تفاوت فولاد کم کربن و پرکربن

همان طور که می دانید امروزه آهن به همراه اصلی ترین آلیاژ آن یعنی فولاد نقش اساسی را در صنایع مختلف ایفا می کند. این موضوع در ترکیبات به کار رفته در فولاد و آلیاژهایی است که از آن به وجود می آیند. منظور از آلیاژ ترکیب یک ماده اصلی مانند آهن و فولاد با یک سری عناصر شیمیایی مانند کربن است که سبب ایجاد یک سری خواص فیزیکی و شیمیایی در محصول فولادی نهایی خواهد شد.

امروزه هر کدام از محصولات فولادی تحت آنالیزهای شیمیایی مختلفی تولید می شوند و به همین علت کاربردهای آن ها در صنایع با یک دیگر متفاوت است. یکی از مهم ترین عناصرهای به کار رفته در این آلیاژها کربن می باشد که مقدار آن سبب به وجود آمدن ویژگی های مختلف در فولاد نهایی خواهد شد.

از این رو فولاد از نظر مقدار کربن به سه دسته فولادهای کم کربن، کربن متوسط و پرکربن تقسیم بندی می شود. در این مطلب قصد بررسی تفاوت های دو فولاد اصلی کم کربن و پرکربن را از نظر خواص، ویژگی های فیزیکی و در نهایت کاربرد داریم، اما پیش از آن بهتر است بدانید کربن عنصری آلیاژی به شمار می آید که تأثیر به سزایی در موارد ذکر شده دارد و مقدار آن بین 2/0 درصد تا 05/0 درصد متغیر است.

فولاد کم کربن

فولاد کم کربن یا نرم که با نام فولاد ملایم نیز شهرت یافته است، درصد بسیار کمی کربن داشته که در حدود 05/0 درصد تا 30/0 درصد می باشد؛ از این رو می توان گفت فولاد کم کربن دارای ویژگی های زیر می باشد:

شکل پذیری و چکش خواری: به طور کلی وجود کربن سبب افزایش سختی در فولاد خواهد شد، اما مقدار بیش از حد آن سبب شکنندگی فلزات نیز می شود؛ با این وجود فولاد کم کربن به سبب مقدار کم این عنصر در ترکیبات آن دارای سختی کم و در نتیجه انعطاف پذیری و چکش خواری بسیار بالا می باشد. این ویژگی سبب مناسب بودن آن در انجام عملیات های فرمینگ، نورد، آهنگری و جوشکاری در صنایع مختلف شده است.

استحکام و سختی: درست است که میزان سختی این نوع فولاد کمتر است؛ اما برای برخی از مصارف معمولی و ساختمانی به اندازه کافی محکم می باشد. این موضوع به سبب وجود درصد بیشتری از آهن درون این فولاد ها می باشد؛ زیرا آهن به تنهایی دارای خاصیت شکل پذیری و چکش خواری بسیار زیادی است. قیمت روز آهن نیز به عنوان یک فلز طبیعی مقرون به صرفه بوده و هر چه درصد آن در یک فولاد بیشتر باشد، نرخ پایین تری را به خود اختصاص می دهد.

جوش پذیری: همان طور که اشاره شد، خاصیت کم کربن بودن فولاد سبب افزایش قابلیت جوش پذیری برای کاربردهای پیچیده می شود.

مقاومت در برابر شکنندگی: افزایش کربن همان طور که سبب بالاتر رفتن مقدار سختی می شود، خاصیت شکنندگی ورق را نیز افزایش می دهد؛ فولاد کم کربن مقاومت زیادی در برابر شکست دارد.

فولاد پر کربن

بر خلاف فولاد کم کربن، فولاد پرکربن با درصد کربن حدود 60/0 درصد تا 0/2 درصد از جمله فلزاتی است که از سختی بالایی برخوردار می باشد. علاوه بر این خاصیت کربن زیاد سبب به وجود آمدن خواص دیگری نیز در فولادهای پرکربن شده است که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

سختی و استحکام: طبیعی است که این فولاد با داشتن درصد کربن بیشتر از سختی و استحکام بسیار بالایی برخوردار باشد؛ از این رو فولاد پرکربن بیشتر برای مواردی که نیاز به برشکاری، تیزشدن، مقاومت در برابر سایش و سایر موارد مانند ساخت چاقو و ابزار برش دارند، به کار برده می شود.

شکل ‌پذیری کاهش ‌یافته: کربن همان قدر که سبب افزایش سختی و استحکام می شود، خاصیت شکل پذیری و چکش خواری را کاهش داده و در نتیجه از فولاد پرکربن نمی توان برای مواردی که نیاز به شکل پذیری بالا هستند، استفاده کرد.

افزایش شکنندگی: مقاومت بسیار کم در برابر شکنندگی نیز از دیگر ویژگی هایی است که به سبب وجود کربن بالا در فولاد پرکربن به وجود می آید.

عملیات حرارتی: عملیات های حرارتی مختلف بر روی فولادهای پرکربن در جهت افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش انجام گرفته که به آن تمپرینگ یا کوئنچ گفته می شود. به طور کلی در این عملیات ها فولاد گرم شده و به سرعت سرد کردن و سپس گرم کردن دوباره آن برای بهبود خواص انجام می گیرد.

بررسی دقیق تفاوت های فولاد کم کربن و پرکربن

در این قسمت از مقاله به بررسی تفاوت فولاد کم کربن و پرکربن در قالب جدول می پردازیم که برای توضیحات بیشتر به قسمت پایین مقاله مراجعه نمائید.

ترکیب

میزان کربنی که در فولاد کم کربن وجود دارد، با سایر عناصر آلیاژی مانند منگنز، فسفر و گوگرد ترکیب شده و آلیاژهای مختلفی را به وجود می آورد. این عناصر سبب به وجود آمدن خواصی مانند جوش پذیری و شکل پذیری در فولاد کم کربن می شوند.

