Uhlíková ocel: co to je, složení, vlastnosti a použití

Uhlíková ocel: přehled složení, vlastností a použití — jak obsah uhlíku ovlivňuje tvrdost, tvárnost a svařitelnost. Praktické tipy pro výběr a využití.

Autor: Leandro Alegsa

23-01-2026 14:16

Uhlíková ocel nebo prostá uhlíková ocel je slitina kovů. Je to kombinace dvou prvků, železa a uhlíku. Ostatní prvky jsou přítomny v příliš malém množství, aby ovlivnily její vlastnosti. Jedinými dalšími prvky, které mohou být obsaženy v uhlíkové oceli, jsou: mangan (max. 1,65 %), křemík (max. 0,60 %) a měď (max. 0,60 %). Ocel s nízkým obsahem uhlíku má stejné vlastnosti jako železo, je měkká, ale snadno tvarovatelná. S větším množstvím uhlíku kov získává na tvrdosti a pevnosti, ale stává se méně tvárným a hůře svařitelným. Vyšší obsah uhlíku snižuje teplotu tání oceli a její teplotní odolnost obecně.

Složení uhlíkové oceli

Uhlíková ocel je charakterizovaná především obsahem uhlíku. Typické rozdělení podle obsahu C:

Nízkouhlíkové oceli (přibližně do 0,25 % C) – měkčí, dobrá tažnost a svařitelnost, používají se na plechy, konstrukce a tvářené díly.
Středně uhlíkové oceli (přibližně 0,25–0,60 % C) – vyvážené mechanické vlastnosti, použití v konstrukčních prvcích, hřídelích, kolech.
Vysokouhlíkové oceli (nad cca 0,60 % C až do ~2,0 % C) – vysoká tvrdost a opotřebení odolnost, používají se na nástroje, nože, pružiny.

Kromě uhlíku ovlivňují vlastnosti i stopové prvky (mangan, křemík, měď) a nečistoty (fosfor, síra). Přesné limity některých prvků jsou zmíněny v původním textu (Mn max. 1,65 %, Si a Cu max. 0,60 %).

Vlastnosti

Mechanické vlastnosti: s rostoucím obsahem uhlíku roste pevnost a tvrdost, klesá tažnost a houževnatost.
Tvárnost a obrábění: nízkouhlíkové oceli se dobře tváří a lisují; vyšší uhlík zhoršuje tvárnost a někdy i obrobitelnost.
Svařitelnost: čím vyšší obsah uhlíku, tím obtížnější svařování kvůli riziku tvorby křehkých struktur a poprasků; často je potřeba předohřev nebo post-heat u středních a vysokých C ocelí.
Teplotní vlastnosti: uhlíková ocel je feromagnetická a má relativně vysokou tepelnou vodivost; body tání se liší s obsahem uhlíku (obecně mírně klesají se zvyšujícím se C).
Odolnost proti opotřebení: zvyšuje se s obsahem uhlíku a vhodným tepelným zpracováním; vysoký obsah uhlíku poskytuje dobré vlastnosti pro řezné a opotřebitelné součásti.

Teplotní zpracování a zušlechťování

Uhlíková ocel dobře reaguje na různé tepelné úpravy:

Žíhání (annealing) – snižuje vnitřní pnutí, zjemňuje strukturu a zlepšuje tvářitelnost.
Normalizace – zlepšuje mechanické vlastnosti a strukturu oceli po tváření nebo svařování.
Kaleni a temperování – u středních a vysokých uhlíků lze dosáhnout vysoké tvrdosti kalením a následným temperováním upravit houževnatost.
Povrchové zušlechtění – karburizace nebo nitridace se používají pro zvýšení tvrdosti povrchu u nízkouhlíkových ocelí při zachování tažného jádra.

Výroba, tváření a svařování

Tváření: ocel se zpracovává za studena i za tepla; nízkouhlíkové plechy se dobře hluboko tačí.
Svařování: u nízkouhlíkových ocelí není obvykle problém; u středně a vysokouhlíkových je třeba volit vhodné postupy, elektrody a případně předohřev.
Obrábění: vyšší obsah uhlíku může zvýšit opotřebení nástrojů, ale současně zlepšit řezné vlastnosti u některých aplikací (např. kalené nástroje).

