فولادها را بر چه اساس تقسیم‌بندی می‌کنند؟
فولاد، آلیاژی، از ترکیب آهن و کربن به وجود می‌آید. اما تنوع گسترده خواص و کاربردهای فولاد، نیازمند دسته‌بندی‌های مختلفی از این ماده است. درک این تقسیم‌بندی‌ها، برای انتخاب بهینه نوع فولاد در هر کاربرد، از ساخت اسکلت یک ساختمان بزرگ تا طراحی یک قطعه ظریف در صنعت پزشکی، موضوعی بسیار مهم است.
انتخاب نادرست فولاد می‌تواند منجر به شکست پروژه، افزایش هزینه‌ها و حتی خطرات جانی شود. بنابراین، آشنایی با انواع فولاد و ویژگی‌های آن‌ها برای هر مهندس و متخصصی در این زمینه ضروری است. در ادامه این مقاله، به بررسی دقیق و جامع معیارهای تقسیم‌بندی فولادها می‌پردازیم و با دنیای وسیع این ماده بیشتر آشنا می‌شویم.
تقسیم‌بندی فولادها از نظر ترکیب شیمیایی
یکی از روش‌های تقسیم‌بندی فولاد، براساس عناصر تشکیل‌دهنده آن، به‌خصوص میزان کربن و سایر عناصر آلیاژی است. این تقسیم‌بندی، به ما کمک می‌کند تا خواص مکانیکی و شیمیایی فولاد را بهتر درک کنیم و در نهایت مناسب‌ترین نوع فولاد را برای کاربرد مورد نظر انتخاب کنیم.
به‌عنوان مثال، میزان کربن در فولاد تاثیر مستقیمی بر سختی، استحکام و شکل‌پذیری آن دارد. همچنین، عناصر آلیاژی مختلف می‌توانند خواصی مانند مقاومت به خوردگی، مقاومت به سایش و مقاومت در برابر دماهای بالا را بهبود بخشند.
فولادهای کربنی
فولادهای کربنی، همانطور که از نامشان پیداست، عمدتاً از آهن و کربن تشکیل شده‌اند و بخش عمده‌ای از تولید فولاد جهان را به خود اختصاص می‌دهند. میزان کربن در این فولادها، عامل اصلی تعیین‌کننده خواص مکانیکی آن‌ها است. افزایش میزان کربن منجر به افزایش سختی و استحکام فولاد می‌شود، اما در عین حال شکل‌پذیری و چقرمگی آن را کاهش می‌دهد.
به‌عنوان مثال، فولادهای با کربن کم (کمتر از 0.25 درصد) برای کاربردهایی که نیاز به شکل‌پذیری بالا دارند، مانند ورق‌های بدنه خودرو، مناسب هستند. در مقابل، فولادهای با کربن متوسط (0.25 تا 0.60 درصد) برای ساخت قطعاتی که نیاز به استحکام و سختی بالاتری دارند، مانند میل‌لنگ‌ها و چرخ‌دنده‌ها، مورد استفاده قرار می‌گیرند. فولادهای با کربن بالا (بیش از 0.60 درصد) نیز برای ساخت ابزارهای برشی، تیغه‌ها و قطعاتی که نیاز به سختی و مقاومت به سایش بسیار بالا دارند، مناسب هستند.
فولادهای آلیاژی
فولادهای آلیاژی، علاوه‌بر آهن و کربن، حاوی عناصر دیگری مانند نیکل، کروم، منگنز، مولیبدن، وانادیم، تنگستن و سیلیسیم هستند. این عناصر برای بهبود خواصی مانند مقاومت به خوردگی، مقاومت به حرارت، استحکام در دماهای بالا، و خواص مغناطیسی به فولاد اضافه می‌شوند. نوع و مقدار این عناصر آلیاژی، تأثیر زیادی بر خواص و کاربردهای فولاد دارد.
برای مثال، افزودن کروم به فولاد منجر به افزایش مقاومت به خوردگی و ایجاد فولاد ضدزنگ می‌شود. افزودن نیکل به فولاد مقاومت به ضربه و چقرمگی آن را افزایش می‌دهد. همچنین، افزودن مولیبدن و وانادیم به فولاد استحکام و سختی آن را در دماهای بالا بهبود می‌بخشد.
فولادهای کم آلیاژ
در فولادهای کم آلیاژ، درصد عناصر آلیاژی کمتر از 5% است. این فولادها به‌دلیل قیمت مناسب‌تر و خواص مکانیکی بهبود یافته نسبت به فولادهای کربنی، کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. به‌عنوان مثال، در ساخت قطعات خودرو، پل‌ها، و ساختمان‌ها، خطوط لوله، و ماشین‌آلات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
فولادهای پرآلیاژ
در فولادهای پرآلیاژ، درصد عناصر آلیاژی بیشتر از 5% است. این فولادها به‌دلیل خواص ویژه خود مانند مقاومت به خوردگی بسیار بالا یا مقاومت به حرارت عالی، در صنایع خاصی مانند صنعت هوافضا، پزشکی، نیروگاهی و شیمیایی کاربرد دارند. فولاد ضد زنگ یک مثال معروف از فولادهای پرآلیاژ است که به‌دلیل وجود کروم (حداقل 10.5%) در ترکیب آن، مقاومت بسیار خوبی در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی دارد.
همچنین، فولادهای مقاوم به حرارت که دارای عناصری مانند نیکل، کروم و مولیبدن هستند، در ساخت قطعات توربین‌های گازی و موتورهای جت مورد استفاده قرار می‌گیرند. قیمت فولاد آلیاژی به عواملی چون نوع و میزان عناصر آلیاژی، روش تولید و شرایط بازار بستگی دارد.
