فولاد چیست ؟ فولاد (Steel) به آلیاژهای آهن که بین ۰٫۰۰۲ تا ۲٫۱ درصد وزن خود کربن دارند گفته میشود. فولاد پر مصرف ترین فلز صنعتی است و مصرفش پیوسته افزایش می‌یابد. امروزه تولید فولاد جهان نزدیک به هزار و سیصد میلیون تن در سال است.
فولاد چیست ؟
فولاد چیست ؟ كلمه فولاد ، به آلیاژهایی گفته میشود كه حداقل پنجاه درصد آن را آهن تشكیل می دهد و شامل یك یاچند عنصر دیگر می باشد. این عناصر معمولا شامل كربن، منگنز، سیلیسیم، نیكل، كرم، وانادیم، مولیبدن،تیتانیوم، نیوبیم و آلومینیوم هستند. كربن به عنوان مهم ترین ماده آلیاژی فولاد محسوب می گردد. هرچند كه ممكن است در انواع مختلف فولاد، مواد آلیاژی دیگری نیز به میزان زیادتری یافت شود یا حتی كربن در بعضی از آلیاژهای فولاد ناخالصی محسوب شود. کربن در آهن bcc حل شده و یک محلول جامد به نام فریت (Ferrite) تشکیل میدهد. حل شوندگی کربن در فریت آلفا حداکثر 0.025% و در فریت دلتا 0.09% است. کربن در ساختار بلوری گاما (fcc) حل شده و محلول جامد آستنیت (Austenite) به دست می آید. حل شوندگی کربن در fcc اندکی بیشتر بوده و به میزان 2.14% می رسد. با افزایش میزان کربن در آلیاژهای آهن تا حداکثر 6.67% میتوان فاز کاربید آهن یا سمنتیت (Cementite) را بدست آورد که ساختاری ترد و شكننده دارد . ميزان حداكثر انحلال كربن در آهن براي فازهاي مختلف در دماهاي مختلف روی می دهد و فولادهاي مختلف را از يكديگر متمايز مي سازد . با توجه به آلياژ فولاد و نرخ سرد كردن آن پرليت (Pearlite) یا مارتنزیت (Martensite) میتواند تشکیل شود . مارتنزیت هنگام سرد شدن سریع ،آلیاژ فولاد به دست می آید .
فولاد و کربن
استحکام فولاد با «میزان کربن محلول» به شدت افزایش می‌یابد اما از طرفی این افزایش سختی باعث کاهش قابلیت جوشکاری و افزایش احتمال شکست ترد میشود . پس کربن فولاد را ترد میکند به تاب کششی آن می‌افزاید . مرز تناسب میان تنش و انبساط فولاد را بالا می‌برد و سختی آن را زیاد میکند. هر چه کربن در فولاد کمتر باشد، جنس آن نرم تر و چکش خوری آن بیشتر است. استحکام فولادهای فریتی (فرومغناطیس) رابطه معکوسی با شکل‌پذیری دارد. تلفیق استحکام و شکل‌پذیری با پایدارسازی فاز آستنیت (پارامغناطیس) در فولادهای مدرن چندفازی قابل بهبود است.
روشهای توليد فولاد چیست ؟
روش خمیری
در آغاز ، فولاد به این روش ساخته می‌شد. این روش قدیمی شده است و دیگر به کار نمی رود. در این روش آهن خام را در تشت کوره‌ی شعله‌ای گذاشته میشود و روی آن شعله دمیده میشود تا مذاب شود. آهن‌خام آب شده را به هم می زدند تا کربن آن با تماس با اکسیژن هوا بسوزد ؛ کم‌کم که کربن آهن خام می سوخت، درجه ذوب شدنش بالا می‌رفت و خمیری می‌شد. خمیر فولاد به صورت تکه‌تکه با گازانبر از کوره بیرون آورده میشود و با پتک روی آن می‌کوبند تا سرباره شان بریزد و یکپارچه شوند. چون در این روش فولاد به دست آمده کیفیت یکسانی نداشت مورد استفاده قرار نمیگیرد.
