فولاد/ ترکیب، ویژگی ها، انواع و...

مجموعه: ابزار و ماشین آلات

فولاد از ترکیب آهن و کربن و مواد آلیاژی ساخته می شود

هر آنچه لازم است درباره فولاد بدانید

فولاد چیست؟

فولاد یک مقطع فلزی است که درصد آهنی که در آن موجود است از محصولات آهنی دیگر بیشتر است. این مقطع کربن و آلیاژهای دیگری مانند کروم را به مقدار متفاوت در ترکیبات خود دارد. روش های مختلفی برای تولید فولاد وجود دارد و ماده اولیه آن آهن اسفنجی و قراضه آهن است که در کارخانجات آهن سازی ساخته می شوند. 

فولاد یکی از پرمصرف ترین محصولات آهنی در دنیاست و به جهت خواص ویژه و مزیت های خود در بسیاری از صنایع از ساخت و سازهای ساختمانی تا صنایع نظامی کاربرد دارد. مقدار تولید سالیانه فولاد به سطح توسعه کشورها بستگی دارد.

این سطح توسعه یافتگی امروزه تنها برای کشورهای در حال توسعه محاسبه می شود؛ چراکه کشورهای اروپایی و توسعه یافته جهان اولی دیگر چندان به تولید فولاد نیازی ندارند و سطح تولید فولاد در این کشورها به جهت سطح بالای توسعه رفته رفته کمتر شده است. مقدار متوسط تولید فولاد در جهان سال 2018 برابر 1.8 میلیارد تن بوده است که در این بین کشور چین بیشترین مقدار تولید را به خود اختصاص داد. 

کشور ما نیز با داشتن تعدادی از بزرگترین کارخانه جات تولید فولاد که به روش های مختلفی این مقطع آهنی را تولید می کنند جایگاه نسبتا خوبی در بین کشورهای در حال توسعه دارد و در سال 2018 سیزدهمین کشور در تولید فولاد جهانی بوده است. 

احتمالاً بسیاری از افراد تفاوت بین فولاد، آهن و چدن و دیگر مقاطع آهنی را نمی دانند. فولاد مقدار زیادی آهن را در خود دارد اما تنها ماده تشکیل دهنده آن آهن نیست و کربن  و آلیاژهای دیگری هم به آن اضافه می شود که باعث می شود خواص آن با آهن معمولی و چدن متفاوت باشد و همین باعث کاربردهای متفاوت آن ها با هم می شود.

تولید فولاد به سطح توسعه کشورها بستگی دارد

انواع فولاد

فولاد بر اساس مقدار کربن و آلیاژهایی که به آهن اولیه اضافه می شود می تواند انواع مختلفی داشته باشد. در بعضی از مقاطع فولادی هیچ آلیاژی به جز کربن اضافه نمی شود که به این نوع فولاد کربنی گفته می شود و در بعضی مقاطع دیگر، آلیاژهای مختلفی مانند کروم، مس، منگنز، آلومینیوم و ... هم اضافه می شود که به این نوع فولاد آلیاژی گفته می شود. هر کدام از این دو نوع کلی هم خود به انواع مختلفی تقسیم شده اند که ما در ادامه آن ها را به شما معرفی خواهیم کرد. 

فولاد کربنی

این دسته از مقاطع فولادی به جز آهن از مقدار معینی کربن هم برخوردارند. بسته به نیاز ممکن است کم کربن، کربن متوسط یا پر کربن باشند. نکته ای که درباره فولاد کربنی باید به آن توجه کرد آن است که با چدن اشتباه گرفته نشود. چدن هم از ترکیب کربن و آهن تشکیل می شود اما مقدار کربن آن همواره بیش از 2 درصد است و ظاهر آن شکننده و خشن است. در ادامه سه نوع مختلف فولاد کربنی را معرفی کرده ایم:

فولاد کم کربن

درصد کربن موجود در این فولاد بسیار کم و در حدود 0.04 تا 0.3 درصد است. این محصول نسبت به انواع دیگر هزینه و قیمت کمتری دارد و بسیار پر استفاده است. فولاد کم کربن یکی از مقاطع فولادی با انعطاف پذیری بالا و قابلیت کششی و شکل پذیری بالا است. برای مصارفی که نیاز به جوش دادن فولاد است از این مقطع استفاده می شود چراکه قدرت جوش پذیری بالایی دارد. 

از این نوع فولاد برای مصارف مختلفی همچون: ماشین سازی، ساخت لوله، لوازم خانگی، لوازم الکتریکی، زیر ساخت ها، تجهیزات پزشکی و جراحی، ساخت پیچ و مهره و ... استفاده می کنند. 

