1. UVOD

Poznato je da je čelik najvažnija metalna legura. U ovom radu dat je pregled proizvodnje čelika tokom, podele čelika, označavanje čelika. Ukratko su opisani istorijski postupci proizvodnje čelika. Takođe su raspravljani današnji postupci proizvodnje čelika kao i proizvodnja čelika u razvijenim državama sveta. Zapaženo je da je između 1950. i 1975. godine ostvaren najveći porast proizvodnje čelika (od 240 mil. t do 700 mil. t). Proizvodnja čelika tokom 2000. godine je bila 847,2 mil. t, što je za 7,4% više nego 1999 godine. Čelik je zeleni materijal jer se oko 45% proizvedenog čelika reciklira. Nezavisno o svim promenama čelik će biti glavni konstrukcijski materijal u budućnosti. Velika pažnja će se poklanjati kvalitetu čelika (sekundarna metalurgija), primeni direktno redukovanog gvožđa za proizvodnju čelika, smanjenju oligoelemenata, osiguranju kvaliteta kao i permanentnoj edukaciji zaposlenih i menadžmenta.Gvožđe u čistom obliku nije primenljivo za tehničku upotrebu pa uglavnom služi samo za neke specijalne namene. Nasuprot tome, čelik ima znatno bolja mehanička svojstva i šire područje primene u industriji i svakodnevnom životu. U literaturi postoji nekoliko definicija čelika. Evropske norme definišu čelik kao gvozdeni materijal pogodan za toplu preradu. Takođe, čelik se može definisati kao legura gvožđa i ugljenika (<2%) sa ili bez dodatka ostalih legirajućih elemenata. Važnost čelika u razvoju civilizacije ogleda se u činjenici da je trenutna godišnja količina proizvedenog čelika u svetu oko deset puta veća od ukupne proizvedene količine svih ostalih metala i legura. Godišnje se u svetu proizvede više od milijardu tona čelika. Čelici predstavljaju najčešće korišćenu grupu mašinskih materijala. U novije vreme poznato je nekoliko hiljada raznih vrsta čelika, koje se koriste u gotovo svim oblastima mašinske tehnike. Čelik je deformabilna legura koja pored ugljenika sadrži i određene primese koje mogu biti korisne ili štetne. Korisne primese u čeliku su npr. hrom, nikl, molibden itd., dok su štetni uglavnom fosfor i sumpor. Pored navedenih elemenata čelik može sadržati i oligoelemente (bakar, kalaj, arsen i dr.), gasove (kiseonik, azot, vodonik) koji po pravilu pogoršavaju svojstva konačnog proizvoda. Višestruka upotreba čelika prvenstveno proizlazi iz njegovih upotrebnih svojstava odnosno mogućnosti postizanja dobre kombinacije čvrstoće, žilavosti, rastezljivosti, oblikovanja deformisanjem, promene sastava legiranjem, toplotnom obradom itd. Osnovna svojstva čelika zavise od hemijskog sastava, mikrostrukture, stanja, oblika i dimenzija gotovog proizvoda.

Zbog ekonomičnog načina proizvodnje (u odnosu na druge metalne materijale) i povoljnih svojstava čelik može poslužiti za raznovrsnu primenu. Čelik se kao materijal koristi u svim granama industrije, saobraćaju, građevinarstvu, poljoprivredi, zanatstvu kao i svim drugim delatnostima…Plemeniti čelici su posebna vrsta čelika koji se dobijaju kao rezultat dodavanja određenih oplemenjivača običnom čeliku i to različitim postupcima legiranja. Plemeniti čelici upotrebljavaju se u građevini, na primjer kao sastavni delovi mašinaa ili čelici za proizvodnju specijalnih alata, na primer za izradu burgija...Čelik kao osnovni materijal za noseće metalne konstrukcije koristi se za skoro sve tipove građevinskih objekata, kao što su spratne zgrade, hangari, sportske dvorane, krovovi stadiona, garaže, mostovi, silosi, bunkeri i mnoge druge konstrukcije za specijalne namene. Visoke mehaničke karakteristike ovog materijala čine da čelične konstrukcije drže sve rekorde u građevinarstvu. Sa današnjim čeličnim konstrukcijama, lepota, umetnost i funkcionalnost se mogu spojiti na skoro neograničene načine. Ovaj materijal nudi nova rešenja i mogućnosti, što omogućava arhitektama da rasplamsaju svoju maštu i kreiraju neke od najizazovnijih građevina. Niske cene čeličnih konstrukcija, snaga, izdržljivost, fleksibilnost, prilagodljivost i pogodnost za reciklažu postavljaju čelik na prvo mesto pri izboru materijala u građevinarstvu. Metalurgija čelika u svom je razvoju prošla brojne faze. Posebna uloga pripada postupcima proizvodnje čelika koji su se s vremenom menjali zavisno od izvora energije i sirovina. Razvoj metalurgije čelika direktno je uticao na razvoj industrijskog društva. Čelik ima veliku važnost za svaku nacionalnu privredu. Privredna snaga države određena je proizvodnjom čelika jer napredak u glavnim industrijskim granama (industrija, rudarstvo, poljoprivreda, transport, itd.) nije moguć bez čelika. Jedno od merila industrijskog razvoja države je proizvodnja, odnosno potrošnja čelika po glavi stanovnika. Danas se ulažu veliki napori za proizvodnju kvalitetnijih čelika.

