Red?a ?elik(?)* ( n?do ili ocal ) ^[1] je slitina ?eljeza s ugljikom (2,06%). Pri ve?em udjelu dodanih kemijskih elemenata za legiranje mo?e udio ugljika biti i ne?to ve?i od 2,06% ugljika. Gotovo sva koli?ina proizvedenog sirovog ?eljeza iz visoke pe?i prerađuje se u ?elik, jer su njegova mehani?ka svojstva mnogo bolja od svojstava ?eljeza . Primjena ?eljeza je prvenstveno u obliku ?elika, a manje kao sirovog ili lijevanog ?eljeza . Odlikuju se velikom ?vrsto?om , tvrdo?om , ?ilavo??u, mogu?no??u lijevanja i mehani?ke obrade, te velikom elasti?no??u. Rabi se za izradu mostova , automobila , brodova , ?eljezni?kih vozila i pruga , golemih građevina , ali i za sitnice nu?ne u svakodnevnom ?ivotu poput igle ili spajalice. ?elik proizveden recikliranjem (olupina automobila, starih ?eljezni?kih tra?nica i neupotrebljivih lokomotiva), ?elik je za sutra ? za budu?nost. U ?eli?nim spremnicima mo?e se skladi?titi koncentrirana sumporna kiselina jer pasivira ?eljezo, ?to je dokazano pokusom.

Proces prerade ?eljeza u ?elik je zavr?en kada je postignut odgovaraju?i sastav taljevine. Tim postupkom nastaju takozvani uglji?ni ?elici , neotporni na koroziju i visoke temperature. Najmoderniji na?in dobivanja ?elika je u elektrope?ima ( elektrolu?na pe? i elektroindukcijska pe? ). U njima se prerađuje i ?eli?ni otpad, kao i islu?eni (izrabljeni) proizvodi od ?elik i ?eljeza. Dok se u posljednjih 30 godina proizvodnja ?klasi?nog“ ?elika stalno smanjivala, rasla je proizvodnja elektro?elika. Stru?njaci pretpostavljaju da ?e udio elektro?elika u ukupnoj proizvodnji kroz sljede?ih 10 godina biti iznad 50%.

Za razliku od fosilnih izvora energije koji su se prije rabili i zagađivali okoli? , elektrope?i imaju ekolo?ki izvor energije ( elektri?nu struju ), a i manje su i prakti?nije od prija?njih. Ova tehnologija omogu?ena je uporabom grafitnih elektroda budu?i da grafit mo?e podnijeti ekstremno visoke temperature u pe?ima. Kroz elektrode protje?e struja jakosti 120 000 A . Pri temperaturi iznad 3 600 °C grafit sublimira, pri ?emu ne nastaje ni pepeo, ni troska. Elektroda jednostavno ispari. Vrlo male koli?ine ugljika oksidiraju se zrakom u ugljikov dioksid. Grafitne elektrode se nakon 24 sata istro?e. Za jednu tonu ?elika potrebno je 2,8 kg grafita.

Na taj se na?in dobivaju legirani ?elici u kojima je maseni udio drugih metala ve?i od 5%. Visoke temperature u elektrope?ima omogu?avaju legiranje ?elika s te?ko taljivim metalima, poput volframa (za vatrostalnost), molibdena (pove?ava tvrdo?u i otpornost na koroziju ), vanadija i kobalta .

Postoje razli?iti na?ini prerade ?eljeza u ?elik. Jedan od njih je postupak s ?istim kisikom, w(O ₂ ) = 99,99% ( LD postupak ). Kisik se upuhava kroz vodom hlađenu kopljastu cijev pod visokim tlakom , ?to dovodi do sna?nog mije?anja taljevine. U burnoj reakciji oksidiraju se primjese. Plinoviti ugljikov(IV) oksid i sumporov(IV) oksid izlaze iz taljevine, a te?ko hlapljivi fosforov(V) oksid i silicijev dioksid se dodatkom kalcijeva oksida izdvoje u obliku troske .

6 CaO + P ₄ O ₁₀ --> 2 Ca ₃ (PO ₄ ) ₂

CaO + SiO ₂ --> CaSiO ₃

Osobine [ uredi | uredi kod ]

Neverovatan raspon i fleksibilnost osobina (uz pomo? legiranja , termi?ke obrade i plasti?ne prerade ) kao i relativno niska cena proizvodnje ?ine ga i dalje najrasprostranjenije kori??enim metalnim materijalom.

?elik, na primer, mo?e biti vrlo mek i kao takav izuzetno pogodan za duboko izvla?enje (pravljenje limenki, konzervi i sl.). Nasuprot tome ?elik mo?e biti vrlo tvrd i krt , kao na primer kod martenzitnih ?elika koji se koriste za se?iva. Pred modernu proizvodnju ?elika postavljaju se vrlo visoki zahtevi, koji naj?e??e uklju?uju optimalnu kombinaciju osobina, kao ?to su zatezna ?vrsto?a sa jedne i duktilnost , odnosno deformabilitet sa druge strane. Pored toga mora se stalno voditi ra?una o isplativosti proizvodnje ?to je posledica neprestane promene cena legiraju?ih elemenata (npr. nikl ).

