ارائه مطالب علمي، تخصصي و عمومي در مورد فولاد

مقدمه:

فولاد يكي از همه كاره ترين و مفيدترين مواد روي كره زمين است. فولاد عمدتاً از آهن (Fe) و كربن (C) تشكيل شده است، اما فولاد مدرن پيچيده تر از آن است. ويژگي‌ها و استحكام فولاد تحت‌تاثير غلظت كربن و آهن يا گنجاندن عناصر ديگر قرار مي‌گيرد كه به فولاد اجازه مي‌دهد در تعداد نامحدودي از سناريوها استفاده شود. اكثر مردم بر اين باورند كه فولاد فقط تركيبي از آهن و كربن است. اما در واقع بيش از 3500 درجه مختلف فولاد وجود دارد. شما مي توانيد عيار فولاد را با تجزيه و تحليل مقدار كربن موجود در آن، ساير عناصر آلياژي آن و همچنين نحوه پردازش آن تعيين كنيد. 

در اين مقاله، چهار نوع مختلف فولاد را به همراه نحوه طبقه بندي آنها، انواع مختلف فولاد و روش هاي عمليات حرارتي مورد استفاده براي بهبود خواص مكانيكي فولاد مورد بحث قرار خواهيم داد.

چهار نوع فولاد:

فولاد در انواع مختلف درجه بندي و به چهار گروه طبقه بندي مي شود:

• فولادهاي كربني
• فولادهاي آلياژي
• ورق هاي استيل
• فولادهاي ابزار

فولادهاي كربني:

جدا از كربن و آهن، فولادهاي كربني تنها حاوي مقادير كمي از اجزاي ديگر هستند. فولادهاي كربني رايج ترين فولاد در بين چهار گريد فولادي هستند كه 90 درصد كل توليد فولاد را تشكيل مي دهند. فولاد كربني بر اساس ميزان كربن موجود در فلز به سه زير گروه طبقه بندي مي شود:

• فولادهاي كم كربن / فولادهاي ملايم (تا 0.3٪ كربن)
• فولادهاي كربن متوسط (0.3-0.6٪ كربن)
• فولادهاي پركربن (بيش از 0.6 درصد كربن)

شركت ها اغلب اين فولادها را در مقادير زياد توليد مي كنند زيرا نسبتاً ارزان هستند و به اندازه كافي قوي هستند كه در ساختمان سازي در مقياس بزرگ مورد استفاده قرار گيرند.

فولادهاي آلياژي:

فولادهاي آلياژي از تركيب فولاد با عناصر آلياژي اضافي مانند نيكل، مس، كروم و يا آلومينيوم ساخته مي شوند. تركيب اين عناصر استحكام، شكل پذيري، مقاومت در برابر خوردگي و ماشينكاري فولاد را بهبود مي بخشد.

ورق هاي استيل:

گريدهاي ورق استيل با 10 تا 20 درصد كروم و همچنين نيكل، سيليكون، منگنز و كربن آلياژ مي شوند. اين فولادها به دليل ظرفيت افزايش يافته خود براي سالم ماندن در آب و هواي نامساعد، مقاومت در برابر خوردگي فوق العاده بالايي دارند و براي استفاده در ساخت و ساز در فضاي باز ايمن هستند. گريدهاي ورق استيل نيز معمولاً در دستگاه هاي الكتريكي استفاده مي شود. به عنوان مثال، ورق استيل 304 به دليل توانايي آن در مقاومت در برابر محيط و در عين حال ايمن نگه داشتن مواد الكتريكي به طور گسترده اي مورد توجه قرار گرفته است.

در حالي كه گريدهاي مختلف ورق استيل، از جمله ورق استيل 304، جايگاهي در ساختمان ها دارند، ورق استيل بيشتر به دليل ويژگي هاي بهداشتي آن مورد توجه قرار مي گيرد. اين فولادها به طور گسترده در دستگاه هاي پزشكي، لوله ها، مخازن تحت فشار، ابزارهاي برش و ماشين آلات پردازش مواد غذايي يافت مي شوند.

فولادهاي ابزاري:

فولادهاي ابزاري همانطور كه از نامشان پيداست در تجهيزات برش و حفاري سرآمد هستند. وجود تنگستن، موليبدن، كبالت و واناديوم به بهبود مقاومت حرارتي و دوام عمومي كمك مي كند. از آنجايي كه حتي در صورت استفاده زياد نيز شكل خود را حفظ مي كنند، براي اكثر ابزارهاي دستي، مواد ترجيحي هستند.

طبقه بندي فولاد:

فراتر از چهار گروه، فولاد را نيز مي توان بر اساس متغيرهاي مختلفي طبقه بندي كرد كه عبارتند از:

• تركيب: محدوده كربن، آلياژ، ضد زنگ و غيره
• روش تكميل: نورد گرم، نورد سرد، پايان سرد و غيره.
• روش توليد: كوره الكتريكي، ريخته گري پيوسته و غيره.
• ريزساختار: فريتي، پرليتي، مارتنزيتي و غيره
• قدرت فيزيكي: طبق استانداردهاي ASTM
• فرآيند اكسيد زدايي: كشته يا نيمه كشته
• عمليات حرارتي: بازپخت، تمپر و غيره.
• نامگذاري كيفيت: كيفيت تجاري، كيفيت مخازن تحت فشار، كيفيت كشش و غيره.

سيستم هاي درجه بندي فولاد:

سيستم هاي درجه بندي فولاد به ما اين امكان را مي دهد كه انواع فولاد را بر اساس موارد استفاده آنها دسته بندي كنيم. براي مثال، سرعت خنك شدن فولاد توسط سازندگان فولاد ممكن است بر استحكام مولكولي آن تأثير بگذارد. مدت زماني كه آنها مي توانند فولاد را در دماي بحراني در طول فرآيند خنك سازي حفظ كنند نيز ضروري است. در واقع، دو ورق فولاد با محتواي آلياژي يكسان بسته به روش عمليات حرارتي، مي‌توانند گريدهاي مختلفي داشته باشند.

سيستم درجه بندي ASTM به هر فلز يك پيشوند حرفي بر اساس دسته كلي آن ("A" براي آلياژهاي مبتني بر آهن و مواد فولادي) و همچنين يك عدد اختصاص داده شده به ترتيب مربوط به ويژگي هاي منحصر به فرد آن فلز اختصاص مي دهد. در مقابل، براي طبقه بندي، سيستم درجه بندي SAE از يك عدد چهار رقمي استفاده مي كند. دو شكل اول نشان دهنده نوع فولاد و غلظت عنصر آلياژي است، در حالي كه دو رقم آخر نشان دهنده غلظت كربن فلز است.

استانداردهاي درجه بندي فولاد اغلب براي اطمينان از كيفيت و سازگاري مواد توسط دانشمندان، مهندسان، معماران، مهندسان خودرو و ارگان هاي دولتي استفاده مي شود. اين استانداردها اصطلاحات منسجمي را براي بيان خصوصيات فولاد با جزئيات زياد و همچنين هدايت توليدكنندگان محصول به سمت تكنيك هاي پردازش و كاربرد مناسب ارائه مي كنند.

گردآورنده: سيد رحيم كياحسيني