2. ISTORIJAT ČELIKA

Smatra se da je gvozdeno doba počelo negde između 1500-1000 g. pre Hrista, iako se prema istorijskim nalazima meteorsko gvožđe koristilo oko 4000. g. pre Hrista. Međutim, čisto gvožđe je mekše od bronze i vrlo brzo korodira, tako da je od njega bilo malo koristi, sve dok se nije uspelo dobiti ''dobro gvožđe''. Smatra se da su tajnu ''dobrog gvožđa'' prvi otkrili Hiti koji su uspeli preko 200 godina čuvati tajnu (od oko 1450 do 1200 g. pre Hrista). Oni su očito otkrili postupak prilikom kojeg su, ne znajući šta se događa, uspeli prilikom grejanja obogatiti gvožđe ugljenikom (karbonizacija) i tako ustvari napravili neku vrstu čelika. Najverojatnije su žarili gvozdenu rudu u pećima grejanim sagorevanjem drvenog uglja. Tako je gvožđe dolazilo u kontakt s ugljeničnim monoksidom pri čemu je (to znamo danas) u gvožđe ušao ugljenik, stvarajući tako čelik, koji se pokazao čvršćim nego bronza. Takav čelik je međutim bio tvrd ali jako krt. Da je tehnologija oko 1200 g. pre Hrista bila na zavidnoj visini govore nalazi čeličnih oštrica koje su imale karbonizovanu samo površinu (čvrstu), a unutrašnjost je bila od običnog gvožđa (plastičnost). Na primer, u sarkofagu uz Tutankamona nađen je gvozdeni bodež koji nije pokazivao znakove korozije ni nakon više od 3000 g. nakon izrade. Spomenimo još dva podatka. Prvi je spomenut u Homerovoj Odiseji gde se opisuje kako se karbonizovano gvožđe (oni naravno nisu znali da se karbonizovalo) zagreje do crvenog sjaja i hladi u vodi (''kaljenje'') i dobija materijal koji je vrlo tvrd, ali jako lomljiv-krt, tako da su se mačevi, iako vrlo tvrdi i oštri, lako lomili/pucali. Drugi podatak govori o vrlo kratkom grejanju (popuštanje-''annealing'') tako kaljenih predmeta do oko 6000 ºC, čime se smanjila krtost uz zadržavanje oštrine i uz malo smanjenje tvrdoće. Šta se tom prilikom događalo naravno niko nije uspeo odgonetnuti. Aristotel je pisao (384-322 pre Hrista) da je ''čelik'' (mi danas znamo da je to bio čelik) čistiji oblik gvožđa koji se dobija ''očvršćivanjem'' u vatri drvenog uglja. Da bitnu ulogu u tom procesu igra ugljenik, utvrdio je tek 1774 g. švedski metalurg S. Rinman, iako su 1532. godine postojale knjige s ''receptima'' kako napraviti čelik. Spomenimo još podatak da su za vreme krstaških ratova krstaši imali priliku ''osetiti'' oštrice sablji iz grada Damaska u Siriji (''Damascen blade''), čija proizvodnja datira od oko 500 g. pre Hrista a proizvodile su se iz posebne vrste gvožđa (ustvari neke vrste čelika), koji se nabavljao iz Indije i zvao se ''wootz''. Smatra se da je masovna proizvodnja sablji prestala u 14. veku kada je Damask osvojen. Navodno su osvajači pokupili sve sablje i poveli sa sobom preživjele kovače, koji nisu mogli nastaviti proizvodnju usled nedostatka ''wootza''.

