ЧЕЛИК

Под челиком се подразумевају врсте гвожђа које садрже мање од 2 % угљеника, тј челик је легура гвожђа која садржи поред угљеника и неке груге елементе а пре свега силицијум, манган (као сталне примесе), затим хром, никл, молибден, ванадијум, титан, алуминијум, бакар као (легирајуће елементе). Познато је неколико хиљада разних челика почев од оних који су меки и могу се извлачити у веома танке листиће па до веома тврдих који се користе за израду алата.

Добијање челика своди се на пречишћавање сировог гвожђа из високе пећи смањењем садржаја угљеника, силицијума, мангана и других елемената.Растопљено бело сирово гвожђе из високе пећи преноси се у одговарајуће пећи за производњу челика. У производњи челика примењују се разне методе и технике а најчешће:

конверторска метода (Бесемерова и Томасова), Сименс-Мартинова (пламени поступак), Електрометоде (претапањем).

Конверторска метода добијања челика:Конвертор је крушкастог облика, направљен од јаког челичног лима и

изнутра обложен ватросталним опекама. Конвертори могу да се обрћу око осовине. У дно конвертора уграђене су цеви кроз које се у току процеса удувава ваздух под притиском. Конвертор се најпре постави у хоризонтални положај и пуни течним гвожђем до висине отвора (код Томасовог поступка додаје се и креч). Затим се почне са продувавањем белог сировог гвожђа ваздухом а конвертор се доводи у вертикалан положај. Процес се изводи на високој температури од 1350-1650 0С тако да маса у конвертору остаје течна. Топлота се добија сагоревањем примеса. Продукти сагоревања (гасови и шљака) буду захваћени струјом ваздуха и избацују се из пећи. Тако се за кратко време (око 15-20 минута), бело сирово гвожђе чисти, а добијени челик се излива обртањем конвертора.

Основна разлика између Бесемеровог и Томасовог процеса је у саставу облоге за конвертор, који условљава и састав сировог гвожђа које ће се прерађивати у челик. Бесемеров конвертор има киселу облогу тако да не смеју да се додају базни додаци за везивање фосфора и сумпора јер могу да нагризају киселу облогу. Продувавањем ваздуха оксидује се део гвожђа и скоро сав угљеник , те је потребно да се оксидовано гвожђе редукује, најчешће додатком феро-мангана, а затим се додаје одоварајућа количина спрашеног кокса да би се подесио угљеник у челику.Томасов конвертор има базну облогу и може да се дода креч који везује фосфор и сумпор у згуру која се користи као фосфорно вештачко ђубриво. И овде се део гвожђа оксидује као и сав угљеник, те се добијеном челику додаје тзв сјајно гвожђе које садржи манган и угљеник.

Сименс-Мартинов поступак:Траје знатно дуже од Томас-Бесемеровог поступка (4-12 сати). Његова

предност је у томе што може да се прерађује и гвожђе које није погодно за Бесемеров или Томасов процес. Могу да се прерађују и веће количине старог гвожђа (отпаци гвожђа и челика), па чак и гвоздена руда. Разним додацима и топитељима подешава се састав челика. Сименс-Мартинов поступа се обично примењује за производњу бољих врста челика и легираних челика. Поступак се изводи на високим температурама (до18000С) у пећи која се загрева генераторским гасом. Ваздух и генераторски гас који се убацују у пећ предходно се загревају на 8000С-10000С. Облога пећи је обично базна, мада може да буде и кисела. Капацитет пећи је од 100-150 тона

Електро пећи:Електрична енергија иако скуп енергент, често се користи у производњи

челика јер се регулацијом параметара струје може регулисати количина топлоте, па се процес производње челика може водити са потребном тачношћу. Унутар пећи у којој се налази растопљено гвожђе постављене су угљене електроде. Између растопа и електрода ствара се електрични лук који растоп јако загрева (до 35000С) и готово све непожељне компоненте се излучују и одлазе у троску. Овим поступком добијају се челици изузетног квалитета и чврстоће. Такође се овим поступком добијају и легирани челици са изузетно високим тачкама топљења. Процес траје 3-4 сата.

