فولاد چیست و ویژگیهای متمایز آن

فولاد آلیاژی از آهن و کربن است که در آن میزان کربن تا ۲ درصد است زیرا مقادیر بالاتر باعث تولید چدن می شود. فولاد پرکاربردترین ماده برای ساخت زیرساخت ها و صنایع جهان است و برای ساخت همه چیز از سوزن دوخت گرفته تا تانکرهای نفتی استفاده می شود. علاوه بر این ، ابزارهای مورد نیاز برای نوشتن چنین مقالاتی نیز از فولاد ساخته شده اند.

ویژگیهای فولاد

جزء اصلی فولاد آهن است فلزی که در حالت خالص خیلی سخت تر از مس نیست. آهن در حالت جامد مانند تمام فلزات دیگر چند بلوری است – یعنی از بلورهای زیادی تشکیل شده است که در مرزهای خود به یکدیگر می پیوندند. بلور یک ترتیب منظم از اتم ها است که به بهترین شکل می توان آنها را به صورت کره هایی ترسیم کرد که یکدیگر را لمس می کنند.

آنها شبکه هایی را می سازند که به روش های خاصی به یکدیگر نفوذ می کنند. برای آهن ، آرایش شبکه را می توان به بهترین وجه توسط یک مکعب واحد با هشت اتم آهن در گوشه های آن مشاهده کرد. آلوتروپی آهن یعنی وجود آن به دو شکل بلوری برای منحصر به فرد بودن این آلیاژ کاملا ضروری است.

از مهمترین ویژگیهای این آلیاژ همانطور که تاکنون شنیده اید سختی و درخشندگی آن است. این ترکیب از نظر فیزیکی دارای نقطه ذوب بسیار بالا (حدود ۱،۵۱۰ درجه سانتی گراد ، بالاتر از بیشتر فلزات به عنوان مثال برای مس این دما حدودا ۵۰۰ درجه کمتر است) و چگالی بسیار زیاد (۷.۹ گرم در سانتی متر مکعب ، تقریباً هشت چند برابر آب) است.

فولاد بسیار انعطاف پذیر است و به دلیل مقاومت کششی بالا توانایی مقاومت در برابر بارهای وارد شده یا نیروها ، بدون از دست دادن شکل را دارد.

مقاومت کششی انواع فولادها در مقایسه با مواد دیگر زیاد است اما بین انواع فولاد ها به میزان قابل توجهی متفاوت است. در انتهای پایینی این لیست مقادیر تقریباً N / mm2 290 است ولی در انتهای بالایی مقاومت کششی تا N / mm2 870 نیز می رسد.

انواع فولاد

بیشتر فولادی که امروزه تولید می شود نوع کربنی یا فولاد کربنی ساده نامیده می شود ، حتی اگر علاوه بر آهن و کربن ، فلزاتی مانند سیلیکون و منگنز نیز در آن وجود داشته باشد

فولاد کربنی

فولادهای کربنی ساده که از ۰.۰۶ درصد کربن تا ۱.۵ درصد کربن متغیر هستند ، بسته به میزان کربن به انواع زیر تقسیم می شوند.

کربن ۲. فولاد کم کربن – ۰.۱۵ تا ۰.۴۵ درصد
کربن ۳. فولاد با کربن متوسط – ۰.۴۵ تا ۰.۸ درصد
کربن ۴ . فولاد پرکربن – ۰.۸ تا ۱.۵ درصد

فولاد ضد زنگ

نوعی فولاد است که نام خود را از مقاومت در برابر اکسیداسیون (زنگ زدگی) و همچنین در برابر خوردگی گرفته است ، همانطور که ممکن است در اثر استفاده از یک اسید قوی رخ دهد. این آلیاژ در سال ۱۹۱۳ توسط هری برللی متالورژیست انگلیسی اختراع شد. وی کشف کرد با افزودن فلز کروم به فولاد در مقادیر زیاد (۱۳ درصد) ، کروم با اکسیژن موجود در هوا واکنش نشان می دهد و یک فیلم محافظ خود تجدید شونده در اطراف جسم تشکیل می دهد.