Da se i u Indiji znalo proizvoditi kvalitetan čelik dokaz su svetski poznati čelični stub u blizini Delhija iz 4. veka (visine preko 7 metara, prečnika oko 35 cm i mase oko 6000 kg), i tri čelična stuba iz oko 12. veka kod Dhara. Nema ni do danas tragova korozije na njima. Smatra se da je to ponajviše usled sadržaja sumpora i fosfora i pogodnih klimatskih uslova. Modernim tehnikama je ustanovljeno da stub u Delhiju ima, osim gvožđa, u masenim procentima prosečno oko 0.08% S, 0.11% P, 0.46% Si i 0.08% C, a stubovi u Dharu, osim naravno gvožđa, sadrže još prosečno oko 0.013% C, 0.072% P, 0.06% Si i 0.003% S, 0.057% Cu, 0.268% Ni i tragove Mn. Podaci su ''prosečni'' usled toga jer su nađeni različiti procenti navedenih elemenata na različitim mestima stubova. Razvoj čelika obeležila je industrijska revolucija u XIX veku (s razvojem tekstilne industrije i industrije uglja). Gvožđe se topi (na 1.537 ºC) i postaje masa, iz koje se izdvaja ugljenik (na 1.130 ºC) – postaje čvršći. Od antičkog doba do srednjeg veka, gvožđe ima samo nekoliko namena i to za potrebe vojske i zemljoradnje. Prva visoka peć potiče iz XV veka, ali prva fabrika čelika – Krupova u Esenu, izgrađena je 1815.godine. Pronalaskom Besemerovog konvertora (1855.godine), Simensonove peći (1856.godine) i Martinove peći (1865.godine), liv se mogao pretvoriti u čelik. Postoje razni metodi za obradu liva, pomoću sumpora (Tomas-Gilhristov postupak, 1876.godine), od početka XX veka koristi se i kiseonik, pa i struja (1914.godine).Svet raspolaže rezervama, koje se ekonomski i tehnički mogu eksploatisati najmanje 250 godina. Na kraju XX veka, svetska proizvodnja iznosi preko 1 milijarde tona (obzirom da je sadržaj gvožđa u rudi manje-više visok, računa se samo izvađena ruda s visokim sadržajem gvožđa). Brazil je tada bio najveći svetski proizvođač (130 Mt), ispred Australije (99 Mt), Kine (73 Mt), Indije (45 Mt), Rusije (40 Mt) i SAD (37 Mt). Najveći tadašnji izvoznici, su države – Brazil (99 Mt), Australija (94 Mt) i Kanada (17 Mt) – svi su izvozili rudu s visokim sadržajem gvožđa. Veliki tadašnji uvoznici su industrijski regioni bez tih rezervi – EU (95 Mt) i Japan (80 Mt). U Evropi se od tada koristi i staro gvožđe, kao sirovina u industriji prerade gvožđa. Mesta za preradu gvožđa, vremenom su se promenila (ova industrija, u početku vezana za prisustvo uglja ili rude, dovela je u XIX veku, do stvaranja velikih industrijskih regiona ,,crnih krajeva,, Evrope – Midlend i Yorkshire u Velikoj Britaniji, sever Francuske), kao i region Pittsburgha u SAD. Od kraja XIX veka, Japanci uvode novinu stvarajući prvu primorsku industriju za obradu gvožđa. Ovakva izgradnja industrijskih objekata danas preovlađuje (u državama bez ove sirovine, koje su primorane da uvoze gvožđe i koks) – primorske luke su postale povlašćena mesta za crnu metalurgiju (kao Denkerk ili Fo-sir-Mer u Francuskoj).

