Legovanie ocelí

1. ZÁKLADNÉ POJMY A ROZDELENIA

LEGOVANIE je zvyšovanie obsahu prímesových prvkov v oceli, za účelom zlepšenia mechanických vlastností, alebo pre získanie špeciálnych fyzikálnych a chemických vlastností. Prvky, ktorých obsah zvyšujeme sa nazývajú LEGÚRY.

Legované ocele môžeme rozdeliť podľa percentuálneho obsahu legúr do 3 základných skupín:
nízkolegované (do 5%)
strednelegované (5-10%)
vysokolegované (nad 10%)

Legúry delíme podľa ich vplyvu na oblasť:
Austenitotvorné- rozširujú oblasť γ (nikel, mangán, kobalt, dusík, uhlík ...)
Feritotvorné- uzatvárajú oblasť γ (molybdén, vanád, chróm, bór, tantal, síra...)

2. LEGUJÚCE PRVKY

Chróm
Je najčastejšie používanou legúrou. Zlepšuje pevnosť za tepla a zvyšuje odolnosť voči tvorbe okovín, hlavne pri vyšších obsahoch. Tepelná a elektrická vodivosť, teplotná rozťažnosť a vrubová húževnatosť sa s prísadou Cr znižujú. Karbidy Cr zvyšujú pevnosť ocelí a odolnosť voči oteru. Prísada Cr nad 13% robí oceľ odolnou voči korózii a iným chemickým vplyvom. Pri prítomnosti chrómu sa oceľ stáva kaliteľnou v oleji a na vzduchu.

Mangán
Má veľkú afinitu ku kyslíku, preto pôsobí silne dezoxidačne. So sírou tvorí sulfid, čím znižuje jej nepriaznivý vplyv na vlastnosti ocele. U konštrukčných ocelí zvyšuje medzu sklzu a pevnosť v ťahu, a tiež znižuje prekryštalizačné teploty a zväčšuje prekaliteľnosť. Ocele s obsahom Mn cez 12% sú veľmi oteru vzdorné. Mangán vplýva aj na tepelnú a elektrickú vodivosť- znižuje ich.

Molybdén
Karbidotvorný prvok, ktorý zvyšuje prekaliteľnosť, medzu sklzu a pevnosť ocele. Robí oceľ odolnejšou za vysokých teplôt, uľahčuje tvorbu jemnozrnej štruktúry. U rýchlorezných ocelí zvyšuje rezivosť. Pozitívne ovplyvňuje odolnosť ocele voči korózii a chemickým vplyvom.

Hliník
Najpoužívanejšie dezoxidovadlo. Silne zmenšuje náchylnosť ocele k stárnutiu. Obvykle sa ním legujú nitridačné ocele, lebo má sklon k tvorbe tvrdých nitridov. Zvyšuje odolnosť ocele voči tvorbe okovín a pri výrobe trvalých magnetov na báze Fe-Ni-Co-Al zvyšuje koercitívnu silu. V malých dávkach podporuje jemnozrnosť.

Bór
Pre veľkú schopnosť absorbovať neutróny sa využíva u ocelí pre jadrovú energetiku. Zlepšuje prekaliteľnosť a vrubovú húževnatosť ocelí určených k zušľachťovaniu a cementovaniu. Zvyšuje pevnosť pri vyšších teplotách, ale nevýhodou je znižovanie odolnosti voči korózii.

Vanád
Má značnú afinitu ku kyslíku, pôsobí denitridačne, zjemňuje štruktúru a zlepšuje húževnatosť. Je silne karbidotvorným prvkom, čim zvyšuje odolnosť proti opotrebeniu, rezivosť ocele a pevnosť za tepla. Najviac sa využíva v oceliach pre prácu za tepla, v oceliach žiaruvzdorných a rýchlorezných , a tiež pružinových.