Najva?niji legiraju?i element u ?eliku je ugljenik . On se u ?eliku nalazi u obliku jedinjenja pod imenom cementit , Fe ₃ C. Povi?eni maseni udeo ugljenika ?ini ?elik ?vr??im, ali u isto vreme krtijim materijaliom. U zavisnosti od udela ugljenika i temperature na kojoj se uzorak ?elika nalazi, na faznom dijagramu mogu se uo?iti slede?i mikrokonstituenti : austenit , ferit , primarni cementit, sekundarni cementit, kao i mikrostrukture (me?avine faza): perlit i ledeburit . Ako se ?elik naglo ohladi tako da se difuzioni procesi (na prvom mestu difuzija ugljenika) ne odviju do kraja, onda se u strukturi ?elika pojavljuju nove mikrostrukture koje su ve?inom presi?ene ugljenikom. Ako se ubrzano hlađene odvija iz austenitne oblasti mogu se javiti finolamelirane mikrostrukture sorbit ili trosit ), kao i igli?ati/zrnasti beinit ili igli?asti martenzit .

Specifi?na te?ina ?elika je skoro ista kao specifi?na te?ina ?istog gvo?đa i iznosi oko 7.850 kg/m³.

Legiraju?i elementi i njihov uticaj na osobine ?elika (poređani po abecednom redu) [ uredi | uredi kod ]

Legiraju?i elementi u ?eliku se rezlikuju po tome da li stabilizuju stvaranje karbida , austenita ili ferita , odnosno sa kojim ciljem su legirani. Svaki element daje ?eliku određeni niz karakteristika specfi?nih samo njemu. Postoje vrste ?elika gde samo karakteristi?na kombinacija ?suprotstavljeno” deluju?ih legiraju?ih elemenata daje ?eljenu mikrostrukturu. Legiranje ?elika daje samo osnovu za postizanje ?eljenih osobina u toku termi?ke obrade i plasti?ne prerade .

Legiraju?i elementi u ?eliku se dele u principu u dve grupe:

• alfageni elementi (stabilizuju ferit ): Mo , Si , V , Nb , Ti , Al , W , i
• gamageni elementi (stabilizuju austenit ): Ni , Mn , C , N , Cu .

Aluminijum (Al) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 660 °C
• sna?no su?ava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C i favorizuje stvaranje ferita

Aluminijum je najja?e i naj?e??e primenjivano dozoksidativno sredstvo . Pored toga aluminijum sna?no uti?e na koncentraciju rastvorenog azota u ?eliku i kao takav uti?e na osetljivost legure na proces starenja . Ve? u malim koncetnracijama favorizuje usitnjavanje zrna ?to kasnije zna?ajno uti?e na mehani?ke osobine. Kako aluminijum zajedno sa azotom gradi nitride visoke trvdo?e, veoma je ?iroko kori??en kao legiraju?i element u ?elicima za nitriranje. Aluminijum pove?ava vatrostalnost (vatrootpornost) ?elika i kao takav je ?esto kori??en kod legiranja feritskih vatrostalnih ?elika. Kroz proces ?aliranja” (nano?enje aluminijuma u povr?inskom sloju), mo?e ?ak i kod visoko ugljeni?nih ?elika pobolj?ati vatrostalnost. Zbog vrlo sna?nog uticaja na pove?anje koercitivne sile aluminijum se koristi u gvo?đe - kobalt -aluminijum ?eliku od koga se prave permanentni (stalni) magneti.

Arsen (As) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 817 °C (pod pritiskom)
• su?ava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C
• sklonost ka stvaranju segregacija (izuzetno ?tetna pojava pri livenju ?elika )
• nepo?eljan legiraju?i element

Difuziono ?arenje , ina?e jedini na?in uklanjanja segregacija u ?eliku, jo? je te?e u slu?aju arsena nego ?to je to slu?aj kod ? primera radi ? fosfora . Pored toga pove?ava krtost materijala posle procesa otpu?tanja i drasti?no sni?ava zateznu ?vrsto?u i sposobnost zavarivanja .

Bor (B) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 2.300 °C

Bor ima vrlo izra?en uticaj na apsorpciju neutrona ?to ga ?ini veoma pogodnim za legiranje ?elika koji se koristi pri izgradnji nuklearnih reaktora . Austenitni 18/8 CrNi-?elici legirani borom u procesu talo?nog oja?avanja posti?u pove?anu granicu te?enja i zateznu ?vtsto?u , s tim ?to istovremeno slabi njihova koroziona postojanost . Mikrokonstituenti izdvojeni u procesu talo?nog oja?avanja pove?avaju zateznu ?vrsto?u visoko vatrostalnih ?elika u podru?ju izuzetno visokih temperatura. Kod ?elika negarantovanog sastava i kod ugljeni?nih ?elika bor kao legiraju?i element pobolj?ava prokaljivost a samim tim i zateznu ?vrsto?u. Bor kao legiraju?i element generalno smanjuje sposobnost zavarivanja ?elika.

Berilijum (Be) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1.287 °C
• sna?no ?iri γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C

Bakar - berilijum -legure se koriste za izradu visokokvalitetnih opruga za ?asovnike , koje ne pokazuju skoro nikakvu sposobnost magnetizacije , kao i ve?u dinami?ku ?vrsto?u nego odgovaraju?e opruge napravljene od ?elika. Nikl -berilijum-legure su veoma koroziono postojane i koriste se za izradu hiru?kih instrumenata. U ?eliku, pored toga ?to sna?no ?iri γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C, berilijum mo?e onemogu?iti talo?no oja?avanje ?to u pomenutom slu?aju vodi padu zatezne ?vrsto?e. Pored toga poseduje veliki afinitet prema kiseoniku (dezoksidiraju?e svojstvo) i prema sumporu .

