Jdi na obsah Jdi na menu
 


Oceli

23. 7. 2013

 

 

1. Základní vlastnosti ocelí vhodných pro potrubí

 
Materiály součástí vystavených tlaku:
  a) musí mít vhodné vlastnosti za všech provozních podmínek, které lze rozumně předvídat, a za všech zkušebních podmínek a zejména mají být dostatečně tažné a houževnaté. Tam, kde to je nutné, je třeba zvláště věnovat náležitou péči volbě materiálu, aby se předešlo vzniku křehkého lomu; pokud je ze zvláštních důvodů třeba použít křehký materiál, musí být přijata příslušná opatření;
  b) musí být dostatečně chemicky odolné v prostředí tekutiny obsažené v tlakovém zařízení; chemické a fyzikální vlastnosti nezbytné pro bezpečnost provozu nesmí být během předpokládané životnosti zařízení významně ovlivněny;
  c) nesmí být významně ovlivněny stárnutím;
  d) musí být vhodné pro předpokládané technologické postupy;
  e) musí být voleny tak, aby se při vzájemném spojování různých materiálů zabránilo významným nežádoucím účinkům.
Ocel je slitina železa s uhlíkem, popř. s dalšími prvky. Vyznačuje se dobrou tvárností a houževnatostí. Podle způsobu výr. seo.dělí např.na konvertorovou, Siemensovu-Martinovu, elektroocel; podle chem. složení na uhlíkovou a slitinovou (legovanou). O. uhlíková obsahuje max. 1,8% uhlíku, několik desetin % manganu, popř. křemíku a pod 0,06 % fosforu a síry. Vlastnosti uhlíkové o. jsou určovány obsahem uhlíku. Oceli slitinové se legují nejčastěji Cr, Mn, Ni, Mo, V, W, Ti, Al Podle použití jsou o. konstrukční, nástrojové a speciální. O. konstrukční mají dobré mech. vlastnosti, dobrou houževnatost, popř. i vyhovující technolitina vlastnosti, zejména svařitelnost. O. nástrojové mají vysokou tvrdost, dobré řezné vlastnosti (i při vyšších teplotách). O. speciální jsou obvykle vysoko legované, nejčastěji prvky Cr, Ni, Mo, Mn. Podle druhu a množství přísadových prvků nabývají zvlitina vlastnosti - dobrou korozní odolnost, žárovzdornost, žáropevnost, popř. zvlitina fyz. vlastnosti - nemagnetičnost, malý součinitel teplotní roztažnosti. V současné době je vyráběno asi 2500 druhů ocelí. V normách jsou oceli rozděleny do skupin jednak podle chemického složení, jednak podle struktury a mechanických a fyzikálních vlastností. Podle chemického složení jsou oceli rozdělovány do následujících skupin:
2.  Nelegované oceli
Zvané také uhlíkové oceli. Obsah legujících prvků je nižší než je maximální tabelovaná hodnota pro daný prvek. Pro většinu prvků je tento maximální hmotnostní podíl kolem 2 %. Mechanické vlastnosti uhlíkových ocelí lze modifikovat tepelným (žíhání, kalení, popouštění), tepelně-mechanickým a tepelně-chemickým (cementace a nitridace) zpracováním.
Převod jednotlivých označení ocelí - viz tabulky úplně dole.
3.  Nízkolegované oceli
Obsah legujících prvků po odečtení obsahu uhlíku je nižší než 5 %. Mají podobné vlastnosti jako oceli nelegované, ale jsou vhodné pro tepelné zpracování. Tepelným zpracováním je u nich možno ovlivnit mechanické vlastnosti. Se stoupajícím obsahem uhlíku stoupá i tvrdost po kalení. A to až do obsahu 0,85 % C. S vyšším obsahem C se kalením už tvrdost dále nezvyšuje. Samotný obsah uhlíku má však také vliv na pevnost oceli, čím vyšší obsah, tím je ocel pevnější. Upneme-li do svěráku tyč z oceli 11373 (0,22 C) a tyč z oceli 11700 (0,65 C) a zkusíme je ohnout, sami poznáme, že tyč z oceli 11700 je pevnější, půjde také obtížněji řezat ruční pilkou. Například kdysi se vyráběly radlice pluhu z oceli 11700. Sám výrobce uváděl, že tyto radlice po překování (naostření) už není nutno kalit, ocel s takovým obsahem uhlíku byla sama o sobě dostatečně tvrdá.