در صورتی که فولاد پرکربن به همراه درصد کربن بالا در ترکیبات خود دارای عناصری مانند کروم، وانادیم، تنگستن و … می باشد که سبب بهبود سختی و مقاومت در برابر سایش در این فولاد خواهند شد. از این نوع فولاد در بین تمامی ورق های فولادی می توان به ورق های سیاه اشاره کرد که با داشتن سختی و استحکام بالا در مصارف عظیم و صنعتی به کار برده می شوند؛ از این رو قیمت ورق سیاه فولاد مبارکه بسته به درصد کربن و خواصی که در هر آلیاژ به خود اختصاص می دهد، متفاوت است. به طور مثال گرید صنعتی ST52 از جمله فولادهای پرکربن به شمار می آید و با درصد کربن بیشتر در ساخت مخازن تحت فشار و سازه های سنگین به کار برده می شود.

ویژگی های مکانیکی

تفاوت کربن در فولاد کم کربن و پرکربن سبب به وجود آمدن یک سری ویژگی ها و خواص مکانیکی متمایز در هر کدام شده است. این خواص کاربرد نهایی این فلزات را مشخص می کنند.

مقاومت کششی

فولاد کم کربن مقاومت کششی بسیار کمتری در مقایسه با فولاد پرکربن دارد؛ به طور مثال ورق های ST37 از جمله فولادهای کم کربن در بین گریدهای ورق سیاه به شمار می آیند؛ در صورتی که فولاد ST52 کربن بالاتری داشته و فولاد پرکربن شناخته می شود؛ از این رو قیمت ورق ST52 فولاد مبارکه طبیعتاً از گرید ST37 بیشتر می باشد؛ زیرا با داشتن استحکام و مقاومت بالاتر در برابر سایش، ضربه ها و نیروهای خارجی، در موارد سنگین تر به کار برده می شود.

میزان سختی

سختی فولاد پرکربن بسیار بیشتر از میزان سختی فولاد کم کربن می باشد؛ به همین علت کاربردهای فولاد پرکربن در مواردی است که نیاز به مقاومت و سختی بسیار بالا می باشد.

میزان شکل پذیری و چکش خواری

محتوای بالای کربن در فولادهای پرکربن سبب افزایش خاصیت شکنندگی در آن ها شده؛ در صورتی که خاصیت شکل پذیری و چکش خواری فولادهای کم کربن بسیار بالا می باشد.

قابلیت جوشکاری

فولادهای کم کربن مانند آلیاژ ST37 قابلیت جوشکاری بسیار عالی داشته؛ در صورتی که فولاد های پرکربن با گرید ST52 در صورت جوشکاری مشکلاتی مانند ترک خوردگی یا شکنندگی را به همراه دارند.

کاربرد

در نهایت آخرین تفاوت فولادهای کم کربن و پرکربن در کاربرد های آن ها می باشد. از کاربردهای فولادهای کم کربن می توان به لوازم و تجهیزات خودروسازی، لوازم خانگی، ساخت لوله های سبک، مصارف ساختمانی سبک، تولید قوطی و پروفیل اشاره کرد. از جمله این فولادها می توان به ورق های سرد یا روغنی اشاره کرد که تحت فرآیند نورد سرد تولید می شوند و در این فرآیند تحت فشار بسیار بالا قرار می گیرند. قیمت ورق روغنی ۱.۵ نیز بسته به ویژگی هایی مانند استحکام کششی مطلوب، انعطاف پذیری بالا، داشتن سطح ظاهری صاف، صیقلی و درخشان داشته و بر اساس نرخ محصولات گرم یا سیاه تعیین می شود. با این وجود استانداردهای تولید در کارخانه سازنده، نوسانات ارز و دلار، نرخ شمش وارداتی و صادراتی، وضعیت بورس، کیفیت سطح ظاهری و … در نرخ ورق های سرد تأثیر به سزایی دارند.

در صورتی که فولاد با درصد کربن بالا به علت داشتن ویژگی هایی مانند استحکام، سختی، مقاومت در برابر سایش، ضربه های سنگین و … در ساخت ابزارهای برش مانند چاقو، تیغه اره ها، اسکنه، فنرهای مارپیچ، فنرهای برگ، بلبرینگ، ماشین آلات صنعتی، ساخت مخازن تحت فشار، لوله های انتقال گازهای سمی، نفت و گاز، اسکلت های فلزی سنگین و … می باشد. با این حال هر کدام از این فلزات قیمت متفاوتی داشته و نرخ آن ها بر اساس مواد اولیه، درصد خلوص آهن و نوسانات بازار آهن آلات تعیین می گردد.

نتیجه گیری

در نهایت باید گفت فولاد به عنوان اصلی ترین آلیاژ آهن از نظر میزان کربن به انواع مختلفی تقسیم بندی می شود. در این مطلب به بررسی تعاریف فولادهای کم کربن و پرکربن پرداخته شد و دریافتیم که کربن به عنوان یکی از مهم ترین عناصر آلیاژی نقش مهمی را در تعیین خواص فولادها دارد.

درصد بالای آن در فولادهای پرکربن سبب افزایش سختی و مقاومت و کاهش جوش پذیری و فرم دهی شده و درصد پایین تر آن در فولادهای کم کربن موجب به وجود آمدن خواص انعطاف پذیری و جوشکاری، سختی مطلوب و استحکام پایین در برابر کشش خواهد شد. انتخاب هر کدام از فولادهای کم کربن و پرکربن بسته به مشورت با کارشناسان خبره در این زمینه و کاربرد نهایی خریدار دارد.