Ugljenik (C) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 3.500 °C
• sna?no ?iri γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C

Ugljenik je najva?niji i najuticajniji legiraju?i element u ?eliku. Pored ugljenika svaki nelegirani ?elik sadr?i silicijum , mangan , fosfor i sumpor , ?ije je prisustvo posledica samog procesa proizvodnje ?elika . Dodavanje drugih legiraju?ih elemenata u cilju postizanja određenih osobina ?elika, kao i dolegiranje silicijuma i mangana vodi ka dobijanju legiranog ?elika . Sa pove?anjem masenog udela ugljenika raste zatezna ?vrsto?a i tvrdo?a ?elika, dok se sposobnost izvla?enja , kovnost , zavarljivost i ma?inska obradljivost smanjuju. Koroziona otpornost u odnosu na vodu , kiseline i vrele gasove skoro i da ne zavisi od masenog udela ugljenika.

Kalcijum (Ca) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 842 °C

Zajedno sa silicijumom , u formi siliko-kalcijuma upotrebljava se u procesu proizvodnje pri dezoksidaciji ?elika. U principu, kalcijum pove?ava vatrostalnost.

Cerijum (Ce) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 795 °C

Sam, ali naj?e??e u kombinaciji sa lantanom , neodijumom , prazeodijumom i ostalim elementima koji pripadaju grupi metala retke zemlje , deluje kao sna?an dezoksidans. Zbog svog izuzetno velikog aktiviteta prema kiseoniku i sumporu slu?i kao sredstvo za postizanje visoke ?isto?e ?elika. Kod visokolegiranih ?elika pobolj?ava sposobnost obrade na povi?enim temparaturama dok kod vatrostalnih ?elika potpoma?e vatrostalnost . Gvo?đe - cerijum -legura sa oko 70% cera naziva se pirofor (ve?ta?ki kremen). Dodaje se i kao legiraju?i element u nodularnom livu .

Kobalt (Co) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1.495 °C
• ne stavra karbide i Favorizuje izdvajanje grafita

Ote?ava rast zrna, pobolj?ava otpornost u odnosu na krtost pri procesu otpu?tanja, kao i zateznu ?vrsto?u na povi?enim temparaturama. Zbog toga se koristi kao legiraju?i element kod brzoreznih ?elika i alatnih ?elika za rad u toplom, kao i za proizvodnju drugih vatrostalnih i visoko vatrostalnih legura. Pove?ava remanenciju , koercitivnu silu i toplotnu provodnost , a zato se ?esto primenjuje kao osnovni legiraju?i element za visokokvalitetene stalne magnete (?eli?ne ili od drugih legura). Pod uticajem neutronskog zra?enja intenzivno se stvara izotop ⁶⁰ Co. zbog ?ega je kobalt nepo?eljan kao leguraju?i element u matrijalima koji slu?e za izradu nuklearnih reaktora.

Hrom (Cr) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1.907 °C
• izra?ena te?nja ka stvaranju karbida
• sna?no su?ava γ-oblast, a ?iri α-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C

Hrom kao legiraju?i element daje ?eliku sposobnost kaljenja u ulju, odnosno na vazduhu, preko uticaja na kriti?nu brzinu kaljenja , ?to pove?ava prokaljivost ?elika i sposobnost pobolj?anja . Sklonost ka krtom lomu se smanjuje dodatkom hroma, mada je uticaj na sposobnost izvla?enja relativno slab. Sposobnost zavarivanja ( zavarljivost ) raste sa pove?anjem masenog udela hroma u leguri. Zatezna ?vrsto?a ?elika raste od 80 N/mm² do 100 N/mm² po masenom procentu hroma. Hrom ima izuzetnu sklonost ka stvaranju karbida , koji dalje pozitivno uti?u na mehani?ke karakteristika ?elika (npr. otpornost na habanje), ali negativno uti?e na korozionu postojanost. Iako sna?no su?ava γ-oblast, a ?iri α-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C, hrom stabilizuje austenit (γ-oblast) u hrom- mangan -, od. hrom- nikl - nerđaju?im ?elicima . Hrom kao legiraju?i element sni?ava toplotnu i elektri?nu provodnost ?elika. Ako imamo visok sadr?aj ugljenika u ?eliku i istovremeno sadr?aj hroma do 3% (masena %) pove?avaju se istovremeno remanencija i koercitivna sila . Kod nerđaju?ih ?elika sadr?aj hroma preko 12% daje materijalu pozitivni elektrohemijski potencijal, materijal postaje ?plemenitiji”, ?to ga ?ini otpornim na delovanje elektrolita, a istovremeno se stvara povr?inski sloj Cr -oksida, koji dodatno ?titi materijal od korozivne sredine.

Bakar (Cu) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1.085 °C
• nepo?eljan (?tetan) legiraju?i element

Bakar se vrlo retko ciljno legira (samo kod nekih posebnih vrsta ?elika); ina?e je u principu vrlo nepo?eljan u ?eliku. Poseban problem predstavlja u ?eli?anama koje proizvode ?elik u elektrolu?nim pe?ima gde se njegov udeo u leguri mo?e vrlo te?ko kontrolistai, s obzirom na to da metalni otpad ima vrlo ?irok spektar udela bakra . Kada je u pitanju ? staro gvo?đe ”, ?to je ?esto sinonim za ?eli?ni otpad, u Evropskoj uniji postoji 9 klasa ?eli?nog otpada podeljenih prema ??isto?i” ?elika. Zbog visoke cene ?elika koji pripadaju vi?im klasama ?isto?e, ?eli?ane su primorane da prave tzv. ??eli?ni meni” sastavljen od optimalne kombinacije ?eli?nog otpada i optimalne cene tone ?elika. ?tetno dejstvo bakra ispoljava se naro?ito pri visokim temperaturama. Naj?tetnije dejstvo bakra ispoljava se tokom plasti?ne prerade ?elika na povi?enim temparaturama ( kovanje , valjanje , izvla?enje i sl.), i posledica je izdvajanja bakra po granicama zrna. Izdvajanje bakra po granicama zrna pove?ava povr?insku osetljivost materijala u toku svih vrsta plasti?ne prerade na povi?enim temparaturama. Granica te?enja i odnos granica te?enja / zatezna ?vrsto?a pobolj?avaju se sa porastom masenog udela bakra u ?eliku. Maseni udeo preko 0,3% bakra vodi pove?anju tvrdo?e , odnosno pove?ane sposobnosti kaljenja . Uticaj na sposobnost zavarivanja nije prime?en. Kod nelegiranih i nisko legiranih ?elika bakar pove?ava njihovu otpornost na ?tetene atmosferke uticaje. Kod visoko legiranih ?elika maseni udeo bakra iznad 1% pove?ava njihovu otpornost na dejstvo kiselina (pogotovo hlorovodoni?ne i sumporne kiseline ).