فولاد مارتنزیتی

این آلیاژ محتوی ۱۲ تا ۱۴ درصد کروم و ۰.۱۲ تا ۰.۳۵ درصد کربن است و اولین فولاد ضد زنگی بود که تولید شد. این فولادها مغناطیسی هستند و با عملیات حرارتی که روی آنها انجام می شود ، سخت می شوند. از این موارد در پمپ های هیدرولیک ، پمپ های بخار ، پمپ های روغن و شیرآلات و تجهیزات مهندسی دیگر استفاده می شود.

فولادهای ضد زنگ فریتیک

این آلیاژها مقدار بیشتری کروم دارند (۱۶ تا ۱۸ درصد) و حدود ۰.۱۲ درصد نیز حاوی کربن هستند. این فولادها نسبت به فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارند اما ظرفیت کمی برای سخت شدن با استفاده از گرما دارند. این فولادهای ضد زنگ به دلیل مقاومت زیاد در برابر خوردگی ، در درجه اول در فرم دهی و تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرند.

فولادهای ضد زنگ آستنیتی

این نوع فولادها حاوی مقدار زیادی کروم و نیکل هستند. تغییرات زیادی در ترکیب شیمیایی آنها وجود دارد اما بیشترین آنها استفاده از ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل با حداقل کربن است.آنها بسیار خوب در برابر خوردگی مقاومت می کنند به این دلیل که قابل حرارت دادن نیستند از این فولادها در شافت پمپ ، قاب ، غلاف و اجزای روزمره مانند مهره و پیچ استفاده می شود.

کاربرد مختلف فولاد

از فولاد بطور گسترده در صنعت خودرو استفاده می شود. به تعداد اتومبیل های موجود در جاده های شهر خود در ساعات شلوغ فکر کنید ، همه آنها دارای بدنه ، درها ، موتورها ، سیستم تعلیق و فضای داخلی هستند که عمدتا از فولاد تشکیل شده اند. به طور متوسط ۵۰ درصد ماشین از فولاد ساخته شده است.

از فولاد به جزء در وسایل نقلیه سفری ، در تولید وسایل نقلیه و ماشین آلات کشاورزی استفاده می شود. البته بیشتر لوازم خانگی مدرن مانند یخچال ، تلویزیون ، سینک ظرفشویی ، اجاق گاز و غیره نیز از فولاد “ساده” ساخته شده اند.از فولاد موسوم به “ملایم” برای ساخت و سازهای روزمره ساختمان استفاده می شود به ویژه در مناطقی که باد شدید از ویژگی های آب و هوای محلی است.

همه ما اکنون از نقش فولاد ضد زنگ در کارد و چنگال به خوبی آگاه هستیم. فولادهای ضد زنگ به خصوص به راحتی استریل می شوند و این یکی از ویژگی هایی است که آنها را به گزینه ای مناسب برای ابزارهای جراحی و ایمپلنت تبدیل می کند.

روش های تولید فولاد در داخل

در روش اول که به عنوان روش سنتی شناخته می شود شامل تهیه آهن خام یا چدن مذاب در کوره بلند و تولید فولاد در کنورتورهای اکسیژنی است. این روش در ذوب آهن اصفهان انجام می شود.

در این روش از احیای غیر مستقیم آهن استفاده می شود و سنگ آهن پس از فرآوری به همراه آهک و کک وارد کوره بلند شده و به آهن خام یا چدن مذاب تبدیل می شود. ترکیب اخیر سپس در یک مبدل به فولاد مذاب تبدیل شده و کربن و ناخالصی های دیگر آن به کمک اکسیژن خارج می شود تا فولاد خام بدست بیاید.

روش دوم احیای مستقیم سنگ آهن و قراضه ها در کوره های الکتریکی است. کوره های قوس الکتریکی فولاد خوزستان یا کوره های القایی مجتمع فولاد جنوب از این روش برای تولید فولاد استفاده می کنند. روش های دیگری نظیر روش کوره باز نیز برای تولید فولاد وجود دارد ولی به دلیل بازدهی کم در بیشتر نقاط دنیا مورد استفاده قرار نمی گیرد.