تقسیم‌بندی فولادها بر اساس نحوه تولید
روش و نحوه تولید فولاد، تاثیر قابل توجهی بر خواص، کیفیت و قیمت آن دارد. هر روش تولید، مزایا و معایب خاص خود را دارد و برای کاربردهای خاصی مناسب است. انتخاب روش تولید مناسب، به عواملی مانند هزینه، کیفیت مورد نیاز، و نوع فولاد بستگی دارد.
فولادهای کوره قوس الکتریکی (EAF)
در این روش، از قوس الکتریکی برای ذوب قراضه فولاد و آهن اسفنجی استفاده می‌شود. این روش، به‌دلیل انعطاف‌پذیری بالا، قابلیت کنترل دقیق ترکیب شیمیایی فولاد و امکان استفاده از قراضه به‌عنوان ماده اولیه، به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، این روش از نظر زیست‌محیطی نیز مناسب‌تر از روش‌های سنتی تولید فولاد است.
فولادهای کوره القایی (IF)
در این روش، از میدان مغناطیسی برای ذوب فلز استفاده می‌شود. این روش برای تولید فولادهای با کیفیت بالا، خلوص بیشتر، و ترکیب شیمیایی کنترل شده مناسب است. کوره‌های القایی به‌دلیل سرعت بالای ذوب، یکنواختی ترکیب شیمیایی، و کاهش آلودگی محیطی، در تولید فولادهای خاص و آلیاژی کاربرد دارند.
فولادهای کوره اکسیژنی بازی (BOF)
در این روش، از اکسیژن خالص برای ذوب آهن خام و سپس تبدیل آن به فولاد استفاده می‌شود. این روش، یکی از روش‌های متداول و پربازده در تولید فولاد است و برای تولید فولادهای کربنی در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، اکسیژن خالص به داخل کوره دمیده می‌شود تا ناخالصی‌های موجود در آهن خام، مانند کربن، سیلیسیم، و منگنز، اکسید شده و از فلز جدا شوند.
نقش ساختار در تقسیم‌بندی فولادها
ساختار تحت تأثیر ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی قرار می‌گیرد و می‌تواند به‌طور قابل توجهی بر خواص فولاد تأثیر بگذارد.
فولادهای فریتی
این فولادها دارای ساختار کریستالی BCC (Body-Centered Cubic) هستند و در دمای اتاق پایدار هستند. فولادهای فریتی نرم، شکل‌پذیر و دارای مقاومت کششی نسبتاً کمی هستند.
فولادهای آستنیتی
این فولادها دارای ساختار کریستالی FCC (Face-Centered Cubic) هستند و معمولاً حاوی نیکل و یا منگنز هستند. فولادهای آستنیتی مقاومت به خوردگی خوبی دارند، شکل‌پذیر هستند و استحکام کششی نسبتاً بالایی دارند.
فولادهای مارتنزیتی
این فولادها دارای ساختار کریستالی BCT (Body-Centered Tetragonal) هستند و از طریق سرد کردن سریع فولاد آستنیتی به دست می‌آیند. فولادهای مارتنزیتی بسیار سخت و مقاوم هستند، اما شکل‌پذیری کمی دارند.
قیمت روز فولاد و تاثیر آن بر تقسیم‌بندی
قیمت روز فولاد، تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند قیمت مواد اولیه (سنگ آهن، قراضه)، نرخ ارز، هزینه‌های انرژی، و شرایط بازار (عرضه و تقاضا) قرار دارد. این نوسانات قیمت، می‌تواند بر انتخاب نوع فولاد برای کاربردهای مختلف تاثیرگذار باشد. برای مثال، در پروژه‌هایی با بودجه محدود، ممکن است استفاده از فولادهای کربنی به جای فولادهای آلیاژی مقرون به صرفه‌تر باشد.
همچنین، قیمت روز فولاد می‌تواند بر تصمیم‌گیری در مورد روش تولید فولاد نیز تاثیرگذار باشد. به‌عنوان مثال، در شرایطی که قیمت قراضه پایین باشد، استفاده از کوره‌های قوس الکتریکی برای تولید فولاد مقرون به صرفه‌تر خواهد بود.
در این مقاله، به بررسی مختلف روش‌های تقسیم‌بندی انواع فولادها پرداختیم. از ترکیب شیمیایی و روش تولید گرفته تا ساختار فولاد، هر یک از این معیارها، نقش مهمی در تعیین خواص و کاربردهای فولاد دارند. با توجه به این نکات و همچنین رصد قیمت روز فولاد می‌توان مناسب‌ترین نوع فولاد را برای هر کاربرد انتخاب کرد و از کارایی، دوام و همچنین بهینه‌ترین هزینه اطمینان حاصل نمود.
سوالات متداول
- تقسیم‌بندی فولادها از نظر ترکیب شیمیایی چگونه است؟
فولاد کربنی، فولاد آلیاژی، فولادهای کم‌آلیاژ و پرآلیاژ.
- تقسیم‌بندی فولادها بر اساس نحوه تولید چیست؟
فولادهای کوره قوس الکتریکی (EAF)، فولادهای کوره القایی (IF) و فولادهای کوره اکسیژنی بازی (BOF).
- فولادها از نظر ساختار به چند دسته تقسیم می‌شوند؟
فولادهای فریتی، فولادهای آستنیتی و فولادهای مارتنزیتی.
دیدگاه تان را بنویسید