Použití

Uhlíková ocel má široké využití díky své dostupnosti a variabilitě vlastností:

Stavební konstrukce, nosné prvky, profily
Automobilový průmysl: součásti podvozku, hřídele, převodovky (střední C)
Výroba plechů, plechových komponent (nízký C)
Kolejnice, železniční příslušenství
Nástroje, nože, řezače, pružiny (vysoký C nebo tepelně upravené)
Potrubí, kontejnery a nádrže (při volbě vhodného druhu oceli a ochrany proti korozi)

Normy a označování

Uhlíkové oceli se označují podle různých systémů (EN/ČSN, AISI/SAE). Příklady běžně používaných označení podle AISI/SAE: 1005, 1018 (nízký C), 1045 (střední C), 1095 (vysoký C). Konkrétní normy a čísla se liší podle země a aplikace, proto je vhodné pracovat s aktuálními technickými listy materiálu.

Ochrana proti korozi a recyklace

Ochrana: uhlíková ocel obecně není velmi odolná proti korozi v porovnání s nerezí; obvyklé ochrany jsou povlakování barvami, galvanické pokovování (pozinkování), olejování či lakování.
Recyklace: je snadno recyklovatelná — ocel patří mezi hojně recyklované kovy a její materiál lze opakovaně tavit a znovu využít bez významné ztráty vlastností.

Shrnutí

Uhlíková ocel je základní a univerzální skupina ocelí tvořená převážně železem a uhlíkem. Malá změna obsahu uhlíku výrazně ovlivní mechanické vlastnosti, tvářitelnost i svařitelnost, což dává výrobcům možnost volby vhodného typu pro konkrétní aplikace. Správným tepelným zpracováním a povrchovou ochranou lze vlastnosti uhlíkové oceli výrazně upravit a přizpůsobit požadavkům praxe.

Typy uhlíkové oceli

Typické složení uhlíku je:

Měkká (nízkouhlíková) ocel: přibližně 0,05 % až 0,25 % obsahu uhlíku a až 0,4 % obsahu manganu (např. ocel AISI 1018). Méně pevná, ale levná a snadno tvarovatelná; tvrdost povrchu lze zvýšit nauhličením.
Středně uhlíkatá ocel: přibližně 0,14 % až 0,84 % obsahu uhlíku a 0,60 % až 1,65 % obsahu manganu (např. ocel AISI 1040). Vyvažuje tažnost a pevnost a má dobrou odolnost proti opotřebení; používá se pro velké díly, kování a automobilové díly.
Vysokouhlíková ocel: přibližně 0,59 % až 0,65 % obsahu uhlíku a 0,30 % až 0,90 % obsahu manganu. Velmi pevná, používá se na pružiny a vysokopevnostní dráty.
Ocel s velmi vysokým obsahem uhlíku: přibližně 0,96 % až 2,1 % uhlíku, speciálně zpracovaná za účelem vytvoření specifické atomové a molekulární mikrostruktury.

Ocel lze tepelně zpracovávat, což umožňuje vyrábět díly ve snadno broditelném měkkém stavu. Je-li přítomno dostatečné množství uhlíku, lze slitinu zpevnit, čímž se zvýší pevnost, opotřebení a odolnost proti nárazu. Oceli se často zpracovávají metodami zpracování za studena, což je tvarování kovu deformací při nízké rovnovážné nebo meta stabilní teplotě.

Hutnictví

Měkká ocel je nejběžnější formou oceli, protože její cena je relativně nízká a zároveň poskytuje vlastnosti materiálu, které jsou přijatelné pro mnoho aplikací. Měkká ocel má nízký obsah uhlíku (do 0,3 %), a proto není ani extrémně křehká, ani tvárná. Po zahřátí se stává kujnou, a lze ji tedy kovat. Často se také používá tam, kde je třeba vytvarovat velké množství oceli, například jako konstrukční ocel. Hustota tohoto kovu je 7861,093 kg/m³ (0,284 lb/in³) a pevnost v tahu je maximálně 500 MPa (72500 psi).