Převod jednotlivých označení ocelí - viz tabulky úplně dole.
4.  Korozivzdorné oceli
4.1.  Feritické oceli
V hrubém rozdělení se feritické korozivzdorné oceli člení do dvou podskupin:
-s obsahem asi 11 až13 % Cr
-s obsahem asi 17 % Cr
Mechanické vlastnosti feritických ocelí předpokládají jemnozrnnou strukturu, které se dosahuje příslušným tepelným zpracováním těchto ocelí. V důsledku relativně nízkého obsahu chrómu je korozní odolnost 11-12 %ních chrómových ocelí (1.4003, 1.4512) omezena např. jen na atmosférické podmínky, nebo na vodnatá média, takže tyto oceli jsou zařazovány také jako "korozně málo aktivní". U 17 %ních chrómových ocelí se díky vyššímu obsahu chrómu dosahujevyššíodolnosti proti korozi. Dolegováním asi 1 % molybdenu se může odolnost proti korozi ještě zvýšit. Některé oceli obsahují titan nebo niob jako karbidotvorné prvky, které na sebe váží uhlík. Takové oceli jsou stálé i po svařování bez doplňkového tepelného zpracování, a to i v případě větších tloušťek, jsou tedystabilní proti mezikrystalové korozi. Zvláštní předností feritických korozivzdorných ocelí je to,že v protikladu k austenitickým CrNi ocelím vynikají vysokou odolností proti transkrystalové korozi při mechanickém napětí. Výfukové potrubí a potrubí pro spaliny je jedna z oblastí použití feritické korozivzdorné oceli.
4.2. Martenzitické oceli
V případě ocelí s 12-18% Cr a s obsahy C od 0,1% se jedná o oceli, které jsou při vysokých teplotách plně austenitické. Když se z austenitické oblasti rychle ochladí, to znamená zakalí, získají martenzitickou strukturu.Austenitizační teploty leží v závislosti na druhu oceli mezi 950 a 1050 °C; vytvrzování může probíhat mnohem pomaleji,než u srovnatelných nelegovaných ocelí (např. ochlazováním vzduchem). Tvrdost ocelí je o to větší, čím vyšší je obsah C V zušlechtěném stavu se dosahuje vysokých hodnot pevnosti. Hodnoty tažnosti martenzitických chrómových ocelí jsou vyjádřeny U niklových martenzitických ocelí se role uhlíku ujímá nikl(např. 1.4313). Schopnost zakalení při tom zůstává zachována, aniž by se projevovaly nepříznivé účinky zvýšeného obsahu uhlíku (vylučování karbidů, vysoký nárůst tvrdostí). Oblast rozměrů, které jsou schopné zušlechťování, se rozšiřuje nad průměrypřesahující 400 mm. Odolnost proti korozi se ještě zvyšuje přídavkem molybdenu (1.4418). V závislosti na tvaru výrobku se martenzitické oceli dodávajív žíhaném nebo zušlechtěném stavu. Výrobky, dodávané ve stavu žíhaném na měkko (jako za studena a za tepla válcovaný pás a jeho dělením vyráběné plechy), mohou být zpracovávány tvarováním za tepla ne-bo zastudena (např. ohýbáním, ražením, lisováním, tažením) dříve, než se provede zušlechtění. Zušlechťování zahrnujekalení anavazující popouštění na teploty 650-750st.C. Popouštěním se snižuje pevnost a zvyšuje tažnost. Z diagramu zušlechťování pro ocel 1.4021(obr. 4), který je použit jako příklad pro tuto skupinu ocelí, je patrná velká oblast variací pevnosti, jaké se tepelným zpracováním dosahuje. Se zřetelem k lepší odolnosti proti korozi se doporučuje přesně dodržovat zadané teploty tepelného zpracování.