فولاد کربنی در ترکیبات خود فقط کربن دارد

فولاد کربن متوسط

درصد کربن این محصول از مدل قبلی بیشتر و از مدل بعدی کمتر است. مقدار کربن آن بین 0.31 تا 0.60 درصد است. با توجه به اینکه مقدار کربن آن بیشتر است نسبت به نوع قبلی استحکام بالاتری دارد اما شکل پذیری آن به مراتب پایینتر است. در واقع سختی این محصول بیشتر است زیرا کربن خاصیت افزایش استحکام و سختی دارد. همچنین جوش پذیری آن ها نیز پایینتر از نوع کم کربن است. 

از این مدل فولاد بیشتر برای ساخت ابزار آلات، پیچ و شفت، قطعات ماشین آلات، دیگ های بخار، میل لنگ و چرخ دنده و همچنین در ساخت خطوط راه آهن استفاده می کنند. 

فولاد پر کربن

مقدار کربن در این محصول از دو نوع قبلی بیشتر است. مقدار کربن این گروه بیش از 0.6 درصد است. این فولاد سختت ترین نوع است. قدرت انعطاف پذیری و شکل پذیری این مدل بسیار ضعیف است و قابلیت جوش پذیری ندارد. از آنجایی که بسیار سخت و سفت هستند استحکام بالایی هم دارند و برای ساخت محصولات فولادی سخت و محکم مانند ابزارهای برش، کارد و چنگال و همچنین برای ساخت خطوط راه آهن، انواع میله و تیر و نرده و همچنین پلاک خودرو مورد استفاده قرار می گیرند. 

بیشترین مقدار کربن در فولاد پر کربن وجود دارد

فولاد آلیاژی

نوع دیگری از فولاد وجود دارد که به جز آهن و کربن مقادیر متفاوتی از آلیاژهای کروم، نیکل، آلومینیوم، منگنز، مولیبدن، سیلیکون، وانادیوم و ... در آن به کار رفته است . هر کدام از این آلیاژها خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی را به فولاد می بخشد و به همین جهت محل استفاده هر کدام از این فولادها با هم متفاوت است.

نسبت به فولاد کربنی این نوع فولاد قیمت بالاتری دارد چرا که بیشتر این آلیاژها بسیار سخت به دست می آیند و قیمت بالایی هم دارند. در ادامه هر کدام از انواع فولاد آلیاژی را برای شما معرفی می کنیم.

فولاد آلیاژی کروم

آلیاژ کروم در واقع همان ماده ای است که باعث ایجاد خاصیت ضد زنگ در فولاد می شود. معمولا در این نوع مقطع فولادی بین 10.5 تا 30 درصد بسته به نیاز و مصرف، کروم اضافه می کنند. آلیاژ کروم علاوه بر اینکه باعث ایجاد خاصیت ضد زنگ زدگی می شود سطحی براق و صیقلی به محصولات می دهد و به همین جهت برای مصارف زیبایی نیز استفاده می شود. 

از این فولاد برای تولید محصولاتی استفاده می کنند که به طور ذاتی در برخورد با رطوبت بیشتری قرار دارند و خاصیت ضد زنگ در آن ها نیاز است مثلا در تولید لوازم خانگی مانند لباسشویی و ماشین ظرفشویی یا لوازم الکتریکی دیگری مانند چای ساز و آبمیوه گیری و ... به جز آن در خودرو سازی و ساخت تجهیزات پزشکی هم ممکن است از این فولاد استفاده شود. 

فولاد با آلیاژ کروم ضد زنگ است

فولاد آلیاژی آلومینیوم

این محصول در ترکیب آهن و مواد دیگری به وجود می آید. فولاد آلومینیوم بسیار سبک وزن است و یکی از مقاطع فولادی مقاوم به آتش است؛ به همین جهت بسیار دیده شده از آن برای مصارفی که امکان برخورد حرارت به فولاد وجود دارد استفاده می شود: مثلا برای تولید روکش های اجاق گاز، اگزوز ها و ژنراتورهای برق. از لحاظ انعطاف پذیری و شکل پذیری یکی از بهترین انواع فولاد آلیاژی نوع آلومینیوم است.

فولاد آلیاژی سیلیکون

این نوع فولاد خاصیت چکش خواری بالایی دارد و بسیار نرم و لطیف است. علاوه بر آن به جهت اینکه خواص مغناظیسی بالایی هم دارد از آن در تولید آهنربا استفاده می کنند. 

فولاد آلیاژی وانادیوم

وانادیوم آلیاژی است که در صورتی که به فولاد اضافه شود قدرت آن را در برابر ضربه بسیار افزایش می دهد. این مقطع فولادی همچنین قادر است لرزش را در یک محصول کاهش دهد. به همین جهت در محصولاتی که امکان برخورد و ضربه به آن ها زیاد است و امکان ایجاد لرزش در بدنه وجود دارد از این فولاد آلیاژی استفاده می کنند. مثلا برای ساخت بدنه خودرو ها و یا ساخت بعضی لوازم خانگی مانند ماشین لباسشویی می توان از این مقطع استفاده کرد. 