Geografska raspoređenost proizvodnje gvožđa, znatno se promenila od početka XX veka. Iako je 1929.godine bilo 29 država koje su proizvodile čelik, 90% svetskog čelika proizvodio se u Severnoj Americi i Evropi. Šest država gorostasa (SAD, Japan, Francuska, Velika Britanija, Nemačka i SSSR) proizvode 1974.godine – 62,5% svetske proizvodnje čelika, a već 1997.godine (bez Ukrajne) – 52,5% svetske proizvodnje čelika. U XXI veku crna metalurgija postaje mnogo rasprostranjenija industrija (pojavili su se novi proizvođači, koji ponekad prevazilaze i bivše gorostase u sektoru). Kina, kao novi džin crne metalurgije, danas je najveći svetski proizvođač čelika (123 Mt), ispred SAD (97 Mt), i Japana (94 Mt). Brazil, Južna Koreja i Indija, danas zajedno daju 10% svetske proizvodnje čelika. Najveća fabrika nerđajučeg čelika je u Južnoj Africi (130 km od Pretorije). Južnokorejski Posko (27 Mt), postao je prvo preduzeće crne metalurgije u svetu, ispred kompanije Nippon Steel (24 Mt). Najavljenim fuzionisanjem kompanija – Usinor (Francuska), ARBED (Luksemburg) i Aceralia (Španija), EU bi trebala da stvori najveću multinacionalnu kompaniju u svetu. Sve ove kompanije, široko nadmašuju najbolju američku metaluršku multinacionalnu kompaniju US Steel (11 Mt, koja je na 11 mestu u svetu). Broj radnika u crnoj metalurgiji znatno je smanjen pre 40 godina (u Evropi, danas ima oko 312.000 zaposlenih u odnosu na 780.000 zaposlenih – 70-ih.godina XX veka). Nastojanja su u pravcu povećanja produktivnosti postrojenja, novim tehnologijama (kao što je postupak Miosotis – razrađen od strane kompanija Usinor i Tisen).Potražnja proizvoda crne metalurgije je sve veća posle faze stagnacije. U periodu od 1960.-1970.godine, svetska crna metalurgija bila je u krizi, zbog sve većeg korišćenja zamena za čelik (aluminijuma i plastične mase, jer su glavni kupci bili – automobilska industrija, brodogradnja i građevinsrstvo). Konkurencija među proizvođačima dovela je do restrukturiranja industrije u svim državama (socijalni programi, smanjenje proizvodnje, tehničke inovacije…). Od 1993.godine, godišnja potražnja u svetu za čelikom je u porastu i iznosi oko 3-4%.

3. 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- u Besemerovom ili Tomasovom konvertoru.

Bitna razlika između Simens-Martenovog postupka i pretapanja u elek- tropećima, konvertorskog postupka ogleda se u načinu dobijanja toplote potrebne za dobijanje čelika. Dok se u prvom slučaju radi o spoljašnjim izvorima toplote (sagorevanje gasa u Simens-Martenovom postupku ili električni luk kao najčešća varijanta elektropeći), dotle se za konvertorski postupak potrebna količina toplote obezbeđuje hemijskim reakcijama kojima se čelik prečišćava, prvenstveno oksidacijom pomoću kiseonika pod pritiskom.

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 čeličnim otpacima i do 30%) se ubacuje u konvertor bačvastog oblika, koji je iznutra obložen odgovarajućom vatrostalnom oblogom, sl. 1a,b. Nepo- sredno pre početka reakcije sa kiseonikom dodaje se topitelj, koji pomaže izdvajanje troske na površini rastopljenog čelika, sl. 1c. U konvertor se spušta cev sa kiseonikom (vazduhom), koja je označena strelicom na sl. 1d.

a)e)

b)

f)

d)

c)Slika 1. Konvertorski postupak dobijanja čelika: a) punjenje metalnim otpadom;

b) ulivanje rastopljenog metala; c) dodavanje pečenog kreča; d) uduvavanje kiseonika; e) izlivanje rastopljenog čelika; f) izbacivanje šljake

Čist kiseonik reaguje sa železom iz gvožđa:

2Fe + O2 = 2FeO,

Oksid FeO reaguje sa ugljenikom i

primesama: FeO + C = Fe + CO2FeO + Si = SiO2 + FeFeO + Mn = MnO + Fe5FeO + 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. 2. Na primer, ako se sadržaj ugljenika od 4% smanji na 2%, što odgovara maksimalnoj rastvor- ljivosti ugljenika u čeliku, znači da je u procesu oksidacije došlo do sagorevanja ugljenika.