4.3.  Austenitické oceli
Austenitické CrNi oceli s 8% Ni skýtají obzvlášť příznivou kombinaci zpracovatelnosti, mechanických vlastností a odolnosti proti korozi. Jsou proto vhodné pro mnoho účelů použití a jsou nejvýznamnější skupinou korozivzdorných ocelí. Nejdůležitější vlastností této skupiny ocelí je vysoká korozní odolnost,která se s narůstajícím obsahem legur zvyšuje. Jejímu zvyšování napomáhají zejména chróm a molybden. Jak u feritických, taki u austenitických ocelí je pro dosažení dobrých technologických vlastností nezbytná jemnozrnná struktura. Jako konečné tepelné zpracování se provádí rozpouštěcí žíhání při teplotách mezi 1000 a 1150°C s následným ochlazením ve vodě nebo na vzduchu. Austenitické oceli nejsou na rozdíl od martenzitických ocelí kalitelné. Pro určité oblasti použití se požadují austenitické oceli s vyšší pevností. Zvýšení meze průtažnosti je možné dosahovat na příklad tvářením za studena. V závislosti na stupni přetváření jemožné dosahovatrůzných stupňů zpevnění. Při tváření za studena může docházet k doplňkové tvorbě deformačního martenzitu. Jinou možností je zpevňování tuhého roztoku opatřeními v oblasti legovacítechniky. Vliv nejdůležitějších legujících prvků na mez 0,2 ukazuje přidávání uhlíku se z korozně-chemických důvodů zříkáme. Dolegovávání dusíkem má v porovnání s uhlíkem tu výhodu, že zároveň se zlepšováním pevnosti se zlepšuje i korozní odolnost. Dusík obsahují austenitické oceli s vyššími hodnotami pevnosti. Jsou na příklad oceli 1.4311, 1.4318, 1.4406 nebo 1.4439. Důsledným sladěním obsahu legur je možné dosáhnout zvýšení meze 0,2 až na hodnoty převyšující 400 N/mm (1.4565). Vysoké poměrné prodloužení při přetržení hodnoty tažnosti austenitických ocelí jsou téměř dvojnásobné než u feritických ocelí - vede k velmi dobré tvařitelnosti za studena. Z toho resultu je příznivá hlubokotažnost anebo schopnost přetahování, stejně jako dobrá schopnost ohýbání. Zvláštní význam mají také vyšší hodnoty při rázové zkoušce, které jsou vysoké i při velmi nízkých teplotách. Proto mohou být nerezavějící za studena tažené oceli používány na zařízení, která pracují při teplotách až -269 °C.
4.4. Austeniticko-feritické oceli
Austeniticko-feritické oceli, které se vzhledem k jejich dvěma složkám struktury také často označují jako duplexní oceli, získávaly stále na významu. To platí především pro ocel X2CrNiMoN22-5-3 (mat. čís. 1.4462). Ocel 1.4462 obsahuje asi 22 % Cr, ca. 5 % Ni, ca. 3 % Mo a dusík To vede k získání austeniticko-feritické struktury (zpravidla 50:50). Mez průtažnosti 0,2 je výrazně vyšší než u austenitických ocelí. Při tom se dosahuje dobrých hodnot houževnatosti. Dále je třeba zdůraznit dobrou únavovou pevnost oceli, a to i v korozivních médiích. Při pozorování korozní odolnosti austenitickoferitických korozivzdorných ocelí je tu v porovnání s austenitickými ocelemi třeba zdůraznit lepší odolnost proti napěťové korozi vyvolávané chloridy. Svařitelnost austeniticko-feritických ocelí nečiní při respektování předpisů pro postup svařování žádné problémy: pro jejich celkový dobrý profil vlastností existuje široké spektrum jejich použití s hlavním těžištěm ve výrobě zařízení pro chemický průmysl, v zařízeních na ochranu životního prostředí a v technice pro moře a pobřeží.
V poslední době byly vyvinuty tak zvané "superduplexní oceli" s dále zlepšenou odolností proti korozi. Tyto oceli obsahují asi 25 % Cr, 7 % Ni, 3,5 % Mo a dusík a ještě i některé další přísady.
Převod jednotlivých označení ocelí - viz tabulky úplně dole.
Použití jednotlivých ocelí v potravinářském a chemickém průmyslu - viz tabulky úplně dole.
 
5.  Korozní odolnost
Jak je známo , nerezavějící oceli vykazují v porovnání s nelegovanými a s nízkolegovanými ocelemi výrazně lepší odolnost proti korozi. Jsou odolné proti celé řaděagresivních médií a nepotřebují žádnou další úpravu povrchu proti korozi. Tatopasivita je dánapřilegováním minimálně 10,5% Cr do železa. Při mechanickém poškození pasivní vrstvy se tato opět spontánně obnovuje. Odolnost nerezavějících ocelí proti korozi je závislá v prvé řadě na chemickém složení oceli, a vedle toho také na jejich povrchu a struktuře. Proto je pro korozní odolnost velmi důležitá správná volba druhu oceli se správným tepelným zpracováním a se správným opracováním povrchu.
