 11140 – takzvané automatové oceli. Jsou snadno obrobitelné, proto se z nich vyrábí šrouby, matice, kolíky a jiné drobné součásti v hromadné výrobě
11343, 11373 – z těchto ocelí se obvykle vyrábějí válcované profily (U, I, L)
11500 – nejběžnější ocel pro soustružení méně namáhaných součástí z kulatiny (hřídele, čepy), je v podstatě nesvařitelná
11600, 11700 – ocel pro více zatížené strojní součásti, dá se kalit a zušlechťovat, je nesvařitelná
11523 – nejběžnější ocel pro svařované konstrukce, (plechy, kulatiny) zaručená svařitelnost

Třída 12

Konstrukční ocel uhlíková ušlechtilá

12020 – ocel s malým obsahem uhlíku vhodná k cementování, zaručená svařitelnost
12050, 12060 – oceli s velkým obsahem uhlíku k zušlechťování, obtížná svařitelnost

Třída 13

Konstrukční oceli nízkolegované (Mn), používají se už málo (13220, 13240)

Třída 14

Konstrukční oceli nízkolegované (Cr)

14220 typická ocel pro výroby ozubených kol, má nízký obsah uhlíku, vhodná k cementovaní

Třída 15

Konstrukční oceli nízkolegované (Cr, Mo), jsou to obvykle oceli k zušlechťování s vysokou pevností nebo oceli žáropevné

15230 – ocel k zušlechťování pro velmi namáhané součásti

Třída 16

Konstrukční oceli středné legované (Ni, Cr). Jsou to nejkvalitnější a nejpevnější oceli K zušlechťování (16240) s vyšší cenou.

Třída 17

Konstrukční oceli vysoce legované (Cr a další). Patří sem korozivzdorné oceli (nerezy) a žáruvzdorné a žáropevné oceli. Jsou velmi drahé. Některé jsou nemagnetické (austenitické oceli)

Třída 18

Práškové kovy a svařovací elektrody

Třída 19

Nástrojové oceli

Nejpoužívanější jakosti oceli podle ČSN

Jakost ČSN 11373 (Ocel S235 JRG 1, Fe360B, ozn. W nr. 1.0036)
Neušlechtilá konstrukční ocel obvyklé jakosti vhodná ke svařování. Součásti konstrukcí a strojů menších tlouštěk, i tavně svařované, namáhané staticky i mírně dynamicky. Vhodná ke svařování.

Jakost ČSN 11523 (Ocel S355J2G3, St 52-3 U, Fe 510, ozn. W nr. 1.0547, 1.0553, 1.0554, 1.0570)
Nejběžněji používané konstrukční oceli s minimální mezí kluzu 355 MPa a zaručenou svařitelností, s použitím pro nenáročné ocelové konstrukce mostů, hal, části kolejových a motorových vozidel atd. Nelegovaná konstrukční jemnozrnná jakostní ocel vhodná ke svařování.

Jakost ČSN 10142 (Ocel DX51D, ozn. W nr. 1.0226) - je hlubokotažná ocel vhodná k pozinkování. Používá se pro výrobu pozinkovaných produktů a plechů.

Jakost ČSN 11321 (Ocel DC01, Cr 01, ozn. W nr 1.00330)
Ocel nelegovaná, jakostní, vhodná k tváření (válcování) za studena, k středně hlubokému tažení, lakování, pokovování v tavenině, potisku a smaltování – jen u neuklidněné oceli. Využívá se pro výrobu plechů válcovaných za studena. Svařitelnost zaručená v závislosti na rozměrech polotovaru.

Jakost ČSN 10216-1 (Ocel  P235TR2) - specifický druh oceli, která se používá pro výrobu bezešvých trubek pro tlakové účely. Běžně se nevyužívá ve strojírenství.

Jakost ČSN 10255 (Ocel S195, W nr. 1.0026) - nelegovaná ocel využívající se pro výrobu kruhových bezešvých trubek nebo podélných svařovaných.

Jakost ČSN 20139 (Ocel B500A) - žebírková jakostní ocel, která se používá pro výztuž do betonu, především pro výrobu kari sítí.

Jakost ČSN 20139 (Ocel B500B) - žebírková jakostní ocel, která se používá pro výztuž do betonu, především pro výrobu tyčí (roxorů) a kari sítí.

Jakost DIN 17775 (Ocel ST45.8, W nr. 1.0405) - žáropevná ocel, která se používá pro výrobu bezešvých trubek pro tlakové nádoby a zařízení odolné vyšším teplotám.

Další jakosti oceli podle ČSN

Jakost ČSN 11109 (Ocel 11SMn30, ozn. W nr. 1.0715)
Ocel automatová. Ocel je velmi dobře obrobitelná a drsnost ploch po obrobení je dobrá. Výrobky válcované za tepla se používají pouze k tažení za studena nebo ve šroubárnách k výrobě spojovacích součástí.

Jakost ČSN 11343 (Ocel S235 JRG 1, ozn. W nr 1.0028, 1.0036)
Neušlechtilá běžná konstrukční ocel. Vhodná na součásti konstrukcí a strojů menších tlouštěk, tavně svařované namáhané staticky, popř. i mírně dynamicky.

