Čelik je svuda. Pogledajte neke predmete u prostoriji u kojoj trenutno sjedite, a čelik je zajamčeno prisutan u nekoliko objekata oko vas. Teško je zamisliti svijet bez čelika.
Smatrali smo da je vrijedno pomoći ljudima da nauče nešto više o čeliku: odakle dolazi, kako se pravi, različite vrste čelika i naravno sve različite namjene čelika. Bilo da se radi o čeličnoj cijevi, čeličnoj šipki ili čeličnoj ploči, vjerujemo da će nam proizvođači pružiti gotovo nemoguće jak proizvod.
Šta je čelik?
Gvožđe je najrasprostranjeniji mineral u Zemljinoj jezgri i plaštu, iako je izuzetno mekan u svom čistom obliku i treba ga oksidirati u željezni oksid. Slaba čvrstoća i izdržljivost ovog oblika čine upotrebu željeza izuzetno teškom. Da bi se poboljšala ova svojstva, čistom željezu se dodaje do 2 posto ugljika, stvarajući vrlo izdržljivu i tvrdu supstancu zvanu čelik.
Zbog svoje visoke vlačne čvrstoće i čvrstoće, čelik se koristi za izradu svega, od igala za šivanje do tankera za naftu, kao i alata potrebnih za njihovu proizvodnju. Međutim, druge vrste metala se često dodaju čeliku kako bi se inkorporirali različiti kvaliteti ovisno o namjeni.
Ovi metalni dodaci su do sada proizveli 3.500 različitih varijacija čelika, od kojih svaka ima različite strukturne, hemijske i fizičke karakteristike i svojstva. Još više iznenađuje činjenica da je više od 75 posto ovih varijacija uvedeno u posljednje dvije decenije kako bi se zadovoljila industrijska potražnja koja se brzo mijenja.
različite vrste čelika
Hajde da istražimo najčešće korišćene vrste čelika, njihova karakteristična svojstva i njihovu upotrebu. Postoji 14 glavnih vrsta čelika, sa različitim podkategorijama unutar kategorija.
1. Ugljični čelik
Većina čelika u svijetu je oblik ugljičnog čelika. Sastoji se od željeza, ugljika i određenih količina drugih legirajućih elemenata. Kao glavni legirajući element ugljičnih čelika, ugljik čini oko 90 posto ukupne proizvodnje čelika.
Pomaže u stvaranju jačeg i mnogo čvršćeg metala. To je zato što atomi prisutni u ugljiku omogućavaju mu da prođe kroz kristalnu rešetku željeza, blago izobličujući rešetku i popunjavajući praznine između atoma metala.
S obzirom na ovu karakteristiku, rezultirajući proizvodi od ugljičnog čelika su izuzetno tvrdi. Ono što određuje ovu otpornost je količina prisutnog ugljika, što ga dalje klasifikuje u tri kategorije:
A) Čelik sa visokim ugljikom
Čelik sa visokim udjelom ugljika obično sadrži između 0,61 posto i 1,5 posto ugljika, što rezultira jakim, krhkim i tvrdim čelikom. Da bi se poboljšala njegova otpornost na habanje, podvrgava se odgovarajućoj toplinskoj obradi. Osim što se koristi za žice i opruge visoke čvrstoće, koristan je materijal za proizvodnju mašina za amortizaciju.
B) Čelik srednje veličine
Ova varijanta uključuje sadržaj ugljika od {{0}},31 posto do 0,6 posto, što rezultira blago duktilnim čelikom veće vlačne čvrstoće od čelika s niskim udjelom ugljika. Da bi se stvrdnuo, obično se tretira kaljenjem, što je oblik termičke obrade.
Kako je vrlo savitljiv i može se oblikovati u široku paletu oblika i veličina, ovaj tip je najčešće korišten od tri. Od nebodera preko bilborda do mostova do kuća, vidjet ćete da se koristi posvuda.
C) Niskougljični čelik
Niskougljični čelik (ili blagi čelik) sadrži do 0,3 posto ugljika. Iako nudi veliku savitljivost i duktilnost, niskougljični čelik karakterizira niska vlačna čvrstoća, koja se može poboljšati postupkom hladnog valjanja.
Ovo se sastoji od valjanja čelika između dva polirana valjka pod visokim pritiskom. Među njegovim najčešćim upotrebama je proizvodnja ploča, kutija, cijevi, lanaca, žica, kutija, zakovica, okvira za vozila itd.