Slika 2. Smanjenje sadržaja hemijskih elemenata tokom procesa oksidacije

Pred izlivanje, čelicima se dodaju mangan, silicijum i aluminijum kao dezoksidatori. Dezoksidacija se odvija prema sledećim hemijskim jednači- nama:

FeO + Mn = MnO + Fe2FeO + Si = SiO2 + 2Fe3FeO + 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. 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.

Tradicionalni način livenja ingota sve više se zamenjuje kontinualnim livenjem, sl. 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. 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.

Slika 3. Kontinualno livenje čelika

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. 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.

Slika 4. Poprečni presek ingota: a) neumireni; b) umireni; c) poluumireni čelik

Umireni čelici sadrže više od 0,3% C i od 0,15-0,6% Si. Oksidi se dezoksidacijom ne udaljavaju, već stvaraju suspenziju u rastopu i ostaju u očvrslom čeliku. U umirenim čelicima nema gasnih mehurova, ali se na vrhu ingota formira lunker-šupljina, sl. 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. 4c. Primenjuju se za izradu profila i debljih limova. Dobijanje im je ekonomično.

4. 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.

Prema nameni čelici se dele na:

- konstrukcione čelike,- alatne čelike,- čelike sa posebnim svojstvima.

Prema strukturi čelici mogu da budu feritni, podeutektoidni, eutek- toidni, nadeutektoidni, ledeburitni, austenitni i martenzitni1.

Prema načinu dobijanja razlikuju se Tomasov, Besemerov, Simens- Martenov i elektro-čelik.

Prema kvalitetu, tj. sadržaju sumpora i fosfora, čelici se dele na:- čelike običnog kvaliteta (ugljenične) sa sadržajem sumpora do 0,06% i

fosfora do 0,07%,- kvalitetne čelike (ugljenični i legirani) sa sadržajem sumpora 0,035-

0,04% i fosfora 0,035-0,04%,- visoko kvalitetne čelike (legirani) sa sadržajem sumpora do 0,025% i

fosfora do 0,025%,- plemenite čelike (legirani) sa sadržajem sumpora do 0,015% i fosfora

do 0,015%.

Prema obliku i stanju poluproizvoda čelici se dele na: valjane, vuče- ne, kovane, livene, brušene, presovane i ljuštene.

1 Martenzit je struktura koja se dobija termičkom obradom - kaljenjem, koja se odlikuje visokom tvrdoćom.

Simbol( Podgrupa čelika00 do 44 Ugljenični čelici bez utvrđenog sadržaja S i P

101 do 449 Slobodno45 do 79

451 do 799Čelici sa ograničenim sadržajem S i P. Za čelike iz

ove podgrupe delimično se ograničava sadržaj C, Si i Mn80 do 99

801 do 999Čelici sa ograničenim sadržajem S i P, delimično utvrđenim

sadržajem C, Si i Mn, i sa legirajućim elementima koji se dodaju radi postizanja specijalnih mehaničkih svojstava.

5. OZNAČAVANJE ČELIKA

Prema standardu JUS C.B0.0022 čelici se označavaju nizom slovnih i broj-

čanih simbola. Opšta oznaka čelika može da se predstavi na sledeći način:

Č XXXX(X).X(X…)-X(X…)

- slovni simbol : Č - oznaka za čelik iliČL - oznaka za čelični liv

- osnovna oznaka - sastoji se iz četiri ili pet brojčanih simbola kojima se označava vrsta čelika

- dopunska oznaka - sastoji se iz jednog, dva ili više brojčanih ili slovnih simbola ili njihovih kombinacija, kojima se označava namena, odnosno stanje proizvoda

- ostale dopunske oznake - sastoje se iz jednog, dva ili više brojčanih ili slovnih simbola ili njihovih kombinacija, kojimase po potrebi označavaju druge karakteristike čelika

Prema standardu čelici su svrstani u dve grupe:- čelici sa utvrđenim mehaničkim svojstvima i- čelici sa utvrđenim hemijskim sastavom i mehaničkim svojstvima.