فولاد با آلیاژ وانادیوم در مقابل ضربه بسیار مقاوم است

فولاد آلیاژی منگنز

وقتی منگنز به فولاد اضافه می شود این محصول خاصیت ضربه گیری و مقاومت بسیار بالایی پیدا می کند. مقطع فولادی منگنز بسیار سخت است و به همین جهت از آن در ساخت محصولات فولادی که باید در برابر ضربه های بسیار قوی مقاومت کنند استفاده می کنند؛ از جمله در ساخت بدنه انواع گاو صندوق، ساخت درب های ضد گلوله، صفحات مقاوم به خش و غیر قایل نفوذ و محصولاتی مانند این. 

فولاد آلیاژی مولیبدن

اگر به دنبال یک نوع فولاد آلیاژی هستید که قابلیت جوش پذیری بالایی داشته باشد مولیبدن دقیقا همان نوع است. این فولاد در مقابل خوردگی هم بسیار مقاوم است و می توان از آن در مصارف تحت فشار مانند خطوط لوله و یا ساخت محصولات برای زیر آب دریاها استفاده کرد. 

روش های تولید فولاد 

فولاد به روش های مختلفی تولید می شود. معمولا فولاد را در دو مرحله تولید می کنند که برای هر کدام هم می توان روش های مختلفی را استفاده کرد. در ادامه به تعدادی از این روش ها که در دنیا مرسوم تر هستند اشاره کرده ایم:

روش اکسیژن قلیایی

این روش در واقع مرحله تولید اولیه فولاد است. همان طور که می دانیم ماده اولیه ساخت فولاد آهن است. در این روش از آهن مذاب برای تولید فولاد استفاده می شود. این آهن که غنی از کربن است باید طی فرآیندی مقدار کربن آن کاهش یاید و به مقدار مورد نیاز فولاد یعنی زیر 2 درصد برسد. برای این کار اکسیژن را به آهن خام مذاب می دمند تا کربن آن کاهش یابد. طی این فرآیند فولاد متولد می شود. 

فولاد از سنگ آهن تولید می شود

روش کوره بلند

یکی دیگر از روش های مرسوم در دنیا برای تولید فولاد اولیه روش کوره بلند است. برای این منظور از سنگ آهن استفاده می کنند. سنگ آهن پس از استخراج از کوه خرد شده و الک می شو.د این سنگ خورد شده با مقداری پودر کک و سنگ آهک مخلوط شده و به کوره بلند وارد می شود.

هنگامی که مواد اولیه به کوره وارد شد هوای گرم به این مواد دمیده می شود و همین باعث ذوب شدن ماده اولیه می شود که همان آهن خام است. 

حال برای اینکه آهن خام را به فولاد تبدیل کنیم آن را به سمت کنوکتور حمل می کنیم و در آنجا ناخالصی ها و کربن اضافی آن به وسیله مقداری اکسیژن خارج می شود و بدین ترتیب فولاد تولید می شود. 

روش کوره قوس الکتریکی (احیا مستقیم)

در این روش ابتدا باید برای تولید فولاد آهن اسفنجی تولید کرد. به این منظور ابتدا سنگ معدن را در کوره غلیظ می کنند و از آن گندله آهن می سازند. گندله هایی که بزرگ تر هستند را از ما بقی جداسازی کرده و به واحد احیای مستقیم می برند. در این واحد کربن سنگ آهن که بسیار زیاد است گرفته می شود و آهن اسفنجی تولید می شود. 

حال آهن اسفنجی تولید شده را با مقداری قراضه آهن ترکیب کرده و وارد کوره قوس الکتریکی می کنند. در این کوره این ترکیب ذوب می شود و ناخالصی های این ماده و مقداری هم اکسید آهن از آن خارج می شود. وقتی این مواد جدا شد محصول نهایی که فولاد است تولید می شود. 

در هر روش که فولاد تولید شود باید طی فرآیندهایی به شکل جامد در بیاید. به همین دلیل مرحله نهایی، جامد سازی فولاد مذاب است که با دو روش قالب ریزی و یا روش ریخته گری انجام می شود. روش ریخته گری عموما روشی مرسوم تر از قالب ریزی است.

فولاد را می توان با سه روش مختلف تولید کرد

کلام پایانی 

فولاد یک محصول نهایی است که از آهن تولید می شود. مقدار آهنی که برای تولید این محصول استفاده می شود اغلب بسیار بیشتر از محصولات آهنی دیگر است. از فولاد برای ساخت محصولات اولیه فلزی مانند میلگرد، ورق آهن و دیگر مقاطع فولادی استفاده می کنند.

در واقع فولاد اولیه چیزی نیست که بتوان آن را به شکل مستقیم در صنایع مورد استفاده قرار داد و باید ابتدا به مقاطع مختلف فولادی تبدیل شود و سپس در صنایع و ساخت کالاها مورد استفاده قرار گیرد. به جهت قابلیت های مختلف و استحکام بسیار بالایی که فولاد دارد امروزه یکی از پر مصرف ترین مقاطع آهنی است که در صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. 

گردآوری: بخش دانش کسب و کار بیتوته