Jakost ČSN 11353 (ozn. W nr. 1.0254)
Ocel jednoúčelová k výrobě bezešvých trubek, vhodná na trubkové konstrukce staticky namáhaných součástí (i svařované), potrubí pro vedení oleje, nafty, vody, páry, vzduchu, plynu, na spojovací součásti potrubí apod. Svařitelnost zaručená v závislosti na tloušťce polotovaru.

Jakost ČSN 11375 (Ocel S235 JR, S235 JRG 2, Rst 37-2, Fe360B, ozn. W nr. 1.0039)
Neušlechtilá konstrukční ocel obvyklé jakosti vhodná ke svařování. Součásti konstrukcí a strojů středních tlouštěk tavně svařované, namáhané staticky i dynamicky. Součásti vyráběné z plechů, podélně svařovaných dutých profilů a součásti kované pro tepelná energetická zařízení a tlakové nádoby pracující s omezeným přetlakem a teplotou do 300 °C.

Jakost ČSN 11378  (Ocel S235 J2G3, St 37-3 U, Fe360C, ozn. W nr. 1.0114)
Nejběžněji používané konstrukční oceli s minimální mezí kluzu 235 MPa a zaručenou svařitelností, s použitím pro nenáročné ocelové konstrukce mostů, hal, části kolejových a motorových vozidel atd. Ocel nelegovaná, jakostní, jemnozrnná, konstrukční.

Jakost ČSN 11416 (Ocel P265GH, F 5-8, ozn. W nr. 1.0425)
Neušlechtilá, nízkouhlíková, nelegovaná ocel, pro vyšší teploty a žáropevná. Na součásti kotlů a tlakových nádob. Svařitelnost zaručená.

Jakost ČSN 11443 (Ocel S275JR, St 44-2, Fe 430B, ozn. W nr. 1.0044, 1.0128, 1.0149)

Jakost ČSN 11500 (Ocel E295, St 50-2, Fe 490, ozn. W nr. 1.0050)
Neušlechtilá konstrukční ocel, obvyklé jakosti s vyšším obsahem uhlíku. Částečně lisovatelná ocel vhodná na strojní součásti namáhané staticky i dynamicky, u nichž se nevyžaduje svařitelnost. Svařitelnost obtížná.

Jakost ČSN 11503 (Ocel P355NL1, Fe 510D, ozn. W nr. 1.0566, 1.0570, 1.0576, 1.0577 )
Nelegovaná konstrukční jemnozrnná jakostní ocel pro snížené atmosférické teploty pod -20 °C vhodná ke svařování. Součásti zařízení pracujících při teplotách +400 °C až -50 °C vyrobených z plechů se zaručenou hodnotou zkoušky rázem v ohybu až do -50 °C

Jakost ČSN 11600 (Ocel E335, St 60-2, Fe 590, ozn. W nr. 1.0060)
Neušlechtilá konstrukční ocel obvyklé jakosti s vyšším obsahem uhlíku. Vhodná na strojní součásti namáhané staticky i dynamicky, u nichž se nevyžaduje svařitelnost.

Jakost ČSN 11700 (Ocel E360, St 70-2, Fe 690, ozn. W nr. 1.0070)
Neušlechtilá konstrukční ocel obvyklé jakosti s vyšším obsahem uhlíku. Vhodná na strojní součásti s větší odolností proti namáhání a odolností proti opotřebení, u nichž se nevyžaduje svařitelnost.

Jakost ČSN 12050 (Ocel C45, C60E4, ozn. W nr. 1.0503) - vhodná k zušlechťování, kalitelná. Jedná se o středně uhlíkovou ocel, používanou tam, kde je požadována větší pevnost a tvrdost než ve stavu „válcovaném“. Vyznačuje se rozměrovou přesností, rovinností spojenou s minimálním opotřebením při vysokorychlostních aplikacích. Svařitelnost obtížná.

Jakost ČSN 12060 (Ocel C55, C55E4, ozn. W nr. 1.1203 ) - ocel s vyšším obsahem uhlíku (0,55%) pro vyšší pevnost nežli nízkouhlíkové oceli. Je vhodná k zušlechťování a kalení. Konstrukční ocel nelegovaná, jakostní k zušlechťování. Svařitelnost obtížná.

Jakost ČSN 12061 (Ocel C60, 60, ozn. W nr. 1.0601)
Konstrukční ocel nelegovaná, jakostní k zušlechťování. Svařitelnost obtížná.

Jakost ČSN 12081 (Ocel C75, ozn. W nr. 1.1248, 1.1249) - ocel uhlíková na pružiny. Vhodná pro pásy a pruhy válcované za studena, pro tvarové, zejména tažné pružiny a pružné elementy, pojišťovací spony a pojistné kroužky.

Jakost ČSN 14260 - ocel je vhodná k zušlechťování. Nízkolegovaná ocel obsahující křemík. S dobrou houževnatostí a pružností. Dobře tvárná za tepla, ve stavu žíhaném naměkko dobře obrobitelná. Svařitelnost obtížná.

Jakost ČSN 19421.3 (107CrV3, ozn. W nr. 1.2210)
Ocel Cr-V, nízkolegovaná, nástrojová pro práci za studena. Dobrá houževnatost, obtížnější tvárnost za tepla, dobrá obrobitelnost. Svařitelnost obtížná.