·                    Rovnoměrná plošná koroze
Rovnoměrná plošná koroze se vyznačuje stejnoměrným, nebo přibližně stejnoměrným rozpouštěním oceli po celém povrchu. Za dostatečnou plošnou korozní odolnost se při tom považuje úbytek pod 0,1 mm ročně. Pro objemy ztráty hmoty na jednotku plochy platí pro korozivzdorné oceli vztah 1 g/h x m2 = 1,1 mm/r. K rovnoměrné plošné korozi může u korozivzdorných ocelí docházet jen v kyselinách a v silných louzích. Je určována v podstatě chemickým složením. Tak na příklad 17 %ní chrómové oceli jsou výrazněji odolnější než 13 %ní chrómové oceli. Ještě vyšší odolnost proti plošné korozi vykazují austenitické chrom-niklové o celi. Doplňkově se v řadě případů může korozní odolnost zvýšit přilegováním molybdenu.
·                    Důlková koroze (Pitting)
K důlkové korozi může docházet v případech, kdy se místně poruší pasivní vrstva. Když jsou přítomny chloridové ionty, a to zejména při zvýšených teplotách,mohou na těchto místech často jen o velikosti vpichu jehly-vznikat důlky. Usazeniny, cizorodá rez, zbytky strusky a náběhové barvy na povrchu nebezpečí důlkové koroze zvyšují. Dalším zvyšováním obsahu chrómu, především však přidáváním molybdenu a částečně i dusíku se odolnost nerezavějících ocelí proti důlkové korozi zvyšuje. To je vyjádřeno tak zvaným úhrnným účinkem
W = % Cr +3,3 x % Mo
Pro vysokolegované austenitické a feritickoaustenitické oceli do tohotovztahu úhrnného účinku s rozdílnými faktorypatří takélegující prvek dusík.
·                    Koroze při mechanickém napětí
U tohoto druhu koroze vznikají trhliny, které u korozivzdorných ocelí zpravidla probíhají mezikrystalově. Koroze při mechanickém pnutí je možná jen v případě, kdy existují současně tři podmínky:
a) povrchy konstrukčního dílu jsou vystaveny napětí v tahu,
b) působení nějakého specificky působícího média (většinou chloridových iontů),
c) sklon materiálu ke korozi při mechanickém napětí.
Při tahových napětích je lhostejné, zda se jedná o vně způsobované tahové či ohybové napětí, nebo o vnitřní pnutí (např. v důsledku svařování, válcování za studena nebo hlubokého tažení). Standardní austenitické CrNi a CrNiMo oceli jsou v chloridových lázních k napěťové korozi náchylnější, než oceli feritické a austenitickoferitické. U austenitických ocelí lze odolnost proti napěťové korozi výrazně zlepšit zvýšením obsahu niklu.
·                    Koroze za únavy
Při čistém kmitavém namáhání (bez zatěžování korozí) existuje dolní střídavé namáhání, pod kterým již nejsou žádné trhlinky pozorovány. Na rozdíl od koroze při mechanickém napětí, ke které dochází jen ve specificky působících médiích, může ve spojení se střídavým namáháním k únavové korozi v zásadě docházet ve všech korozně působících médiích. Odolnost proti únavové korozi stoupá se zvyšující se odolností materiálu proti korozi v daném médii, se zvyšující se pevností oceli.
·                    Mezikrystalová koroze
Již dnes nepředstavuje žádný problém. K mezikrystalové korozi může docházet, když se působením tepla (mezi 450 a 850°C u austenitických ocelí, nad 900°C u feritických ocelí) na hranicích zrn vylučují karbidy chrómu. Takové působení tepla se vyskytuje např. při svařování v blízkosti svarového spoje (přechodové pásmo). To způsobuje místní ochuzování o chróm v okolí vyloučených karbidů chrómu. V praxi semezikrystalové korozi uaustenitických ocelí čelí tím, že se výrazně snižuje obsah uhlíku, nebo že se uhlík váže na přidávaný titan nebo niob.
