فولاد چیست؟

ممکن است در تصور بسیاری از افراد، فولاد یک فلز بسیار مستحکم شناخته شود، اما جالب است بدانید این محصول نوعی آلیاژ آهنی است که از استخراج سنگ آهن و فراوری آن تولید می شود. در واقع آلیاژ از ترکیب فلزات و غیر فلزات که ممکن است عناصر شیمیایی و ترکیباب آن ها باشد، تشکیل می شوند. فولاد نیز از ترکیب آهن خام به همراه درصدی از کربن تولید شده و البته برای افزودن یک سری خواص و ویژگی ها به آن سایر عناصری مانند کروم، نیکل و منگنز نیز به ترکیبات آن اضافه می شود.

مقدار کربن فولاد بین 0.002 تا 2.1 بوده و هر چه میزان این عنصر در ترکیبات این آلیاژ افزایش یابد، محصول نهایی دارای درجه سختی بیشتری می باشد. با این وجود می توان گفت فولاد ها یک خانواده بزرگ از آلیاژهای آهنی را تشکیل می دهند و میزان کربنی که در آن ها به کار برده می شود نیز سبب تقسیم بندی آن ها خواهد شد.

لازم به ذکر است اگر میزان کربن در فولادها به بیش از 2 درصد برسد، آلیاژی که به دست می آید، فولاد نبوده و به آن چدن گفته می شود. در واقع خاصیت چدن به زیاد بودن درصد کربن آن است که بین 2 تا 5 درصد است. با این وجود می توان گفت درصد کربن است که تعیین کننده نوع آلیاژ آهن است.

با این وجود بهتر است بدانید هر چه میزان کربن در آلیاژهای آهن افزایش یابد، علاوه بر افزایش سختی سبب ایجاد خاصیت شکنندگی در آن ها خواهد شد. با این وجود می توان گفت فولاد دارای استحکام بیشتری در مقایسه با چدن می باشد، اما خاصیت شکنندگی در چدن بالاتر است که نشان دهنده بالا بودن میزان سختی در آن است.

روش های تولید فولاد

برای تولید فولاد روش های مختلفی وجود دارد که بر روی سنگ آهن استخراج شده از معادن انجام می شود. این نوع سنگ ها درون خود دارای کانی هایی می باشند و برای حذف ناخالصی های آن ها باید عملیات هایی جهت فراوری و احیا بر روی آن ها صورت گیرد. در کشورهای مختلف بسته به نوع تکنولوژی که در واحدهای فولادسازی وجود دارد، از روش های زیر استفاده می شود:

کوره باز (Open Hearth)
بسمر (Bessemer)
کوره اکسیژن قلیایی (BOF)
کوره قوس الکتریکی (EAF)
کوره القایی (Induction furnace)

معمولاً در کشور ما 3 روش برای تولید فولاد وجود دارد که شامل روش کوره بلند، روش میدرکس یا استفاده از کوره قوس الکتریکی و روش استفاده از کوره القایی هستند. معمولاً از دو روش بیشتر استفاده می شود. در روش کوره بلند سنگ آهن دانه بندی شده به همراه مواد افزودنی مانند کک و آهک وارد کوره بلند شده و آهن خام به دست می آید که در مرحله بعدی ناخالصی های آن جدا شده و فولاد خام به دست می آید. در کارخانه ذوب آهن اصفهان از این روش استفاده می کنند.

روش دوم میدرکس نام دارد و در کارخانه فولاد مبارکه برای تولید شمش های منجمد مورد استفاده قرار می گیرد. برای تولید فولاد مذاب در این روند از کوره های قوس الکتریکی استفاده می کنند. به این صورت که آهن اسفنجی به همراه قراضه آهن و مواد افزودنی مانند کک از بالای کوره درون آن ریخته شده و سپس گاز احیا کننده از پایین درون کوره دمیده می شود. سپس الکترود از طریق لوله های مختلف در ترکیب اضافه شده تا ناخالصی های مواد جدا شده و فولاد مذاب با عیار بالا به دست آید. بهتر است بدانید بیشترین درصد فولاد خام جهان از روش اول و با استفاده از کوره های بلند تولید می شود، اما تولید به روش دوم یعنی میدرکس توجیح بهتری دارد.

از نظر اقتصادی نیز باید گفت روش میدرکس یا استفاده از کوره های قوس الکتریکی به روز تر بوده و علاوه بر کم کردن آلودگی های زیست محیطی حاصل از این فرآیند، با داشتن منابع طبیعی اقتصادی تر است. کشور ما نیز با داشتن منابع غنی گاز قابلیت تولید فولاد به این روش را دارد. از این رو می توان گفت قیمت آهن به وسیله تولید از این روش کمتر بوده و در نتیجه سبب کمتر شدن قیمت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی خواهد شد. این محصولات خواص و انواع مختلفی دارند؛ زیرا ترکیب شیمیایی هر کدام با دیگری متفاوت است. به همین سبب کاربردهای هر کدام متمایز شده است که در ادامه به بررسی این خواص و انواع فولاد خواهیم پرداخت.

