×
Při výběru ocelových plechů z uhlíkové oceli je prvním krokem porovnat vlastnosti materiálu s požadavky konkrétního projektu. U rozsáhlých stavebních prací, jako je výstavba mostů, většina inženýrů volí ocel ASTM A36, která má minimální mez kluzu 250 MPa a vynikající svařitelnost. U tlakových nádob je situace jiná – potřeba je odolnější materiál, a proto se obvykle specifikují oceli třídy A516. Tyto materiály odolávají teplotním rozsahům od mínus 29 stupňů Celsia až po 343 stupňů Celsia, aniž by docházelo k jejich degradaci. Pokud jde o námořní aplikace, kde slaná voda neustále napadá kovové povrchy, pak se jako rozumná volba uplatní měď obsahující oceli, jako je ASTM A588. Tyto speciální slitiny odolávají korozi mnohem lépe než běžná ocel, což znamená, že zařízení vydrží v těchto náročných podmínkách podstatně déle – podle terénních testů provedených během několika let až o 25 až 40 procent déle.
Výběr materiálu řídí tři mechanické vlastnosti:
Provozní podmínky, jako jsou UV záření a chemický kontakt, mohou způsobit degradaci neochráněné uhlíkové oceli rychlostí 0,5–1,2 mm/rok, což zdůrazňuje potřebu ochranných úprav pro dlouhodobé instalace.
Ocel ASTM A36 je rozhodně levnější než vysokopevná ocel A572, pravděpodobně o 15 až 20 procent. Pokud se však na věc podíváme z jiného úhlu, ocel A572 má přibližně dvojnásobnou mez kluzu než běžná ocel A36. To znamená, že inženýři mohou použít tenčí materiál, aniž by obětovali konstrukční stabilitu, čímž se dlouhodobě ušetří na hmotnosti a nákladech na materiál. I náklady na údržbu v průběhu času vykazují odlišný obraz. Studie ukazují, že použití odolných ocelí vůči korozi nebo nanášení vhodných ochranných povlaků snižuje náklady na výměnu přibližně o 60 procent po patnácti letech či podobně. U konstrukcí určených k trvalému užívání má tento přístup finanční smysl, i když počáteční investice na první pohled vypadá vyšší.
Při diskusi o ocelových deskách nám mez pevnosti v tahu v podstatě říká, jaké napětí může materiál vydržet, než se úplně rozlomí. Mez kluzu je dalším důležitým měřítkem, které ukazuje, kdy kov začne trvale deformovat pod tlakem. Dalším parametrem je prodloužení, které měří, jak moc se materiál před porušením prodlouží, vyjádřené v procentech. To nám dává představu o tom, jak je ocel skutečně tažná nebo pružná. Vezměme si například ASTM A36. Tato konkrétní třída má rozsah pevnosti v tahu mezi přibližně 36 ksi až 80 ksi. Tyto vlastnosti činí ASTM A36 vhodnou volbou pro konstrukce, které musí nést těžké zatížení, jako jsou mostní konstrukce a konstrukční rámy budov, kde jsou vyžadovány jak pevnost, tak určitý stupeň pružnosti.
Obsah uhlíku přímo ovlivňuje tvrdost a odolnost proti nárazům:
| Obsah uhlíku | Tvrdost (Rockwell B) | Odolnost proti nárazům | Příklady aplikací |
|---|---|---|---|
| Nízký (0,05–0,25 %) | 50–70 HRB | 80–100 J | Obecná konstrukce, základy strojů |
| Střední (0,30–0,60 %) | 75–100 HRB | Střední | Průmyslové strojírenské zařízení, mosty |
| Vysoká (0,61–1,50 %) | 92+ HRB | Vyšší pevnost, nižší houževnatost | Nástroje, pružiny |
Oceli střední uhlíkové, jako je ASTM A572, těží z tepelného zpracování, které vyrovnává tvrdost a odolnost proti lomu, zejména v chladných prostředích.