2. Legirani čelik
Legirani čelik se pored željeza sastoji od različitih količina različitih metala. Ovi dodaci pomažu u manipuliranju svojstvima čelika kako bi služili specifičnim aplikacijama. Metali kao što su aluminijum, nikl, silicijum, hrom, mangan, titanijum i bakar se koriste u određenoj meri.
Upotreba ovih metala dovodi do karakteristika koje se ne nalaze u ugljičnom čeliku. Željene promjene se javljaju u čvrstoći čelika, formabilnosti, otpornosti na koroziju, duktilnosti i kaljivosti. Legirani čelik se često koristi za izradu cijevi, auto dijelova, generatora, transformatora i elektromotora.
Legirani čelik općenito bolje reagira na različite vrste tretmana i koristi se u specijaliziranijim industrijama kao što su kućanski aparati, brodogradnja i automobilska industrija. Može doći u jačim ili taktilnijim oblicima, onima koji imaju visoku otpornost na oksidaciju ili onima koji su pogodniji za zavarivanje.
A) Niskolegirani čelik
Niskolegirani čelik je grupa crnih metala koji su ugrađeni radi poboljšanja ukupnih mehaničkih svojstava materijala, često mnogo jači od običnog ugljičnog čelika.
Elementi kao što su molibden, nikl i hrom se dodaju kako bi se poboljšala duktilnost i tvrdoća materijala, koji bi inače bio mnogo slabiji i mekši. Niskolegirani čelik se često koristi za izradu limova, autodijelova i konstrukcijskih oblika.
B) Visoko legirani čelik
Visokolegirani čelik se sastoji od različitih crnih metala koji se kombinuju sa legiranim elementima kako bi se stvorile određene faze i stabilizirale. Legure nerđajućeg čelika su visokolegirani čelici.
Zahvaljujući elementima poput nikla i molibdena, visokolegirani čelik ima sposobnost da bude besprijekorno jak i visoko otporan na koroziju.
Ovisno o kombinaciji legirajućih elemenata, legirani čelici imaju mnogo različitih varijacija. Sakupili smo najčešće korištene vrste:
3. Volfram čelik
Volfram, poznat i kao volfram, je u osnovi mat srebrni metal koji se može pohvaliti najvišom tačkom topljenja od svih metala u svom najčistijem obliku. Ono po čemu se izdvaja od ostalih vrsta metala je njegova čvrstoća i sposobnost da izdrži visoke temperature. Zbog ovih karakteristika, različite legure čelika koriste ovaj metal za poboljšanje otpornosti na koroziju i habanje.
Također, mlaznice raketnih motora koriste volfram čelik za visoku otpornost na toplinu. U kombinaciji s kobaltom, niklom i željezom, volfram čelik se može koristiti za izradu lopatica turbina za mnoge tipove aviona. Također, mnoge druge mašine i alati zahtijevaju visoku otpornost na toplinu, tako da koriste volfram čelik.
4. Nikl čelik
Čelik od legure nikla jedna je od najčešće korištenih čeličnih legura u svijetu. Pored visokog sadržaja nikla, oko 3,5 posto, sadrži približno 0.35 posto ugljika. Njegova specijalnost je da dodatak nikla jača konstrukcijski čelik bez proporcionalnog smanjenja duktilnosti. Ova povećana žilavost pomaže u otpornosti na lomove koji mogu biti uzrokovani udarom, udarom i velikim opterećenjem.
Također, u vrijeme hlađenja, nikl smanjuje vrijednost izobličenja čelika. Nikl čelik nudi nevjerovatnu osjetljivost na toplinsku obradu jer dodatak nikla snižava temperaturu čelika, što ga čini idealnim za toplinsku obradu.
5. Manganski čelik
Manganski čelik je radni čelik koji ima sadržaj mangana od 11 do 14 posto. Zbog svoje izvrsne karakteristike otpornosti na rad i otpornosti na habanje, manganski čelik se koristi u proizvodnji složenih željezničkih kolosijeka. Ostale trenutne primjene su kašike s lopatama, ormari za miniranje, strugači, sigurnosne ploče protiv bušenja itd.
6. Vanadijum čelik
Vanadijum čelik je poznat po svojstvima otpornim na koroziju, kao i po sposobnosti da apsorbuje udarce. Osim što se koristi za cijevi i cijevi koje nose kemikalije, vanadij čelik se koristi u obliku tankog filma za vezivanje titana sa čelikom u primjenama u svemiru.
Samo 1 posto vanadijuma i hroma dovoljno je za postizanje otpornosti na udarce i vibracije, što ga čini idealnim za primjenu u automobilima.