Vodonik (H) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = ?259 °C
• nepo?eljan (?tetan) legiraju?i element

Vodonik izaziva pove?anje krtosti i smanjenje sposobnosti izvla?enja ?elika , a da pritom ne pobolj?ava vrednost granice te?enja i zatezne ?vrsto?e . Kod ve?ine legiraju?ih elemenata, sposobnost izvla?enja i zatezna ?vrsto?a su obrnuto korelirani. Vodonik je ? pored ostalog ? ?krivac” za takozvani ?plavi lom” ?eli?nog materijala. Unutar ?elika vodonik se okuplja u blizini gre?aka u materijalu ( dislokacija , nemetalni uklju?ci i sl.). U zavisnosti od koli?ine vodonika u ?eliku, te nakupine mogu dosti?i takve razmere da postanu koncetrator naprezanja dovoljno velik da na njemu krene rast prskotine , koja ?e kasnije dovesti do loma materijala.

Magnezijum (Mg) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 650 °C

Magnezijum se koristi kao dezoksidans i kao sredstvo za uklanjanje ne?eljenog sumpora iz ?elika. Kao legiraju?i element u dobijanju legure gvo?đa pospe?uje stvaranje globularnog (sfernog) grafita .

Mangan (Mn) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1.246 °C
• sna?no ?iri γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C

Mangan u ?eliku na prvom mestu slu?i kao dezoksidaciono sredstvo. Kao sredstvo za redukovanje koli?ine slobodnog sumpora , mangan deluje tako ?to stvara mangan sulfid (MnS), ali i ?tetni gvo?đe sulfid (FeS). Dugo je vremena problem stvaranja gvo?đe sulfida (?to uzrokuje takozvanu pojavu ?loma u crvenom” (crveni lom)) bio nere?iv. Problem je bio u tome ?to gvo?đe sulfid ima veoma nisku ta?ku topljenja, tako da ostaje u te?noj fazi pri o?vr??avanju ?elika. To dovodi do toga da kao poslednja te?na faza gvo?đe sulfid o?vrsne po granicama zrna. Kako je gvo?đe sulfid vrlo krt to dovodi do loma materijala ve? pri plasti?noj preradi u oblasti temparatura crvenog usijanja. Odatle vodi naziv ? ?crveni lom” ili ?lom u crvenom”. Suprotno gvo?đe sulfidu , mangan sulfid je te?ko topivo jedinjenje, tako da se u vidu nemetalnih uklju?aka izdvaha unutar zrna, ?to povoljno uti?e na mehani?ke osobine materijala. Ta osobina je posebno veoma korisna kod ?elika za automate , koji ina?e imaju pove?an sadr?aj sumpora. Pove?an sadr?aj sumpora kod ?elika za automate koristan je sa aspekta pobolj?anja sposobnosti ma?inske obrade materijala. Mangan sna?no sni?ava kriti?nu brzinu hlađenja ?to pove?ava sposobnost kaljenja ?elika. Granica te?enja i zatezna ?vrsto?a se pove?avaju sa povi?enjem masenog udela mangana. Mangan takođe povoljno uti?e na kovnost , sposobnost zavarivanja kao i pove?anje dubine prokaljivosti . Maseni udeli preko 4% vode ? pri sporijem hlađenju ? stvaranju krte martenzitne strukture, tako da se ta oblast legiranja izbegava. ?elici sa preko 12% masenih udela mangana ostaju austenitni i pri istovremeno visokom sadr?aju ugljenika, jer mangan sna?no deluje na ?irenje γ-oblasti u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C. Takvi ?elici se mogu deformaciono plasti?no povr?inski oja?ati uz istovremeno o?uvanje duktilne centralne zone profila, ?to ovu sortu ?elika ?ini izuzetno otpornom na habanje . Takav raspored, meka ( duktilna ) centralna zona i tvrd povr?inski sloj, daju ovom materijalu izuzetne eksploatacione mehani?ke osobine . ?elici sa preko 18% masenih udela mangana ostaju ?ak i posle relativno visokog stepena plasti?ne deformacije nemagneti?ni. Ova sorta ?elika se ?esto pod nazivom specijalni ?elici koristi za izradu odgovornih delova koji rade u uslovima niskih temparatura. Mangan pove?ava toplotni koeficijent ?irenja , a pritom smanjuje toplotnu i elektri?nu provodnost ?elika.

