1
ČELICI
Čelici
su legure železa sa ugljenikom i drugim elementima. Čelici pred-stavljaju najčešće
korišćenu grupu mašinskih materijala. U novije vreme poznato je nekoliko hiljada raznih vrsta
čelika, koje se koriste u gotovo svim oblastima mašinske tehnike.
DOBIJANJE ČELIKA
Dobijanje čelika se svodi na rafinaciju gvožđa dobijenog u visokoj peći i dodavanju
ferolegura. Gvožđe za preradu u čelik sadrži do 4% C, 1,4% Si, 1,5% Mn, 0,25% P i 0,12% S.
Stoga se u procesu dobijanje čelika sad-ržaji ovih elemenata svode na zahtevane vrednosti.
Rastopljeno gvožđe prerađuje se u čelike u:
• u Simens-Martenovoj peći (plameni postupak);
• u elektropeći (pretapanjem) i
3
Izbor postupka za dobijanje čelika zavisi od više faktora, a najvažniji su kvalitet i cena
dobijenog čelika, kao i hemijski sastav gvožđa, tj. njegova čistoća. Na primer, za Simens-
Martenov postupak i za pretapanje u elek-tropećima gvožđe, kao polazna sirovina, treba da
ima što manje primesa, tj. da je što veće čistoće. Pri tome se dobija čelik boljeg kvaliteta, ali
skuplji od konvertorskog čelika. Za primenu konvertorskih postupaka koriste se gvožđa sa
većim sadržajem silicijuma (Besemerov postupak), odnosno sa većim sadržajem fosfora
(Tomasov postupak), koji pri prečišćavanju gvožđa daju dodatnu količinu toplote.
Oksidacija u procesu dobijanja čelika biće objašnjena na primeru kon-vertorskog postupka.
Kod konvertorskog postupka gvožđe (sa čeličnimotpacima i do 30%) se ubacuje u konvertor
bačvastog oblika, koji je iznutra obložen odgovarajućom vatrostalnom oblogom, Nepo-sredno
pre početka reakcije sa kiseonikom dodaje se topitelj, koji pomaže izdvajanje troske na
površini rastopljenog čelika, U konvertor se spušta cev sa kiseonikom (vazduhom).
Čist kiseonik reaguje sa železom iz gvožđa:
2Fe + O2 = 2FeO,
Oksid FeO reaguje sa ugljenikom i primesama:
FeO + C = Fe + CO
2FeO + Si = SiO2 + Fe
FeO + Mn = MnO + Fe
5FeO + 2P = P2O5 +Fe.
Ove reakcije prati oslobađanje toplote, koja je dovoljna da čelik ostane u tečnom stanju, a
produkti oksidacije (CO, SiO2, MnO, P2O5) odlaze u trosku ili u vazduh. Na taj način se
sadržaj C, Si, Mn i P dovodi na potreb-nu meru, dok se za smanjenje sadržaja sumpora koristi
kalcijum iz topi-telja koji gradi hemijsko jedinjenje CaS, koje takođe odlazi u trosku. Sma-
njenje sadržaja ugljenika, sumpora, fosfora, mangana i silicijuma tokom opisanih procesa u
konvertoru je prikazano na sl. 6.2. Na primer, ako se sadržaj ugljenika od 4% smanji na 2%,
što odgovara maksimalnoj rastvor-ljivosti ugljenika u čeliku, sl. 5.4, znači da je u procesu
oksidacije došlo do sagorevanja ugljenika.
Pred izlivanje, čelicima se dodaju mangan, silicijum i aluminijum kao dezoksidatori.
Dezoksidacija se odvija prema sledećim hemijskim jednači-nama:
FeO + Mn → MnO + Fe
2FeO + Si → SiO2 + 2Fe
3FeO + 2Al → Al2O3 + 3Fe.
Nastala hemijska jedinjenja se odstranjuju u vidu troske.
Naredna faza u dobijanju čelika je oblikovanje prilikom prelaza iz tečnog u čvrsto stanje.
Tečni čelik se lije u metalne kalupe – kokile, sl. 6.1e, gde očvršćava u tzv. ingote. Oni se
zatim zagrevanju na približno 1200°C i valjaju u poluproizvode različitih dimenzija
(blumove, slabove i gredice). Naknadnim hladnim ili toplim valjanjem dobijaju se deblji ili
tanji limovi, žice i slični poluproizvodi.
4
Tradicionalni način livenja ingota sve više se zamenjuje kontinualnim livenjem, sl. 6.3.
Rastopljeni čelik se izliva u pomoćnu posudu, gde se sa površine uklanjaju nečistoće, a zatim
se ravnomerno i neprekidno propušta kroz bakarni kristalizator u kome počinje očvršćavanje i
komoru za hlađenje, gde se očvršćavanje završava, sl. 6.3. Odlivak se izvlači, savija i
ispravlja, da bi ušao u uređaj za sečenje brzinom jednakom brzini ulivanja u pomoćnu posudu.
Za izvlačenje odlivka koristi se čelična šipka, tzv. starter. Sam postupak ima niz prednosti u
odnosu na livenje ingota, jer se
dobija homogenija i sitnozrnija struktura čelika usled veće brzine hlađenja, a postupak je i
ekonomičniji.
U procesu dobijanja i izlivanja čelik veoma lako rastvara gasove (O2, N2, H2, CO2 i CO) koji
izazivaju poroznost i nehomogenost strukture, što se loše odražava pre svega na mehaničke
osobine. Prema količini zaostalih gasova u toku očvršćavanja čelici se dele na neumirene,
poluumirene i umirene.
Neumireni čelici sadrže do 0,3% C i oko 0,02% Si, i nepotpuno su dez-oksidisani sa Mn i Al
(dezoksidatori). Odlikuju se prisustvom gasnih pora duž spoljašnje strane ingota, sl. 6.4a, što
obezbeđuje mekši površinski sloj, a time i lakšu obradu deformacijom na hladno. Koriste se
za izradu limova i šipki. Pore prisutne u neumirenim čelicima utiču na smanjenje žilavosti,
dinamičke čvrstoće i sposobnosti za zavarivanje.
Umireni čelici sadrže više od 0,3% C i od 0,15-0,6% Si. Oksidi se dezok-sidacijom ne
udaljavaju, već stvaraju suspenziju u rastopu i ostaju u očvrs-lom čeliku. U umirenim čelicima
nema gasnih mehurova, ali se na vrhu ingota formira lunker-šupljina, sl. 6.4b, koja se otklanja
odsecanjem. Umi-reni čelici imaju homogenu strukturu bez šupljina i pogodni su za rad na
niskim temperaturama.
Poluumireni čelici sadrže od 0,3-0,9% C i oko 0,15% Si, a dezoksidisani su u većoj meri nego
neumireni. Osim Mn i Al, kao dezoksidator deluje i Si. Pore su koncentrisane na gornjem delu
odlivka sl. 6.4c. Primenjuju se za izradu profila i debljih limova. Dobijanje im je ekonomično.
PODELA ČELIKA
Čelici mogu da se podele prema:
- hemijskom sastavu,
- nameni,
- strukturi,
- načinu dobijanja,
- kvalitetu,
- obliku i stanju poluproizvoda.
Prema hemijskom sastavu
čelici se dele na:
- ugljenične čelike,
- legirane čelike.