Nikel
Zjemňuje zrno, tým značne zvyšuje medzu sklzu a vrubovú húževnatosť i v pásme nižších teplôt. Preto sa používa hlavne u konštrukčných ocelí určených k cementovaniu a zušľachťovaniu. U korozivzdorných ocelí s vysokým obsahom Cr podporuje tvorbu austenitickej štruktúry. Zvyšuje odolnosť voči chemikáliám s redukčným účinkom.
Kremík
Zlepšuje magnetické vlastnosti ocele, odolnosť voči tvorbe okovín, odolnosť voči opotrebeniu a zvyšuje pevnosť. Obsah nad 12% robí oceľ odolnou voči kyselinám, takéto odliatky sú však neobrobiteľné. Široké vyžitie má v oblasti dynamových a transformátorových plechov, pretože znižuje elektrickú vodivosť, koercitívnu silu i wattové straty.

Ďalšie používané prvky
Wolfrám- požíva s predovšetkým u rýchlorezných ocelí a ocelí odolávajúcich vysokým teplotám
Zirkón- využíva sa k denitridácii, dezoxidácii a odsíreniu , zabraňuje lomu za červeného žiaru.
Horčík- veľmi účinné dezoxidačné a odsírovacie činidlo.

Nežiadúce prvky
Arzén- zvyšuje popúšťaciu krehkosť a znižuje zvariteľnosť.
Vodík- spôsobuje krehnutie ocele,je príčinou vzniku obávaných vločkových trhlín.
Dusík- znižuje húževnatosť a podmieňuje výskyt medzikrištalickej korózie.
Kyslík- zvyšuje náchylnosť ocele ku krehnutiu pri stárnutí, podporuje vznik lomu za červeného žiaru a znižuje vrubovú húževnatosť.
Fosfor- vo väčšine prípadov je nežiaduci, zvyšuje popúšťaciu krehkosť, čo sa prejavuje
lámavosťou za studena a je náchylný k odmiešavaniu z taveniny.

3. FORMY LEGÚR A MIESTO ZAVEDENIA

Prvky používané ako legúry majú neohraničenú alebo čiastočnú rozpustnosť v železe. V niektorých prípadoch sa používajú na legovanie i kovy v železe nerozpustné, akým je napríklad olovo, vo výrobe automatickej ocele.
Legujúce prvky sa používajú najčastejšie vo forme ferozliatin (napríklad ferochróm, feromolybdén, ferosilícium, feromangán...).
Miesto zavedenia je rôzne, môže to byť do panvy, do pece i do vsádzky. Čas zavedenia závisí hlavne od afinity legúry ku kyslíku.

V tabuľke je prehľad formy legúr, miesta zavedenia a % prepalu

legúra.......Forma legúry.........Miesto zavedenia (a čas)........% prepalu
Ni..........Nikel........................Do vsádzky
Mo........Feromolybdén..........Na začiatku varu
Cr.........Ferochróm...............Do pece................................15-20
Cr.........Silikochróm..............Do pece................................15-20
Mn........Feromangán.............Do pece................................15-25
Si..........Ferosilícium..............Do panvy..............................10-20
V..........Ferovanád...............Do panvy...............................15-25
Ti..........Ferotitan..................Do panvy..............................50-60
B..........Ferobór...................Do panvy po Al a Ti................30-60
S..........Síra........................Do panvy...............................30

4. VÝPOČET MNOŽSTVA LEGÚRY

X = T.(A - a)/ b. (100-c) [kg]
kde
T - hmota tekutej ocele [kg]
A - zadaný obsah prvku v oceli [%]
a - momentálny obsah prvku v oceli [%]
b - prepal prvku vo ferozliatine [%]
c - prepal [%]

5. ZÁVER

Legovanie je dôležitým technologickým postupom pri výrobe ocelí. Pridaním legujúceho prvku sa zmenia mechanické, fyzikálne i chemické vlastnosti vyrobenej ocele, čo umožňuje získať ocele požadovaných vlastností pre jednotlivé odvetvia. To prináša zvýšenie kvality a ekonomický prínos do výroby.