Molibden (Mo) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 2.623 °C
• izra?ena te?nja ka stvaranju karbida
• sna?no su?ava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C

Molibden se ve?inom legira u kombinaciji sa drugim legiraju?im elementima. Molibden sna?no sni?ava kriti?nu brzinu hlađenja , ?to pove?ava sposobnost kaljenja ?elika. U kombinaciji sa hromom niklom i manganom , molibden smanjuje sklonost ka krtosti posle otpu?tanja , pospe?uje stvaranje finijeg (sitnijeg) zrna, pozitivno deluje na sposobnost zavarivanja . Granica te?enja i zatezna ?vrsto?a se pove?avaju sa povi?enjem masenog udela molibdena. Pri ve?im masenim udelima molibdena dolazi do smanjenja sposobnosti ma?inske obrade. Zbog izra?ene te?nje ka stvaranju karbida, pobolj?ava osobine brzoreznih alatnih ?elika . Primenjen kod visokolegiranih ?elika legiranih hromom ili kod hrom-nikl- austenitnih ?elika (molibden poma?e daljem pove?anju korozione postojanosti). Dodatak molibdena kao legiraju?eg elementa negativno deluje na vatrostalnost ?elika.

Azot (N) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = ?210 °C
• sna?no ?iri γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C

U zavisnosti od vrste i namene ?elika azot se mo?e posmatrati i kao ?tetan i kao koristan legiraju?i element . ?tetne su pojave talo?enja koje vode do sni?enja sposobnosti izvla?enja, a u procesu starenja izazivaju takozvani ?lom u plavom” (pri preradi u oblasti temperatura plavog usijanja ? od 300 °C do 350 °C), ako ne i mogu?nost pojave interkristalne naponske korozije kod nelegiranih ili niskolegiranih ?elika. Kao legiraju?i element azot pro?iruje γ-oblast i stabilizuje austenitnu strukturu, pove?ava granicu te?enja kod austenitnih ?elika, a posebno zateznu ?vrsto?u kao i ostale mehani?ke osobine na povi?enim temperaturama. U procesu nitriranja azot se mo?e naneti u tankom povr?inskom sloju, ?ime se dobija veoma ?vrst i tvrd povr?inski sloj, dok unutra?njost ostaje originalno meka i ?ilava , ?ime se posti?u optimalne karakteristike za delove koji su izlo?eni sna?nom dinami?kom opter?enju.

Niobijum (Nb) i tantal (Ta) [ uredi | uredi kod ]

• t _{topljenja (Nb)} = 2.477 °C, t _{topljenja (Ta)} = 3.017 °C
• izra?ena te?nja ka stvaranju karbida
• sna?no su?avaju γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C i Favorizuju stvaranje ferita

Zbog toga ?to u prirodi obi?no idu zajedno i uz to se veoma te?ko razdvajaju, ova dva elementa se primenjuju u legiranju ?elika kao legura niobijuma i tantala . Zbog osobine da pove?avaju vatrostalnost kao i otpornost na puzanje veoma ?esto se koriste kao legiraju?i elementi za ?elike koji rade u uslovima visokog pritiska i visoke temperature . Tantal ima veoma visok stepen apsorpcije neutrona tako da za ?elike koji se primenjuju za izradu nuklearnih reaktora dolazi u obzir samo tantal-niobijum-legura sa veoma niskim masenim udelom tantala.

Nikl (Ni) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1.455 °C
• sna?no ?iri γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C

Nikl pove?ava granicu te?enja i smanjuje krtost kod ?elika negarantovanog sastava . U cilju pove?anja ?ilavosti , nikl se dodaje kao legiraju?i element kod ?elika za cementaciju i ?elika za pobolj?anje . Zbog toga ?to sna?no ?iri γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C, nikl slu?i kao stabilizator austenitne strukture kod nerđaju?ih hrom-nikl-?elika . Legura gvo?đa i nikla sa 36% masenog udela nikla, pod komercijalnim nazivom Invar , poseduje najmanji koeficijent termi?kog ?irenja i ? kao takva ? nezamenljiv je matrijal u izradi mnogih mernih instrumentata.

Kiseonik (O) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = ?219 °C
• nepo?eljan legiraju?i element

Kiseonik pogor?ava tehni?ko-mehani?ke osobine ?elika, kao ?to su ?ilavost i sposobnost starenja. Kao i sumpor, kiseonik dovodi do ?loma u crvenom” (lom u oblasti temparatura crvenog usijanja).

Fosfor (P) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 44 °C
• nepo?eljan (?tetan) legiraju?i element izuzetno sna?nog legiraju?eg uticaja
• sna?no su?ava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C

Postoji samo jedna sorta ?elika kod koje je dozvoljen relativno visok sadr?aj fosfora . To su ?elici za automate . Fosfor iskazuje jaku tendenciju posebno ka primarnoj segregaciji , ?ije se ?tetno prisustvo usled relativno nikog koeficijenta difuzije fosfora ? kako u austenitu tako i u feritu ? veoma te?ko uklanja. Segregacije deluju kao slaba mesta u strukturi materijala na kojima po pravilu kre?e propagacija prskotine , ?to za posledicu ima lom materijala. Po?to je skoro nemogu?e spre?iti segregaciju fosfora odnosno pospe?iti njegovu ravnomernu raspodelu unutar ?vrstog rastvora, kao jedino re?enje ostaje maksimalno smanjenje masenog udela (od 0,03% do 0,05%). Fosfor ve? u malim koli?inama pove?ava osetljivost na pojavu krtosti materijala prilikom otpu?tanja. Taj uticaj se pove?ava sa pove?anjem masenog udela ugljenika . Takođe raste temperatura kaljenja , veli?ina zrna, kao i smanjenje sposobnosti plasti?ne deformacije. Posledica svega toga mo?e da bude ?lom u hladnom”, kao posledica porasta krtosti materijala. U niskolegiranim ?elicima negarantovanog kvaliteta koji imaju maseni udeo ugljenika oko 0,1%, pove?an sadr?aj fosfora pove?ava korozionu postojanost u odnosu na atmosferske uticaje. Sli?an uticaj ima jo? jedan tzv. nepo?eljni legiraju?i element ? bakar . Dodatak fosfora kod austenitnih ?elika (CrNi-?elici) ? pored uticaja na procese talo?nog oja?avanja ? mo?e pove?ati i granicu te?enja .