7. Hromirani čelik
Dodatak hroma smanjuje kritičnu brzinu hlađenja i povećava otpornost čelika na ljuštenje, otpornost na habanje i visoke temperature. Uglavnom se koristi za povećanje otpornosti na koroziju. Kromirani čelik, sa svojom visokom elastičnošću i vlačnom čvrstoćom, često se koristi za izradu dijelova strojeva i automobila, drobilica kamenja i sefova.
8. Krom-vanadijum čelik
Krom-vanadijum čelik koristi i hrom i vanadijum, kombinujući karakteristike svakog od njih. Uz izuzetno visoku vlačnu čvrstoću, čelik se može lako rezati, ali nije lomljiv. Njegova najčešća upotreba su zupčanici, osovine, klipnjače, okviri vozila itd.
9. Silicijum čelik
Kada je u pitanju magnetna sila, silicijum čelik je najvažniji materijal koji se danas koristi. Dok se male količine silikonskog čelika koriste u impulsnim transformatorima i malim relejima, aplikacije poput velikih motora i generatora koriste tone silikonskog čelika.
Među njegovim svojstvima, redukcija zasićenja, otpornost, magnetostrikcija i magnetokristalna anizotropija su visoko cijenjeni. Uz dodatak silicija od samo 1 do 2 posto, ovaj čelik se najviše koristi za proizvodnju trajnih magneta.
10. Molibdenski čelik
Kao dragocjeno sredstvo za legiranje čelika, molibden pomaže u poboljšanju žilavosti, zavarljivosti i otpornosti na koroziju čelika. To ga čini idealnim za upotrebu u konstrukcijskim čelicima i stoga se široko koristi u primjenama u morskom okruženju. Naftovodi i plinovodi i kuglični ležajevi također koriste molibdenski čelik.
11. Kobaltni čelik
Legure kobalta nude ogromnu otpornost na koroziju, habanje, visoke temperature i magnetna svojstva. Neke od najtežih primjena kobalta su lopatice i lopatice plinskih turbina. Međutim, ova vrsta čelika se češće koristi za izradu alata za rezanje.
12. Aluminijski čelik
Dodatak aluminijuma pomaže da se inkorporira sposobnost reflektovanja toplote. Sa gustinom oko jedne trećine od aluminijskog čelika, koristi se u aplikacijama gdje su mala težina i visoka čvrstoća bitni.
Stoga se aluminijski čelici naširoko koriste za proizvodnju izduvnih sistema motocikala i automobila. Osim u automobilskoj industriji, aluminijski čelik se različito koristi u proizvodnji električne energije, arhitekturi, pripremi hrane, pakiranju, primjeni prijenosa energije itd.
13. Čelik za alat
Alatni čelici su tip čelika koji se koristi za proizvodnju različitih vrsta alata koji se koriste za širok raspon namjena, uključujući udarne alate, alate za rezanje kao što su alati za izradu noževa i drugi. Sastoje se od legura metala kao što su volfram, kobalt, molibden i vanadij u različitim količinama. Oni nisu samo čvrsti i izdržljivi, već su i vrlo otporni na toplinu.
Ovisno o vrsti alata koji se proizvodi, kvaliteta alatnog čelika se razlikuje, što rezultira brojnim varijantama unutar kategorije alatnih čelika:
A) Alatni čelik otporan na udarce
Kao što ime govori, ova varijanta alatnog čelika je dizajnirana da ponudi visoku otpornost na udarce na različitim nivoima temperature. Sa niskim sadržajem ugljika, silicija i molibdena, abrazivan je i umjereno otporan. Ovaj čelik se uglavnom koristi za izradu alata kao što su odvijači, bušilice, dlijeta i alati koji se koriste za zakivanje.
B) Čelik za posebne namjene
Ovaj alatni čelik je posebno dizajniran za postizanje umjerene tvrdoće i savitljivosti, korištenjem čelika niske legure. Često se koriste za izradu ključeva, vijaka i slavina.
C) Vrući alatni čelik
Čelik za vrući radni alat koristi se za proizvodnju alata koji zahtijevaju visoku otpornost na toplinu tokom dugog vremenskog perioda, kao što su oni koji se koriste u vrućem kovanju, ekstruziji, probijanju, livenju i reznim oštricama.
D) Alatni čelik za otvrdnjavanje vodom
Kao najjeftiniji tip, alatni čelik koji se stvrdnjava u vodi najčešće se koristi u proizvodnji alata. Da bi se predmetima ili alatima dodala tvrdoća, ovaj čelik se gali vodom. Visoko otporan na površinsko habanje, ovaj čelik se često koristi za izradu turpija, rezača, čekića, oštrica i sličnih predmeta.