روش ذوب
در حال حاضر تقریبا تمامی فولادها از طریق ذوب آهن به روشهای مختلف بدست میاید. در این قسمت سه روش به شرح زیر توضیح داده شده است:
كوره هاي القايي (IF: Induction Furnace)
در روش کوره القایی آهن قراضه و آهن اسفنجی به کمک انرژی الکتریکی به فولاد تبدیل میشود.در این روش از جریان های متناوب را برای ایجاد گرمای لازم ،برای ذوب فلز استفاده می شود. پوشش آنها از موادی مانند آلومینا، سیلیس و منیزیم ساخته شده است. این کوره ها برای ذوب فلزات مانند آهن و همچنین فلزات غیر آهنی به خوبی کار می کنند. درون کوره القایی کویل های مس قرار دارد که با آب سرد می شوند.
قاعده کلی ذوب القایی این است که یک منبع الکتریکی با ولتاژ بالا از کویل اولیه یک جریان بالا با ولتاژ پایین، در فلز یا کویل ثانویه را ایجاد می کند. گرمایش القایی به سادگی یک روش انتقال انرژی گرمایی است. کوره های القایی برای ذوب و آلیاژ کردن انواع مختلف فلزات با حداقل هدر رفتگی ذوب ایده آل می باشد. با این حال، می توان فلز فلز را کمی تصفیه کرد.
كوره اكسيژني (Bos:Basic Oxygen Furnace) كنورتور
در روش‌هایی که از کنوروتور استفاده میشود . آهن‌خام مذابی که از که فرایند کوره بلند به دست آمده‌است درون کنورتور ریخته میشود تا با استفاده از دمش گاز اکسیژن کربن اضافی آن سوزانده شود. بدین ترتیب کربن فولاد به میزان مورد نظر خواهد رسید . سپس با اضافه کردن عناصر آلیاژی به آن استحکام فولاد افزایش خواهد یافت.
كوره قوس الكتريكي (EAF: Electric Arc Furnace)
مواد شارژی این کوره جهت تولید فولاد بیشتر قراضه آهن(Scrap Steel) یا مخلوطی از قراضه و آهن اسفنجی مبباشد . در این ابتدا آهن اسفنجی تولید شده در فرایند احیای مستقیم درون کوره قوس الکتریکی ریخته میشود تا ذوب گردد؛ دمای این کوره‌ها به حدی است که در همان ذوب اولیه فولاد با درصد کربن نسبتاً پایین تولید میشود. سپس فولاد تولید شده درون کوره پاتیلی ریخته میشود تا در آنجا عملیات آلیاژسازی انجام شود. این عملیات شامل تنظیم کردن میزان کربن، اضافه کردن عناصر آلیاژی و یکدست‌سازی ترکیب فولاد است.
پس از بدست آمدن ترکیب شیمیایی مورد نظر ، لازم است که آن را به صورت مورد نیاز ریخته‌گری کرد. در اکثر موارد فولاد بدست آمده به صورت تختال، تیرآهن یا میلگرد ریختگری مداوم می‌گردد.
تقسیم بندی فولاد
در ادامه مبحث فولاد چیست باید بدانیم که تقسیم بندی فولاد میتواند براساس موارد زیر باشد
- بر اساس ترکیب شیمیایی، مانند فولاد کربنی، فولادهای آلیاژی ، فولاد زنگ نزن و …
- بر اساس روش ساخت، مانند نورد گرم، نورد سرد و …
- بر اساس روش تولید مانند روش کوره الکتریکی و …
- بر اساس روش اکسیژن زدایی مانند فولاد آرام، نیمه آرام، جوشان و …
- بر اساس شکل محصول مانند ورق، لوله، میله، صفحه و …
- بر اساس ریز ساختار مانند فریتی، پرلیتی، مارتنزیتی
- بر اساس عملیات حرارتی مانند بازپختی، کوئنچ و تمپر و…
- بر اساس استحکام مورد نیاز
- بر اساس کیفیت محصول مانند فولاد با کیفیت آهنگري، کیفیت تجاري و …
- بر اساس کاربرد مانند فولاد فنر، فولاد ساختمانی، فولاد ابزار و ….
کاربردهای فولاد چیست ؟
- ساخت راه ها ، راه آهن ، سایر زیرساخت ها ، لوازم و ساختمانها
- استادیوم ها و آسمان خراشها ، پلها و فرودگاه ها توسط اسکلت فلزی پشتیبانی میشوند.
- حتی کسانی که سازه بتونی دارند از فولاد برای تقویت آن استفاده می کنند.
- پیچ و مهره ، میخ و پیچ و سایر محصولات خانگی و وسایل آشپزی
لینک های مرتبط :