Olovo (Pb) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 327 °C

Olovo u principu nije istinski legiraju?i element u ?eliku, jer njegov uticaj na mehani?ke osobine skoro i da ne postoji. Dodaje se u koli?ini između 0,2 i 0,5 masenih procenata, u cilju pobolj?anja sposobnosti ma?inske obrade. Jedna od primena olova je u izradi le?ajeva, gde dolazi do izra?aja nizak koeficijent trenja (frikcije) olova.

Sumpor (S) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 115 °C
• u principu nepo?eljan legiraju?i element veoma sna?nog legiraju?eg dejstva

Sumpor pogor?ava tehni?ko-mehani?ke osobine ?elika, u prvom redu granicu te?enja . Zasebno ili u kombinaciji sa kiseonikom (poja?ano dejstvo) dovodi do ?loma u crvenom” (lom u oblasti temparatura crvenog usijanja). Sumpor se ipak dodaje kod ?elika za automate u masenom udelu do maksimalno 0,3%, u cilju pobolj?anja sposobnosti ma?inske obrade rezanjem.

Antimon (Sb) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 631 °C
• su?ava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C
• sklonost ka stvaranju segregacija (izuzetno ?tetna pojava pri livenju ?elika )
• nepo?eljan legiraju?i element

Sli?no arsenu pove?ava krtost odnosno smanjuje ?ilavost materijala .

Silicijum (Si) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1.414 °C
• sna?no su?ava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C i Favorizuje stvaranje ferita

Silicijum je jako i veoma ?esto primenjivano dezoksidativno sredstvo u proizvodnji ?elika. Kao legiraju?i element silicijum pove?ava ?vrsto?u , granicu elasti?nosti i otpornost na habanje . Sposobnost da pove?a granicu elasti?nosti dovodi do veoma ?este primene silicijuma kao legiraju?eg elementa u proizvodnji ?elika za opruge . Legiran u ve?im masenim udelima, silicijum vodi pobolj?anju vatrostalnosti i otpornosti na uticaj kiselina . Međutim visok sadr?aj silicijuma uti?e na smanjenje elektri?ne provodnosti i koercitivne sile .

Kalaj (Sn) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 232 °C
• nepo?eljan legiraju?i element veoma sna?nog legiraju?eg dejstva

Titanijum (Ti) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1.668 °C
• izra?ena te?nja ka stvaranju karbida

Kao sna?no dezoksidativno sredstvo sa izuzetnom te?njom ka stavranju karbida, titanijum se legira kao stabilizator u koroziono-rezistentnim ?elicima ( nerđaju?i ?elici ).

Vanadijum (V) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1910 °C
• izra?ena te?nja ka stvaranju karbida

Kao i titan poseduje izuzetnu te?nju ka stavranju karbida i nitrida . Vanadijum sna?no deluje na vezivanje azota u ?eliku. Dodatakom vanadijuma posti?e se fina ?sitnozrna” mikrostruktura , koja za posledicu ima pobolj?anje mehani?kih osobina ?eli?nih odlivaka . Dodatak vanadijuma pozitivno deluje na otpornost na habanje (znog prisustava tvrdih karbida), dobre mehani?ke osobine u radu na povi?enim temparaturama, kao i povoljan uticaj na proces otpu?tanja . Vanadijum se zbog ovoga legira kod brzoreznih alatnih ?elika , alatnih ?elika za rad u toplom , kao i kod alatnih ?elika za rad na visokim temperaturama . Dolegiran u ?elike za opruge , vanadijum vodi pove?anju granice elasti?nosti .

Volfram (W) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 3422 °C
• izra?ena te?nja ka stvaranju karbida

Volfram deluje veoma pozitivno na zateznu ?vrsto?u , granicu te?enja , kao i na ?ilavost ?elika. Zbog toga ?to uti?e na pove?anje ?vrsto?e ?elika na povi?enim temparaturama ? a uz to pove?ava i otpornost na habanje ? volfram se legira kod brzoreznih alatnih ?elika , kao i kod alatnih ?elika za rad u toplom .

Cirkonijum (Zr) [ uredi | uredi kod ]

• t _topljenja = 1855 °C
• izra?ena te?nja ka stvaranju karbida
• su?ava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe ₃ C

Cirkonijum se pona?a kao sna?no dezoksidativno , denitrifikaciono i desulfuraciono sredstvo . Kod ?elika za automate , koji ina?e imaju po?eljno uve?an sadr?aj sumpora , cirkonijum deluje pozitivno na profil i sastav istalo?enih sulfida , ?to smanjuje opasnost od pojave ?loma u crvenom”.

Podjela vrsta ?elika [ uredi | uredi kod ]

?elik se mo?e podijeliti prema mnogim osnovama: prema postupku proizvodnje, prema kemijskom sastavu, mikrostrukturi , svojstvima, namjeni i dr.