У новије време се користи и такозвани ЛД поступак (Линц-Донавиц). То је комбиновани побољшани Бесемеров и Томасов поступак. Као оксидационо средство користи се уместо ваздуха чист кисеоник. Овим поступком постижу се

знатно веће температуре него код Томас-Бесемеровог поступка (до 25000С). Челик сиромашан угљеником тежи је и тоне. Квалитет челика је исти као и код Сименс-Мартиновог поступка само је процес знатно краћи и до 10 пута. Користи се за израду легираних и угљеничних челика.

Све ово описано до сада представља прву(високе пећи) и другу(челичане) фазу у производњи челика. Трећа фаза у производњи челика врши се ваљаоницама, где се течни челик лије се у металне калупе КОКИЛЕ где очвршћава у тзв ИНГОТЕ од којих се добијају коначни ваљани профили, дебљи или тањи лимови, жице и слични производи. У процесу производње и изливању, челик веома лако раствара кисеоник, азот, угљендиксид, угљенмоноксид који дају порозност. Заостали гасови утичу на хомогеност материјала и уједначеност механичких својстава. Јак негативан утицај гасних мехурова у челику одражава се на вредности енергије удара, динамичку чврстоћу и пластичност. У зависности од количине заосталих гасова у процесу очвршћавања разликујемо три типа ингота:

умирени, полу-умирени и неумирени челици

Умирени челици:су потпуно дезоксидисани пошто је кисеоник удаљен и порозност елиминисана. У току дезоксидације растворени кисеоник у растопљеном челику ступа у реакцију са елементима као што су алуминијум, силицијум, манган. Ови елементи граде оксиде који се уклањају из растопљеног метала. Зато ови челици имају хомогену структуру, уједначена хемијска и механичка својства, бољу динамичку чврстоћу, боље се заварују, термички обрађују и сл.Полуумирени челици: су делимично дезоксидисани. Они садрже мању порозност и то обично у врху централног дела ингота, са малом шупљином због скупљања или без ње. Употребљавају се у високоградњи као носачи, решетке, оквири.Неумирени челици: Гасови су делимично одстрањени. Имају мек површински слој који омогућава обраду деформисањем на хладно. Присуство гасова

,

Традиционални начин ливења ингота све више се замењује континуалним ливењем.

ПОДЕЛА ЧЕЛИКА

Челици могу да се поделе према: хемијском саставу (угљенични и легирани челици), намени (конструкциони, алатни, челици са посебним својствима),

структури (феритни, подеутектоидни, еутектоидни, надеутектоидни, ледебуритни, аустенитни, мартензитни),

начину добијања (Томасов, Бесемеров, Сименс-Мартинов, електро челици)

квалитету (обични, квалитетни, високо квалитетни, племенити), облику и стању полупроизвода (ваљани, вучени, ковани, ливени,

брушени,...)

УГЉЕНИЧНИ ЧЕЛИЦИ

Угљенични челици су легуре гвожђа и угљеника (са садржајем С до 2%), у којим асу присутне примесе. На угљеничне челике отпада 90% светске призводње челика, па они представљају основни материјал у машинској индустрији. Угљеник је основни и најутицајнији елемент од којег зависе структура и особине челика. Поред угљеника у овим челицима могу да се нађу и неки други елементи. То су пре свега, стални пратиоци (силицијум, манган, фосфор и сумпор) а затим и још неки као што су (никл, хром, волфрам, ванадијум, молибден, кобалт и др). Према садржају угљеника ови челици се деле на:

Нискоугљеничне до 0,25 %С Средњеугљеничне од 0,25% до 0,6% Високоугљеничне преко 0,6%

Према намени угљенични челици се деле: на конструкционе до 0,6 % С и алатне челике преко 0,6%С:

ЛЕГИРАНИ ЧЕЛИЦИ

Легирани челици поред угљеник садрже и неке друге елементе који утичу н асвојства челика. Који ће се елемнт додати зависи од тога која својства се желе постићи. У поређењу са угљеничним челицима легирани имају боља механичка својства, већа им је отпорност на корозију, подносе повишене температуре, већа им је прокаљивост. Међутим за њих се може рећи да су скупљи, топлотна проводљивост им је често слабија, теже се обрађују скидањем струготине, теже се заварују. На основу испитивања утврђено је да челици имају знатно боља својства ако су вишеструко легирана(са два или више елемената). Могу да буду:

нисколегирани (до 5% легирајућих елемената) и високолегирани(преко 5%).

Према најутицајнијем елементу могу да буду никлови, хромови, силицијумови, волфрамови, кобалтови, манганови и тд.