Ocel se ve světě průmyslu a stavebnictví řadí mezi nejdůležitější materiály. Její všestrannost, dostupnost a jedinečné fyzikální vlastnosti ji činí nezbytnou součástí moderního života. K čemu všemu se používá? Jak přesně se ocel vyrábí? A jakých materiálů je k tomu zapotřebí?
Ocel jako základní kámen průmyslu
Ocel je slitina železa a uhlíku, vyznačující se velkou pevností při nízké hmotnosti. Ocel má bohatou historii sahající až do starověku, nicméně masová výroba oceli se datuje až do 2. poloviny 19. století, kdy se ve vysokých pecích začalo pracovat s koksem. Výrobu oceli za konkurenceschopné ceny umožnil vynález konvertoru skotského inženýra Henryho Bessemera.
V dnešní době se ocel používá ve široké škále odvětví. Je základním stavebním materiálem pro výrobu automobilů, lodí a vlaků, ale také mostů a výškových budov. Ocel je nepostradatelným materiálem v drtivé většině strojírenských odvětví a využívá se pro konstrukce vysoce namáhaných průmyslových hal. Pro své estetické vlastnosti je vyhledávaná řadou umělců a interiérových designerů. Díky své pevnosti a odolnosti je také klíčovým materiálem pro výrobu zbraní. Mimo to se ocel používá i v domácnosti, ve formě spotřebičů, nábytku a kuchyňských potřeb.
Z čeho se ocel vyrábí?
Výchozím materiálem pro výrobu oceli je surové železo. Železo se získává ze dvou hlavních zdrojů, z rudních ložisek nebo z recyklace staré oceli. Nejčastěji používanými rudami jsou hematit (Fe2O3) a magnetit (Fe3O4), které se těží z povrchových i podzemních dolů po celém světě. Z ekonomických i ekologických důvodů je významným zdrojem železa také recyklovaná ocel.
Druhou klíčovou složkou je uhlík, který dodává oceli její pevnost a tvrdost. V oceli ho však musí být méně než 2,14 %, jinak by se totiž jednalo o litinu. Při výrobě oceli se používá koks, což je zbytkový produkt odvozený z černého uhlí, ze kterého jsou odstraněny nečistoty a plyny v peci s omezeným přístupem kyslíku při teplotách nad 1000 °C. Běžně se vyrábí přes 2000 druhů oceli, které se liší v závislosti na chemickém složení, struktuře i fyzikálních vlastnostech.
Proces výroby oceli
Dnes se ocel většinou vyrábí metalurgickým procesem, během kterého se odstraňuje přebytečný uhlík a další nežádoucí prvky, jako je fosfor a síra, a dodávají se žádoucí prvky, ať už mangan, hliník či křemík. Zhruba 70 % oceli se vyrábí v kyslíkových konvertorech, v nichž je možné vyrábět všechny druhy uhlíkových ocelí. Konvertor vhání do roztaveného surového železa vzduch nebo kyslík, čímž dochází k odstranění přebytečného uhlíku, křemíku, síry a fosforu a vzniká tak tavenina oceli.
Surové železo se nejprve taví v tavicí peci při extrémně vysokých teplotách, často nad 1500 °C. V této fázi se do tavící masy přidávají další legující prvky, jako je chrom, mangan nebo nikl, aby se dosáhlo požadovaných vlastností oceli. Tavenina se poté odlévá do forem, kde ztuhne do podoby tzv. slévárny. Tyto formy mohou mít různé tvary a velikosti podle požadovaného výsledného produktu.
Zpracování oceli
Po vychladnutí se ocel dále zpracovává různými metodami, jako je válcování, tažení, nebo tepelné zpracování (např. kalení nebo popouštění), aby měla požadované vlastnosti, zejména pevnost, tvrdost nebo odolnost vůči korozi. Válcováním za tepla se vyrábějí tyče, kolejnice a trubky. Při tažení se polotovar protahuje otvorem menším, než je rozměr polotovaru, díky tomu lze dosáhnout přesných rozměrů a tvarů. Podle způsobu využití se pak ocel strojně nebo ručně obrábí jako ostatní kovy. Požadovaného povrchu či tvaru lze dosáhnout například vrtáním, soustružením, frézováním nebo broušením.