Čelici sa utvrđenim mehaničkim svojstvima u osnovnoj oznaci imaju:- na prvom mestu broj 0;- na drugom mestu broj koji označava nazivnu, odnosno minimalnu

vrednost zatezne čvrstoće koja je utvrđena za čelike u toplo oblikova- nom ili normalizovanom stanju. Značenje simbola dato je u tab. 1;

- na trećem, četvrtom i petom mestu broj koji označava pripadnost čelika podgrupi, tab. 2.

Tabela 1. Značenje simbola na 2. mestu osnovne oznake čelika sa utvrđenim svojstvima

Rm, MPa - & 320

320-360

360-380

380-480

480-580

580-680

680-780

780-880 '

880simbol 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tabela 2. Značenje simbola na 3., 4. i 5. mestu osnovne oznake čelika sa utvrđenim svojstvima

( Na petom mestu se ne koristi broj 0.

2 U toku je promena ovog standarda, odnosno usaglašavanje sa EN.

Primer oznake čelika sa utvrđenim mehaničkim svojstvima je: Č0545, kod kojeg 0 označava pripadnost navedenoj grupi, 5 označava zateznu čvrstoću (480 – 580 MPa), a 45 označava da je sadržaj S i P ograničen.

Ugljenični i legirani čelici sa utvrđenim hemijskim sastavom i meha- ničkim svojstvima u osnovnoj oznaci imaju:- za ugljenične čelike na prvom mestu cifru 1;- za legirane čelike na prvom mestu brojčani simbol najuticajnijeg legira-

jućeg elementa, tab. 3. Najuticajnijim legirajućim elementom se smatra onaj element koji ima najveći proizvod sadržaja i faktora uticaj- nosti, datog u tab. 4;

- za ugljenične čelike na drugom mestu je desetostruka vrednost maksi- malnog sadržaja ugljenika zaokruženog na desetine;

- za legirane čelike na drugom mestu je brojčani simbol elementa drugog po uticaju. Kod jednostruko legiranih čelika simbol na drugom mestu je 1;

- na trećem, četvrtom i petom mestu je brojčani simbol koji označava podgrupu čelika po nameni, tab. 5.

Tabela 3. Brojčani simbol za najuticajnije legirajuće elemente

Simbol 1 2 3 4 5 6 7 8 9Legirajući element C Si Mn Cr Ni W Mo V ostali

Tabela 4. Faktor uticajnosti legirajućeg elementa

Legirajući element Si Mn Cr Ni W Mo V Co Ti Cu Al OstaliFaktor uticajnosti 1 1 4 4 7 14 17 20 30 1 1 30

Tabela 5. Simboli na 3., 4. i 5. mestu osnovne oznake čelika sa utvrđenim sastavom

Simbol ( Podgrupa čelika po nameni00 do 19

101 do 199Ugljenični čelici sa utvrđenim sastavom i legirani čelici

koji nisu namenjeni termičkoj obradi20 do 29

201 do 299Ugljenični i legirani čelici za cementaciju

30 do 39301 do 399

Ugljenični i legirani čelici za poboljšanje

40 do 59401 do 599

Ugljenični i legirani čelici za alate

60 do 69 Čelici sa naročitim fizičkim svojstvima601 do 699 Slobodno za čelike koji ne pripadaju ostalim podgrupama

70 do 79701 do 799

Hemijski postojani i vatrootporni čelici

80 do 89 Brzorezni čelici801 do 899 Slobodno ((90 do 99 Čelici za automate

901 do 999 Slobodno za čelike koji ne pripadaju ostalim podgrupama

( Na petom mestu se ne koristi nula(( Rezervisano za nove podgrupe ili za podgrupe koje su popunjene

Primeri oznake čelika sa utvrđenim hemijskim sastavom i mehaničkim svojstvima su:- Č1840, kod kojeg 1 označava da se radi o ugljeničnom čeliku, 8

označava sadržaj ugljenika (približno 0,8%), a 40 označava da se radi o alatnom čeliku;

- Č4570, kod kojeg 4 označava da je Cr najuticajniji legirajući element, 5 označava da je Ni drugi legirajući element po uticajnosti, a 70 označava da se radi o hemijski postojanom i vatrootpornom čeliku.