Podle nedávného výzkumu z roku 2022 od ASM International mohou některé tepelně zpracované oceli vydržet více než milion zatěžovacích cyklů při polovině jejich maximální únosnosti. Tato odolnost závisí významně na faktorech, jako je stav povrchu – neboť různé povrchové úpravy, jako je broušený povrch versus valchovaný povrch, výrazně ovlivňují celkový únavový výkon díky koncentracím napětí způsobeným ostrými hranami nebo povrchovými nespojitostmi. Účinná kontrola koroze dále prodlužuje životnost těchto materiálů, což činí ochranné povlaky nezbytnými pro dlouhodobé instalace v agresivních prostředích
Zvýšení obsahu uhlíku (0,30–0,60 %) zvyšuje pevnost, ale snižuje svařitelnost. Správné tepelné zpracování, jako je předehřátí na 150–200 °C, může pomoci vyhnout se problémům s vodíkovým vznikem trhlin. U oceli ASTM A516 Grade 70 s tloušťkou 25 mm je nutné použít opatření předehřátí nastavené přibližně na 95 °C spolu s tepelnými postupy po svařování pro dosažení optimálních výsledků během složitých výrobních úloh.
Ocel obvykle má minimální mez kluzu kolem 36 ksi, zatímco její tažná pevnost se pohybuje přibližně mezi 58 až 80 ksi. ASTM A36 je široce používaná nízkouhlíkatá konstrukční ocel, která nabízí vyvážené mechanické vlastnosti ideální pro obecné stavební aplikace, jako jsou konstrukce budov nebo mostní konstrukce. Její schopnost zůstat houževnatá pod zatížením ji činí dostatečně univerzální pro různé inženýrské úkoly, kde jsou klíčovými provozními parametry pevnost a pružnost.
I když je ASTM A36 vhodná pro běžné stavební projekty, není ve scénářích, kdy je potřeba větší pevnost bez újmy na pružnosti, tak vhodná jako A572 Grade 50 – např. pro dlouhé mostní nosníky vyžadující poměr pevnosti k hmotnosti 1,5:1 nebo odolné jeřábové dráhy vystavené opakovaným dynamickým zatěžovacím silám.
Uhlíková ocel ASTM A516 má vynikající houževnatost až do subzero teplot, což je činí obzvláště cennými při práci s křehkými materiály náchylnými k lomu, které jsou běžné u zásobníků na zkapalněný ropný plyn (LPG), stejně jako krátkodobou odolnost vůči vysokým teplotám kolem osmi set stupňů Fahrenheita, což je zásadní při výrobě produktů určených speciálně pro extrémní chladné nebo horké podmínky.
| Třída | Obsah uhlíku (%) | Obsah manganu (%) | Maximální obsah fosforu (%) |
|---|---|---|---|
| Astm a36 | ≤0,26 | 0,60–0,90 | 0.040 |
| ASTM A572 | ≤0,23 | 1,15–1,65 | 0.035 |
| Astm a516 | 0,24–0,3 | 0,85–1,20 | 0,035 nebo méně |
Materiály s nízkým obsahem uhlíku jsou zvláště vhodné pro obráběcí operace, které vyžadují menší úsilí než jejich vyšší jakostní protějšky. Příslušné válcovny zpracovávající A36 dosahují úspory nákladů na nástroje CNC v řádu asi 15 % ve srovnání s nástroji používanými pro vývoj ohraničovacích produktů obohacených manganem, jako jsou ty, které využívají pokročilé slitinové materiály (AISI)
Klíčové faktory zahrnují shodu vlastností materiálu s požadavky projektu, hodnocení mechanických vlastností, jako je mez pevnosti, rázová houževnatost a odolnost proti korozi, a vyvážení nákladové efektivity s dlouhodobým výkonem.
Ocel ASTM A36 se primárně používá ve výstavbě a výrobě díky vyváženému poměru pevnosti a pružnosti, což ji činí vhodnou pro konstrukční prvky mostů, stavební konstrukce a základy těžkých strojů.
Vyšší obsah uhlíku zvyšuje tvrdost a pevnost, ale snižuje svařitelnost. Středně uhlíkaté oceli, jako je ASTM A572, jsou často tepelně upravovány, aby byla dosažena rovnováha mezi tvrdostí a odolností proti lomu.
ASTM A516 se používá pro tlakové nádoby díky své vynikající houževnatosti až do subnulových teplot a schopnosti potlačit šíření trhlin, což ji činí ideální pro kritické aplikace, jako jsou zásobníky na LPG.
Aktuální novinky
EN