Podjela ?elika prema postupku proizvodnje [ uredi | uredi kod ]

Masovna proizvodnja ?elika je zapo?ela u 19. stolje?u otkri?em Bessemerovog i Thomasovog postupka . ?elik se danas proizvodi postupkom u konverterima s kisikom ( LD postupak ) ili u elektri?nim pe?ima ( elektrolu?na pe? , elektroindukcijska pe? ). U industrijski manje razvijenim dr?avama jo? se koriste Siemens-Martinove pe?i . Osnovna sirovina za proizvodnju ?elika u konverterima s kisikom je sirovo ?eljezo . U elektri?nim pe?ima pretaljuje se uglavnom stari otpadni ?elik. Konvertor s kisikom i elektri?na pe? su uređaji za taljenje, a rafinacija taline (rafinacijski procesi) obavlja se u raznim reaktorima sekundarne metalurgije ili metalurgije u loncima, ve? prema svojstvu i kakvo?i ?elika. ^[2]

Prema kemijskom sastavu [ uredi | uredi kod ]

Prema kemijskom sastavu ?elici se mogu podijeliti na:

• Uglji?ni ?elik : to je vrsta ?elika u kojima odlu?uju?i utjecaj na njegova svojstva ima ugljik , a drugih elemenata ima samo u koli?inama koje nemaju bitnog utjecaja i to: mangan < 0,8% ( maseni udio), silicij < 0,6%, nikal < 0,3%, bakar < 0,3%, krom < 0,2%, volfram < 0,1%, molibden < 0,05%, kobalt < 0,05%, titanij < 0,05% i aluminij < 0,05%.
• Legirani ?elik : to je vrsta ?elika u kojima odlu?uju?i utjecaj na njegova svojstva imaju legirni elementi, tj. oni kemijski elementi koji se namjerno dodaju da bi se postigla određena svojstva. Niskolegirani ?elici imaju do 5% dodanih elemenata, a visokolegirani vi?e od 5%.

Nehrđaju?i ?elik [ uredi | uredi kod ]

Nehrđaju?i ?elik je slitina ?eljeza i najmanje 10,5 % kroma , i ne oksidira na zraku za razliku od obi?nog ?elika ( oksid je crvene boje), ako nije na neki za?ti?en od korozije .

Prema namjeni [ uredi | uredi kod ]

Prema namjeni ?elici se mogu podijeliti na: ^[3]

• Konstrukcijski ?elik : to je uglji?ni ?elik (obi?ni ili plemeniti) s udjelom ugljika manjem od 0,6% ili legirani (uglavnom s manganom , silicijem , kromom , niklom , volframom ). Koriste se za izradu ?eli?nih konstrukcija , sastavnih dijelova strojeva , aparata i razli?itih uređaja. Razlikuju se obi?ni (uglji?ni ili niskolegirani) ?elici za op?u masovnu upotrebu i plemeniti (rafinirani) uglji?ni ili legirani ?elici za dijelove s ve?im zahtjevima (dijelovi strojeva itd.);
• Alatni ?elik : to je plemeniti uglji?ni ili legirani ?elik s udjelom ugljika od 0,6% do 2,06% ili legirani (uglavnom s kromom, volframom, vanadijem, molibdenom, kobaltom), a koriste se za izradu alata ;
• Specijalni ?elik.

Prema mikrostrukturi [ uredi | uredi kod ]

Prema mikrostrukturi ?elici se mogu podijeliti na:

• Feritni ?elik,
• Perlitni ?elik,
• Martenzitni ?elik,
• Ledeburitni ?elik i
• Austenitni .

?eljena se mikrostruktura posti?e sadr?ajem ugljika i procesom direktne ili naknadne toplinske obrade .

Eutektoidni ?elik [ uredi | uredi kod ]

Eutektoidni ?elik je ?elik s 0,8% ugljika (masenih udjela), a naziva se i perlit . Perlit se sastoji od 88% ferita i 12% cementita (Fe ₃ C). Eutektoidni ?elik ili perlit ima u uvjetima polaganog hlađenja perlitnu mikrostrukturu, koja se sastoji od naizmjeni?no raspoređenih lamela ferita i cementita. Lamele ferita su oko sedam puta deblje od lamela cementita i mogu se vidjeti samo kod ve?eg pove?anja opti?kog mikroskopa . ^[4]

Podeutektoidni ?elik [ uredi | uredi kod ]

Polagano hlađenje podeutektoidnog ?elika s 0,4% C (masenih udjela) karakterizira slijede?e:

• na temperaturi iznad 800 °C ?elik ima austenitnu mikrostrukturu.
• na temperaturi malo iznad 723 °C mikrostruktura ?elika sastoji se od ferita s 0,025 % C i austenita eutektoidnog sastava s 0,8 % C. Ferita ima 51,6% i austenita ima 48,4%.
• na temperaturi ispod 723 °C austenit eutektoidnog sastava raspada se u perlit , pa se mikrostruktura sastoji od 51,6 % ferita (proeutektoidnog) i 48,4 % perlita. Ferita ima 94,4% i cementita ima 5,6%. Na osnovi ovih podataka mo?e se zaklju?iti slijede?e: 94,4 % ferita sastoji se od 51,6 % proeutektoidnog ferita i 42,8 % eutektoidnog ferita, a 48,4 % perlita sastoji se od 42,8 % eutektoidnog ferita i 5,6 % cementita (Fe ₃ C).

Kada se podeutektoidni ?elik hladi polako ispod 911 °C dolazi do precipitacije ferita na granicama austenitnog zrna. Ukoliko je hlađenje br?e ili su zrna austenita veoma velika, ferit koji je kristalografski orijentiran kao i austenit, vi?e ne?e precipitirati na granicama austenitnog zrna kao ekviaksijalna zrnca, ve? u obliku iglica ili plo?ica, pa nastaje tzv. Widmanstattenova struktura ili Widmanstattenove figure .