6.   Způsobilost ke svařování
V mnohých oblastech použití korozivzdorných ocelí je svařitelnost jednou z nejdůležitějších vlastností pro jejich zpracování. Vedle požadovaných vlastností pevnost a tažnost svarových spojů musí korozní odolnost svarových spojů a přechodového tepelně ovlivněného místa odpovídat korozní odolnosti základního materiálu. Bezpečnost a životnost celé svařené konstrukce závisí na jakosti svarového spoje. Ke splnění těchto požadavků se musí vedle vhodných přídavných materiálů pro svařování používat i optimalizované technikysvařování ve spojení s navazujícím pečlivým dokončovacím opracováním spoje. Velkou většinu korozivzdorných ocelí lze v praxi spojovat tavnými i odporovými svařovacími postupy. Používání autogenního svařování se nedoporučuje.
            Feritické oceli musí se ale při něm počítat s poklesem tažnosti. Při vysokých požadavcích na odolnost proti korozi se dává přednost použití stabilizovaných ocelí. Všechny feritické oceli mají v teplem ovlivněné zóně sklon k silnému růstu zrna a měly by se proto svařovat s co možná nejmenším přívodem tepla.
            Martenzitické oceli jsou ke svařování vhodné jen podmíněně, oceli s vysokými obsahy uhlíku se nesvařují.
            Austenitické korozivzdorné oceli se svařují snadněji, než oceli feritické, avšak i zde je nutné dbát několika zvláštností:
- koeficient tepelné roztažnosti je o asi 50 % vyšší, což podporuje vznik deformací a zbytkových pnutí,
- tepelná vodivost je o asi 60 % nižší; tím se teplo koncentruje do oblasti svařovací zóny. Toto teplo může být účinně odváděno měděnými podložkami.
            Svařitelnost austeniticko-feritických (duplexních) ocelí s přídavnými materiály je určována hlavně vlastnostmi přechodového pásma. Ke svařování se doporučuje svařovací přídavný materiál se zvýšeným obsahem niklu. Náběhovým barvám je třeba zabránit, nebo se po svaření musí chemicky případně mechanicky pečlivě odstranit, aby se zajistila korozní odolnost svarového spoje.
              Převod označení ocelí je možno najít zde
7.   Základní rozdělení ocelí pro potrubí
·                    jemnozrnné oceli
ČSN EN 10216-3       Bezešvé ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 3: Trubky z legovaných jemnozrnných ocelí
ČSN EN 10217-3       Svařované ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 3: Trubky z legovaných jemnozrnných ocelí
·                    oceli pro použití za zvýšených teplot
ČSN EN 10216-2       Bezešvé ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 2: Trubky z nelegovaných a legovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi při zvýšených teplotách
ČSN EN 10217-2       Svařované ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 2: Trubky z nelegovaných a legovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi při zvýšených teplotách svařované elektricky
ČSN EN 10217-5       Svařované ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 5: Trubky z nelegovaných a legovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi při zvýšených teplotách svařované pod tavidlem
·                    oceli pro použití za snížených teplot
ČSN EN 10216-4       Bezešvé ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 4: Trubky z nelegovaných a legovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi při nízkých teplotách
ČSN EN 10217-4       Svařované ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 4: Trubky z nelegovaných a legovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi při nízkých teplotách svařované elektricky
ČSN EN 10217-6       Svařované ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 4: Trubky z nelegovaných a legovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi při nízkých teplotách svařované pod tavidlem
·                    oceli pro použití při pokojové teplotě
ČSN EN 10216-1       Bezešvé ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 1: Trubky z nelegovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi při okolní teplotě
ČSN EN 10217-1       Svařované ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 1: Trubky z nelegovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi při okolní teplotě
·                    oceli pro hořlavá média
ČSN EN 10208-1 (421907) Ocelové trubky pro hořlavá média Technické dodací podmínky – Část 1 Trubky s požadavky třídy A
ČSN EN 10208-2 (421908) Ocelové trubky pro hořlavá média Technické dodací podmínky – Část 2: Trubky s požadavky třídy B
·                    nerezavějící oceli
ČSN EN 10216-5       Bezešvé ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 5: Trubky z korozivzdorných ocelí
ČSN EN 10217-7       Svařované ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 7: Trubky z korozivzdorných ocelí
 

Náhledy fotografií ze složky Materiály