Dopunske oznake za namenu, odnosno stanje osnovnih proizvoda odčelika su date u tab. 6.

Tabela 6. Dopunske oznake za stanje osnovnih proizvoda od čelika

Oznaka Stanje čelika0 Bez određene termičke obrade1 Žareno2 Žareno na najbolju obradljivost

2A Termički obrađeno na zadatu vrednost zatezne čvrstoće2B Termički obrađeno na feritno-perlitnu strukturu2C Pogodno za sečenje u hladnom stanju2D Žareno na globularni cementit3 Normalizovano4 Poboljšano5 Vučeno - hladno deformisano6 Ljušteno7 Brušeno8 Kontrolisano hlađeno

8A Gašeno8B Termomehanički obrađeno9 Obrađeno po posebnim uputstvimaK Za vruće kovanje i presovanjeH Za hladno oblikovanje valjcima (profilisanje)S Za hladno presovanjeV Za vučenjeZ Za izradu zavarenih cevi

6. BUDUĆNOST ČELIKA

Izgleda da će čelik u autoindustriji za neko vreme biti zanemaren. Tome u prilog govori činjenica o porastu cena nafte i ekološkim normama koje se pooštravaju. Koji je sledeći dominantan materijal na automobilima?

Zbog niže potrošnje goriva i zadržavanja pasivne sigurnosti vozila na visokom nivou, proizvođači se već neko vreme okreću aluminijumu i kompozitnim materijalima. Čelik je težak, pa samim tim ne može da utiče na poboljšanje ekonomičnosti vozila. Najveći proizvođač čelika na svetu, ArcelorMital, objavio je da je došao do nove vrste čelika - one kakvu svet još uvek nije video. Zahvaljujući nanotehnologiji, ova kompanija razvila je nanočelik. Industrijski gigant očekuje da će ovakva tehnologija proizvodnje biti dostupna za dve do tri godine i da će proizvođaču automobila omogućiti da u proseku smanji težinu konstrukcije vozila za 85 kilograma. Osim redukovanja težine konstrukcije, i druge komponente, kao što su motor ili kočnice, mogu biti olakšane. Drugim rečima, ukupna masa automobila u tom slučaju može biti znatno smanjena. ArcelorMital je već predstavio novu vrstu čelika autokompanijama, međutim, još uvek se ne zna koja će od njih imati privilegiju da ga prva koristi. Priča se da će to možda biti Ford. Ovaj gigant mislio je i na sigurnost. Naime, pri izradi komponenti potrebno je upotrebiti mnogo manje nanočelika nego postojećih materijala. Na primer, tehnika izrade krovnih A nosača u poslednje vreme dovela je do toga da zbog debljine predstavljaju sigurnosni problem, jer stvaraji mrtav ugao. Ovom tehnologijom autoproizvođači mogli bi da stvore vozilo od čelika teško kao ono izrađeno od aluminijuma, sa većom torzijskom krutošću i po nižoj ceni. Čelik je u prednosti u odnosu na aluminijum, jer se jednostavnije popravlja i efikasnije reciklira.Međutim, proizvođači aluminijuma kao da su načuli šta se kuva u nano loncu, pa su poslednjih godina radili na ojačanju svog materijala. Naime, uskoro bi trebalo da se pojave aluminijumski paneli ojačani ugljeničnim vlaknima.

I u svetu aluminijuma se priprema novi materijal, odnosno nova mešavina, aluminijum prožet ugljeničnim vlaknima. Odlična stvar, no ipak cena je na strani nanočelika, i biće stvarnost u automobilskoj industriji za oko pet godina.