Nadeutektoidni ?elik [ uredi | uredi kod ]

Polagano hlađenje nadeutektoidnog ?elika s 1,2% C (masenih udjela) karakterizira slijede?e:

• na temperaturi iznad 840 °C ?elik ima austenitnu mikrostrukturu.
• na temperaturi malo iznad 723 °C mikrostruktura se sastoji od austenita i sekundarnog cementita, koji se izlu?uje na granicama austenitnog zrna. Austenita ima 93,2% i cementita ima 6,8%.
• na temperaturi malo ispod 723 °C austenit eutektoidnog sastava raspada se u perlit, pa se mikrostruktura ?elika sastoji od 93,2 % perlita i 6,8 % proeutektoidnog cementita. Ferita ima 82,3% i cementita ima 17,7%. Na osnovi toga mo?e se zaklju?iti slijede?e: 93,2 % perlita sastoji se od 82,3 % ferita i 10,9 % cementita (Fe ₃ C), a 17,7 % cementita sastoji se od 10,9 % eutektoidnog cementita i 6,8 % proeutektoidnog cementita.

Prema na?inu prerade [ uredi | uredi kod ]

Prema na?inu prerade ?elici se mogu podijeliti na:

• Sirove ?elike ,
• Lijevane ?elike ,
• Valjane ?elike,
• Kovne ?elike,
• Vu?ene ?elike, itd..

Vrste ?elika [ uredi | uredi kod ]

Po DIN EN 10020 postoje samo dve glavne klase ?elika (na? JUS je ustvari sre?om samo bio preveden DIN):

• kvalitetni ?elici ( engl. Quality Steels (QS) ) i
• specijalni (plemeniti) ?elici ( engl. Special Steels (SS) ).

Danas je registrovano negde oko 2.500 razli?itih vrsta ?elika.

Dalje deljenje na podgrupe vr?i se prema leguraju?im elementima, mikrostrukturi i mehani?kim osobinama.

Povijest i dana?nja proizvodnja ?elika u svijetu [ uredi | uredi kod ]

Glavni ?lanak: Povijest metalurgije ?eljeza

?elik je bio poznat ve? u anti?ko doba . Najstariji otkriveni ?eli?ni predmet pronađen je u Anatoliji , starost mu je procijenjena na 4.000 godina. ^[5] Povijest metalurgije ?eljeza zapo?inje jo? u prapovijesno doba , ali se ne zna je li prvo ?eljezo proizvedeno slu?ajno, kad je prapovijesni ?ovjek nalo?io vatru na le?i?tu ?iste ?eljezne rude ili je koriste?i se ve? ste?enim iskustvom u topljenju bakarne rude primijenio isti postupak na ?eljeznu rudu. Taj postupak je bio prili?no jednostavan: u plitkom ognji?tu se ?eljezna ruda pokrila drvenim ugljenom , koji se zatim zapalio, pa je ispod vatre nastala gnjecava i spu?vasta ?eljezna masa ( spu?vasto ?eljezo ). Da bi se iz spu?vastog ?eljeza dobilo tehni?ko ?eljezo ili ?elik ovisilo je prije svega od kvalitete ?eljezne rude.

Plitko ognji?te je bilo vrlo jednostavne konstrukcije. Sastojalo se od gnijezda oslonjenog na jedan zid , kroz koji je prolazila mlaznica mijeha za raspirivanje vatre. Gnijezdo se je ispunilo izmjeni?no slojevima ?eljezne rude i drvenog ugljena, koji su se zatim zapalili. Puhanjem zraka kroz mijeh povisila bi se temperatura , tako da bi iz drvenog ugljena nastajao ugljikov monoksid , koji je vezao kisik iz ?eljezovih oksida (uglavnom hematit ), te se dobivalo spu?vasto ?eljezo i ugljikov dioksid . Pri tome je dobar dio ?eljeza i dalje ostao vezan s kisikom (?eljezovi oksidi), te zajedno s ne?isto?ama kao teku?a troska otjecao iz ognji?ta. Spu?vasto ?eljezo se skupljalo na dnu ognji?ta sve dok ga ne bi potpuno ispunilo, pa bi se izvadilo i kovanjem bi se istiskivali ostaci troske i ne?isto?a ( kovano ?eljezo ). Omjer između te?ine ?eljezne rude i drvenog ugljena je bio otprilike 1 : 4. Ovim postupkom se dobivalo tek oko 12,5% ?eljeza iz ?eljezne rude, a te?ina spu?vastog ?eljeza je iznosila do 70 kilograma . Ovakva plitka ognji?ta su se odr?ala u ?tajerskoj i ?leziji sve do 18. stolje?a. ^[6]

Svjetska proizvodnja ?elika iznosila je 2011. oko 1490 milijuna tona . Kina je prema podacima iz 2011. najve?i svjetski proizvođa? ?elika (683,3 milijun tona) s oko 45,9% ukupne svj. proizvodnje.

Poveznice [ uredi | uredi kod ]

• Ozna?avanje ?elika

Izvori [ uredi | uredi kod ]

Literatura [ uredi | uredi kod ]

Vanjski linkovi [ uredi | uredi kod ]

• Extensive picture gallery about all methods of making and shaping of iron and steel in North America and Europe. In German and English.
• Exhibition of Persian Steel Arhivirano 2006-02-09 na Wayback Machine-u
• International Iron & Steel Institute (IISI)
• Steel Alloys and Their Classification
• steeluniversity.org
• Quenched & Tempered Steel Alloys Arhivirano 2006-06-30 na Wayback Machine-u
• Quench hardening of steel
• CIMsteel Integration Standards (CIS/2) Arhivirano 2007-04-03 na Wayback Machine-u
• Steel in 20th-century architecture
• Steel Heat Treating Arhivirano 2006-07-13 na Wayback Machine-u
• Scottish Steel Works History Arhivirano 2006-06-15 na Wayback Machine-u

Ostali projekti [ uredi | uredi kod ]

U Wikimedijinoj ostavi ima jo? materijala vezanih za: ?elik