Obsah uhlíku a vlastnosti oceli: uhlíkový žebřík

Žebřík na první pohled

Pásmo uhlíku	Charakter	Typická použití
Velmi nízké — pod 0.10%	Měkké, extrémně tvařitelné, svařuje se bez opatření	Hlubokotažný plech, pás, drát, nýty; oceli bez intersticiálních prvků (IF) jsou na spodku tohoto pásma
Nízké — 0.10–0.25%	Svařitelný konstrukční tahoun: dobrá tažnost, střední pevnost, omezená odezva na kalení	Konstrukční profily a plechy (oblast S235–S355), trubky, obecná výroba
Střední — 0.25–0.60%	Silně reaguje na kalení a popouštění; pásmo pro strojírenství	Hřídele, ozubená kola, nápravy: C45/1045 při asi 0.45%, 4140 při asi 0.40%
Vysoké — 0.60–1.00%	Pružiny, otěruvzdorné díly a řezné hrany; svařování se stává specializovaným postupem	Pružinové oceli (přibližně 0.5–0.8%), kolejnicové oceli, drátěná lana, nože
Velmi vysoké — nad 1.00%	Maximální objem karbidů a tvrdost po kalení; křehké bez pečlivého popouštění	Nástrojové oceli a oceli na formy (D2 obsahuje asi 1.5%), pilníky, oběžné dráhy ložisek při asi 1.0%

Co uhlík řídí

Strop tvrdosti. Uhlík stanovuje maximální tvrdost, které ocel může dosáhnout při úplném zakalení. Vztah je zpočátku strmý, poté se nasycuje: ocel s asi 0.20% uhlíku dosahuje v nejlepším případě přibližně 45 HRC, zatímco ocel s asi 0.60% uhlíku může dosáhnout hodnot mírně nad 60 HRC (v polovině šedesátých čísel). Nad přibližně 0.6–0.8% přidává další uhlík spíše karbidy odolné proti opotřebení než vyšší tvrdost.

Hloubka prokalení je jiná otázka. Jak hluboko tato tvrdost proniká — prokalitelnost — se získává manganem, chromem, molybdenem nebo stopami boru, nikoli uhlíkem. Zaměňovat tyto dvě věci je klasická chyba ve specifikaci: prostá vysokouhlíková ocel může přesto změknout několik milimetrů pod povrchem silného průřezu.

Svařitelnost jde opačným směrem. S rostoucím uhlíkem tepelně ovlivněná oblast více tvrdne a snadněji praská. Průmysl to vyjadřuje pomocí uhlíkového ekvivalentu, nejčastěji vzorce IIW CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Oceli s nízkým CE se svařují volně; když CE stoupne nad přibližně 0.40–0.45, stávají se nutnými předehřev, řízené vnesené teplo a postup s nízkým obsahem vodíku — proto konstrukční značky omezují uhlík hluboko uvnitř nízkého pásma.

Houževnatost a tažnost klesají plynule směrem nahoru po žebříku: prodloužení a nárazová energie při dané pevnosti jsou nejvyšší v nízkouhlíkových pásmech a vysokouhlíkové oceli si svou tvrdost vykupují křehkostí, kterou pak musí popouštění vykoupit zpět.

Volba příčky

Pracovní pravidlo zní kupovat jen tolik uhlíku, kolik použití spotřebuje. Svařované konstrukce zůstávají nízké; díly, které budou prokaleny a popouštěny, žijí ve středním pásmu; pouze díly placené opotřebením nebo životností hrany — pružiny, kolejnice, nástroje — ospravedlňují vysoké příčky a jejich výrobní náklady. Názvy značek často odpověď pašují v sobě: v označeních jako C45, 1045 nebo S45C je číslo jmenovitý obsah uhlíku v setinách procenta.