7. ZAKLJUČAK

Čelici predstavljaju najčešće korišćenu grupu mašinskih materijala.Čelik spada među materijale koji se najviše recikliraju. Današnje čelične konstrukcije se sastoje od 95% recikliranog proizvoda,koji je u potpunosti pogodan za reciklažu u budućnosti i može se ponovo koristiti bez dalje obrade. Dobijanje čelika se svodi na rafinaciju gvožđa dobijenog u visokoj peći i dodavanje ferolegura. Rastopljeno gvožđe prerađuje se u čelike u Simens-Martenovoj peći, u elektropeći ili u Besemerovom ili Tomasovom konvertoru. Naredna faza u dobijanju čelika je oblikovanje prilikom prelaza iz tečnog u čvrsto stanje. Tečni čelik se lije u metalne kalupe (kokile), gde očvršćava u ingote, koji se zatim zagrevaju na približno 1200°C i valjaju u poluproizvode. Prema količini zaostalih gasova u toku očvršćavanja čelici se dele na neumirene, poluumirene i umirene. Čelici mogu da se podele prema: hemijskom sastavu, nameni, strukturi, načinu dobijanja, kvalitetu, obliku i stanju poluproizvoda. Prema obliku i stanju poluproizvoda čelici se dele na: valjane, vučene, kovane, livene, brušene, presovane i ljuštene.

Ugljenični čelici predstavljaju osnovni materijal u mašinskoj industriji. Prema nameni ugljenični čelici se dele na konstrukcione, do 0,6% C i alatne, preko 0,6% C. Struktura i mehanička svojstva ugljeničnih čelika zavise od sadržaja ugljenika. Pored ugljenika, u sastav čelika ulaze i drugi elementi koji se smatraju pratećim, skrivenim ili slučajnim primesama. Legirani čelici, pored ugljenika, sadrže i druge legirajuće elemente, koji se dodaju radi poboljšanja zahtevanih svojstava.

Od konstrukcionih čelika se zahteva da imaju dobra mehanička svojstva, da se dobro obrađuju rezanjem, deformacijom (kovanje, valjanje, izvlačenje, presovanje), da imaju dobru zavarljivost i nisku cenu. U ovu grupu čelika spadaju finozrni konstrukcioni čelici, čelici za cementaciju, čelici za poboljšanje, čelici za opruge, čelici za automate, vatrootporni čelici, čelici za rad na povišenim temperaturama i nerđajući čelici. Alatnim čelicima nazivaju se ugljenični i legirani čelici, koji imaju visoku tvrdoću i otpornost prema habanju, a upotrebljavaju se za izradu različitih alata za obradu metala i drugih materijala. Čelični liv je legura železa i ugljenika od koje se izrađuju odlivci za rad u uslovima dinamičkog opterećenja, kada se ne preporučuje upotreba livenih gvožđa.Savremeno društvo ne sme se zadovoljiti s upotebom čelika samo kao sastavnim delom armiranog betona ili čeličnih nosača; čelik se može još snažnije koristiti za proizvodnju čeličnih limova i proizvodnju novih materijala u automobilskoj industriji ili stvaranje i proizvodnju takvih konstrukcijskih rešenja u području građevinarstva u kojima će se čelik upotebljavati u kombinaciji zajedno s materijalom kakav je glina.

8. LITERATURA

1. Mirko Gojić, Metalurgija čelika, Metalurški fakultet, Zagreb, 2006

2. A. Ray et al., The ancient 11th century iron pillar at Dhar, India: a microstructural insight into material characteristic, J. Mater. Sci. Letters 16 (1997) 371-375.

3. J. D. Verhoeven, A. H. Pendray, W. E. Dauksch, The key role of impurities in ancient damascus steel blades, Journal of Metals (JOM) 50 (1998) 58-64.

4. Vitez I. - MATERIJALI II – sistemi legiranja, vrste i namjena !elika Mašinski fakultet u Zenici – Zenica 1993

5. P. Pavlović, Materijal Čelik, SKTH/Kemija u industriji, Zagreb, 1990

6. wikipedia.org/wiki/Čelik

7.http://www.b92.net/automobili/vesti.php?

yyyy=2011&mm=02&nav_id=489968

8. http://www.scribd.com/doc/29810054/Seminarski-Rad-Celik-i-Njegove-

Legure

9. http://mit.mas.bg.ac.rs/E_Biblioteka/OWP_2010/Materijali1/lekcija4.html

SADRŽAJ

1. UVOD…………………………………................................1

2. ISTORIJAT ČELIKA.........................................................3

3. DOBIJANJE ČELIKA……………………………………6

4. PODELA ČELIKA……………………………………….10

5. OZNAČAVANJE ČELIKA……………………………...11

6. BUDUČNOST ČELIKA…………………………………14

7. ZAKLJUČAK…………………………………………….15

8. LITERATURA…………………………………………...16