Uhlíkové oceli, které lze úspěšně tepelně zpracovat, mají obsah uhlíku v rozmezí 0,30 % až 1,70 % hmotnostních. Stopové nečistoty různých dalších prvků mohou mít významný vliv na kvalitu výsledné oceli. Stopová množství síry způsobují, že ocel je "červeně krátká", což je na závadu: ocel je křehká a drobivá. Nízkolegovaná uhlíková ocel, například jakost A36, obsahuje přibližně 0,05 % síry a taví se při teplotách kolem 1426-1538 °C (2600-2800 °F). Pro zlepšení kalitelnosti nízkouhlíkových ocelí se často přidává mangan. Tyto přídavky mění materiál podle některých definic na nízkolegovanou ocel, ale definice uhlíkové oceli podle AISI povoluje až 1,65 % hmotnostních manganu.

Kalenou ocelí se obvykle rozumí kalená nebo kalená a popuštěná ocel.

Stříbrná ocel neboli vysoce uhlíkatá lesklá ocel získala svůj název podle svého vzhledu, který je způsoben vysokým obsahem uhlíku. Jedná se o ocel s velmi vysokým obsahem uhlíku nebo ji lze považovat za jednu z nejlepších ocelí s vysokým obsahem uhlíku. Je definována podle norem specifikace oceli BS-1407. Jedná se o nástrojovou ocel s 1 % uhlíku, kterou lze brousit s úzkými tolerancemi. Obvykle je rozsah uhlíku minimálně 1,10 %, ale až 1,20 %. Obsahuje také stopové prvky 0,35 % Mn (rozsah 0,30-0,40 %), 0,40 % Cr (rozsah 0,4-0,5 %), 0,30 % Si (rozsah 0,1-0,3 %) a někdy také síru (max. 0,035 %) a fosfor (max. 0,035 %). Stříbrná ocel se někdy používá k výrobě rovných břitů díky své schopnosti vytvářet a udržovat mikrojemné ostří.

Tepelné zpracování

Účelem tepelného zpracování prosté uhlíkové oceli je změna mechanických vlastností oceli, obvykle tažnosti, tvrdosti, meze kluzu a odolnosti proti nárazu.

Fázový diagram železo-uhlík znázorňující teplotní a uhlíkové rozsahy pro určité typy tepelného zpracování.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to uhlíková ocel?

Odpověď: Uhlíková ocel je slitina kovů, která se skládá ze dvou prvků, železa a uhlíku.

Otázka: Mohou být v uhlíkové oceli přítomny ještě nějaké další prvky?

Odpověď: Ano, v malém množství mohou být přítomny další prvky, jako je mangan (max. 1,65 %), křemík (max. 0,60 %) a měď (max. 0,60 %).

Otázka: Jaké jsou vlastnosti prosté uhlíkové oceli s nízkým obsahem uhlíku?

Odpověď: Obyčejná uhlíková ocel s nízkým obsahem uhlíku má stejné vlastnosti jako železo - je měkká a snadno se tváří.

Otázka: Jak ovlivňuje přídavek většího množství uhlíku vlastnosti uhlíkové oceli?

Odpověď: Přidáním většího množství uhlíku získá kov na tvrdosti a pevnosti, ale stane se méně tvárným a hůře svařitelným.

Otázka: Existuje nějaký limit pro množství manganu, které může být obsaženo v oceli s jednoduchým uhlíkem?

Odpověď: Ano, maximální množství manganu, které může být obsaženo v oceli s jednoduchým uhlíkem, je 1,65 %.

Otázka: Má vyšší obsah uhlíku vliv na teplotu tání oceli?

Odpověď: Ano, vyšší obsah uhlíku snižuje teplotu tání oceli.

Otázka: Má vyšší obsah uhlíku vliv na teplotní odolnost oceli obecně?

Odpověď: Ano, vyšší obsah uhlíku obecně snižuje teplotní odolnost oceli.

Vyhledávání