E) Brzorezni alatni čelik
Brzorezni alatni čelik se sastoji od legura volframa, molibdena i vanadij čelika. Ove komponente su tvrde i zadržavaju svoju tvrdoću kada su izložene visokim temperaturama, pomažući u proizvodnji savršenog čelika za strojeve velike brzine kao što su bušilice, razvrtači, pile, bušilice, slavine itd.
F) Hladni alatni čelik
Ova varijanta alatnog čelika sadrži visok sadržaj hroma za nisko svojstvo izobličenja tokom kaljenja, što se može postići vazduhom ili uljem. Ova karakteristika čini da proizvedeni alat nije lako razbiti. Budući da je vrlo jak čelik, hladni alatni čelik je idealan za izradu oštrica noževa, kalupa za štancanje, alata za kovanje, itd.
G) Čelik za kalupe
Čelik za kalupe koristi ugljične čelike za izradu kalupa za ubrizgavanje i kompresiju za plastiku. Također, druga uobičajena primjena je livenje cinka pod pritiskom.
14. Nerđajući čelik
Iako se nehrđajući čelik sastoji od različitih metalnih legura, hrom je glavni element i čini između 10 i 20 posto ukupnog sastava čelika. Ranije poznat kao "nerđajući" čelik, nerđajući čelik je popularan zbog svog izgleda i visoke otpornosti na rđu. Preciznije, on je otprilike 200 puta otporniji na oksidaciju od ostalih vrsta čelika, posebno kada je količina hroma veća od 11 posto.
Zbog svoje visoke otpornosti na koroziju, nehrđajući čelik je najskuplja vrsta čelika. Budući da je vrlo izdržljiv tip, nehrđajući čelici mogu izdržati habanje koje se javlja svakodnevnom upotrebom. Da bi se dodatno poboljšala otpornost na ogrebotine i koroziju, nevidljivi sloj hroma služi za sprečavanje rđe. Ostale metalne komponente nerđajućeg čelika su molibden i nikal.
Ovisno o primjeni, veličine i klase nehrđajućeg čelika mogu biti različite, a mogu biti u obliku limova, šipki, cijevi, ploča i žica. Ovisno o kristalnoj strukturi i mehaničkim svojstvima nehrđajućeg čelika, može se podijeliti u nekoliko tipova:
A) Feritni nerđajući čelik
Feritni čelik sadrži oko {{0}} posto hroma, do 0,1 posto ugljika, tragove nikla i drugih legirajućih metala u malim količinama kao što su aluminijum, molibden i titanijum. Feritni čelici su čvrsti, jaki i magnetni i mogu se dodatno ojačati hladnom obradom. Međutim, ne reagiraju na toplinsku obradu, što znači da se ovom tehnikom ne mogu očvrsnuti.
B) Austenitni nerđajući čelik
Austenitni čelici imaju mnogo veći sadržaj hroma od svojih nerđajućih kolega. Sadržaj hroma u ovoj vrsti čelika može dostići 18 posto, dok su ostali elementi nikl, koji čini 8 posto, i ugljik, sa 0,8 posto. Iako austenitni čelik ne reagira na toplinsku obradu, popularan je zbog svojih nemagnetnih svojstava, što ga čini jednim od najčešće korištenih čelika na svijetu. Neke uobičajene upotrebe su proizvodnja cijevi, opreme za preradu hrane i kuhinjskog pribora.
C) Martenzitni nerđajući čelik
Sastavljen od između 11 i 17 posto hroma, martenzitni čelik sadrži približno 1,2 posto ugljika i manje od 0.4 posto nikla. Martenzitni čelici ne samo da reaguju na termičku obradu, već imaju i magnetna svojstva. Stomatološki i hirurški instrumenti, noževi, sečiva i drugi alati za rezanje koriste martenzitni nerđajući čelik.
D) Dupleks nerđajući čelik
Dupleks čelik je jednostavno kombinacija feritnog i austenitnog čelika, što rezultira mnogo jačim čelikom nego bilo koji sam po sebi. Ne samo da je zavarljiv, već je i otporan na koroziju. Međutim, nije magnetski jak.
E) Nehrđajući čelik koji se stvrdnjava precipitacijom
Ovaj čelik se sastoji od 17 posto kroma i 4 posto nikla, što rezultira raznim kaljenim čelikom. Pored toga, dodaju se i drugi metali u različitim količinama, kao što su aluminijum, bakar i niobijum. Ovaj tip se može oblikovati u različite oblike, što ga čini idealnim za upotrebu u komponentama motora i kontejnerima za nuklearni otpad. Također nudi umjerenu otpornost na koroziju.