خواص فولاد

ممکن است تصور کنید هر فولاد با استحکام بسیار بالا یک ماده ایده آل در هر صنعتی به شمار می آید، اما بهتر است بدانید داشتن استحکام تنها دلیل خوبی برای پرمصرف بودن یک ماده نیست. در واقع فولاد آلیاژی است که بسته به عناصر به کار رفته در ترکیبات و فرآیندی که برای تولید آن انجام می شود، می تواند در عین داشتن استحکام دارای خاصیت انعطاف پذیری خوبی نیز باشد.

برای مثال می توان ورق روغنی و گالوانیزه را مثال زد که با وجود داشتن استحکام دارای فرم پذیری مناسبی در عملیات های کشش و فرم پذیری هستند، البته این موضوع بسته به گرید مورد استفاده متفاوت است. با این وجود مهم ترین خواص فولادها در انواع مختلف شامل موارد زیر است:

استحکام کششی بسیار بالا
سختی و مقاومت به سایش بالا
مقاومت در برابر زنگ زدگی و خوردگی بسیار خوب (گریدهای فولاد ضدزنگ و ورق های فولادی مانند گالوانیزه)
دوام و پایداری خیلی خوب در شرایط بارگذاری مختلف
فراوانی و در دسترس بودن منابع تولید
فرم پذیری بسیار خوب
قابلیت چکش‌خواری
هزینه تولید کم
سرعت بالای ساخت
کاربرد گسترده در صنایع عظیم و کوچک

انواع فولاد

فولاد خود نوعی آلیاژ است، اما محصولات و آلیاژهای متعددی از طریق انجام عملیات های نورد گرم و سرد بر روی آن تولید می شوند. با این وجود از نظر نوع کربن و ترکیبات شیمیایی به انواع مختلفی تبدیل می شوند. فولادها از نظر ترکیبات شیمیایی شامل موارد زیر هستند:

فولادهای ساده کربنی
فولادهای آلیاژی
فولادهای ضد زنگ (استنلس استیل)
فولادهای ابزار

فولاد کربنی

در این نوع فولادها، علاوه بر کربن عناصر آلیاژی دیگر مانند منگنز، مس، سیلیکون نیز وجود دارد. این محصولات ظاهری مات داشته و 90 درصد از تولیدات فولادها از این نوع می باشد. این فلزات نیز خود به سه دسته از نظر میزان کربن تقسیم بندی می شوند:

فولاد کم‌ کربن که حاوی کمتر از 3/0 درصد کربن است و پرکاربردترین نوع به شمار می آید.
فولاد کربن متوسط حاوی 3/0 تا 8/0 کربن
فولاد پرکربن که بالای 6/0 درصد کربن داشته و سختی بالایی را نیز دارد.

در این بین از خواص فولادهای کم کربن می توان به خاصیت انعطاف پذیری و شکل پذیری بالا به علت درصد کربن کمتر اشاره کرد. این محصولات از نظر مقاومت در برابر خوردگی ضعیف بوده، اما قیمت مقرون به صرفه ای دارند. از سوی دیگر فولادهای کم کربن متوسط قابلیت انجام عملیات حرارتی را داشته و سبب کاهش میزان مصرف انرژی می شوند. در نهایت فولاد پرکربن سختی بسیار بالایی داشته و در عین حال انعطاف پذیری کمی دارد.

فولاد آلیاژی

محصولات آلیاژی همان طور که از نام آن ها پیداست، دارای عناصر آلیاژی در ترکیبات خود می باشند که در این بین می توان به مهم ترین آن ها یعنی مس، منگنز، نیکل، سیلیکون، آلومینیوم، کروم و تیتانیوم اشاره کرد. هر کدام از این عناصر سبب به وجود آمدن یک سری از خواص ذکر شده در فوق خواهند شد که در نهایت سبب مشخص شدن کاربری محصول نهایی می شود. نرخ فولادهای آلیاژی مناسب بوده و بیشتر در تجهیزات خودرو، لوله سازی و ژنراتورهای برق و ... مورد استفاده قرار می گیرند.

فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل یکی از آلیاژهای فولاد است که درصد کربن آن ها کم بوده و به علت وجود 5/10 تا 30 درصد عنصر کروم و البته سایر عناصر دارای مقاومت زیادی در برابر زنگ زدگی و خوردگی هستند. از جمله مهم ‌ترین انواع این محصول استیل ۳۰۴، استیل سری ۴۳۰ و استیل نسوز را نام می برند. همچنین حفظ شدن استحکام در دمای بالا از دیگر ویژگی های این نوع فولاد به شمار می آید، اما این فلز نیز دارای انواع مختلفی است که شامل موارد زیر می باشند:

فولاد ضد زنگ فریتی (سری 400)
فولاد ضد زنگ آستنیتی (سری 300)
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (سری 400)
فولاد ضد زنگ دوفازی (فریتی + آستنیتی)
فولاد ضد زنگ رسوب سخت (PH)

فولاد ابزار

همان طور که از نام این فولاد پیداست، از آن برای ساخت ابزارهای فلزی مانند ابزار برش، انواع تیغه ‌ها، ساخت چاقو و... استفاده می کنند. این نوع از فولاد در ترکیبات خود دارای عناصری مانند وانادیون، تنگستن، مولیبدن و کبالت می باشد که سبب افزایش سختی، دوام و مقاومت آن ها در برابر حرارت خواهد شد. این نوع فولاد نیز انواع مختلفی داشته که شامل موارد زیر است:

· فولاد ابزار سرد شده در آب (W)
سرد شده در روغن (O)
سرد شده در هوا (A)
کربن بالا- کروم بالا (D)
کارگرم (H)
مقاوم به شوک (S)
تندبر (M , T)
قالب (P)
مخصوص (L)

کاربرد فولاد چیست؟

به طور معمول از فولادهای مختلف برای ساخت ورق های فولادی، مقاطع، تجهیزات صنایع و مصارف مختلف کوچک و بزرگ استفاده می کنند، اما عمده کاربرد این ماده ها در ساخت ورق ها و مقاطع فولادی و به واسطه آن ها در صنایع زیر می باشد؛

تجهیزات خودروسازی
تجهیزات پتروشیمی
ساخت لوازم خانگی
لوله سازی
ساختمان سازی
ساخت ریل راه آهن
تولید ابزار آلات صنعتی و کشاورزی
ساخت ماشین آلات سنگین
صنایع فلزی و اسکلت های ساختمانی قوی
ساخت انواع مقاطع فولادی نظیر میلگرد، تیرآهن، لوله، نبشی، ناودانی و...
کاربرد فولادهای ضد زنگ برای تولید سکوها و خطوط لوله دریایی، ساخت قاشق، چنگال و چاقو، وسایل جراحی و ...

جمع بندی

یکی از مهم ترین آلیاژهای آهنی، فولاد است که خود دارای آلیاژها و محصولات مختلف می باشد. همان طور که اشاره شد، فولاد از ترکیب آهن با کربن و سایر عناصر آلیاژی تولید می شود و از جمله مقاطعی که به وسیله این ماده نهایی تولید می شوند، می توان به انواع مقاطع تخت فولادی، گرد، منحنی و استوانه ای اشاره کرد. برای تولید فولاد از روش های مختلفی استفاده می کنند که در ایران فرآیند میدرکس و به کارگیری کوره های قوس الکتریکی رواج پیدا کرده است.

از خواص محصولات و مقاطع فولادی می توان به مقاومت و استحکام در برابر نیروهای فشاری، کششی، رطوبت، خوردگی، زنگ زدگی، فرم پذیری، رنگ پذیری و ... اشاره داشت. هر کدام از این خواص بسته به روش تولید محصولات فولادی و عناصر به کار رفته در ترکیبات آن ها متفاوت است. از سوی دیگر بهتر است بدانید فولاد از نظر میزان کربنی که در ترکیبات آن به کار می رود به سه دسته فولاد کم کربن، کربن متوسط و پرکربن تقسیم بندی می شود.

از جمله مقاطع ساخته شده به وسیله فولاد می توان به انواع میلگرد، تیرآهن، نبشی، ناودانی، سپری اشاره کرد و در بین مقاطع تخت می توان ورق های گرم، سرد، روغنی، اسیدشویی، انواع پروفیل و ... را نام برد. به سبب این مقاطع تخت و استوانه ای کاربرد فولاد و آلیاژهای آن در صنایع بزرگ و کوچکی مانند پتروشیمی، نفت و گاز، خودروسازی، لوازم خانگی، ساخت ماشین آلات و دستگاه های صنعتی، کاغذسازی و ... رواج یافته است.

با این وجود پیشنهاد می شود برای خرید این محصولات فولادی از یک مرجع معتبر در این زمینه کمک بگیرید. شرکت آهن اینفو یکی از مراجع تخصصی در زمینه تأمین ورق ها و مقاطع فولادی با بهترین کیفیت از کارخانه های تولید کننده داخلی می باشد که پیش از ثبت سفارش اطلاعات لازم در این زمینه را در اختیار خریداران قرار می دهد.