فولاد چیست + انواع و 5 کاربرد آن

صنایع تولید آهن آلات و انواع فولاد، از جمله مواردی است که از گذشته تا امروز مورد توجه بشر بوده است. به عبارتی بسیاری از جوامع امروزی پیشرفت و توسعه خود را مدیون این صنعت هستند.

از آن‌جایی که فولاد هزینه ساخت پایین، تعدد منابع تامین مواد اولیه و خواص مکانیکی منحصر به فرد دارد، از محبوبیت بالایی برخوردار است. تا آن‌جایی که بر طبق آمار و ارقام تولید فولاد خام جهان در سال 2013 چیزی در حدود 1.6 میلیارد تن بود.

این در حالی است که تولید مهم‌ترین فلز مهندسی بعدی که آلومینیوم است، تنها 47 میلیون تن بوده است.از دیگر مزیت‌های آن می‌توان این‌گونه نوشت که فولاد امکان بازیافت چندین و چند باره را دارد؛ بدون آن‌که کارایی خود را از دست دهد.

در ادامه این مقاله قصد بر آن داریم که به معرفی بیش‌تر فولاد، روش‌های تولید و انواع آن بپردازیم. با شاهین فلز سپاهان همراه شوید.

فولاد چیست؟

در تعریف کلی می‌توان این‌گونه بیان کرد که فولاد نوعی از آلیاژ است. آلیاژ به عبارتی ترکیبی از فلزات و نافلزات است که در آن حداقل 2 جزء با یک دیگر ترکیب شده‌اند. عناصر اصلی فولاد، آهن و کربن است. کربن موجود در فولاد معمولا مابین 0.002 تا حداکثر 2 درصد است.

در بعضی موارد امکان افزایش مقدار آن تا 25 درصد نیز وجود دارد. در صورتی که میزان کربن در آلیاژ کم‌تر از 2 درصد باشد، آهن نامیده خواهد شد و در صورتی‌که این مقدار بیش از 2 درصد باشد، چدن نامیده می‌شود که فرم خام آن را نیز آهن خام می‌نامند.

نظر به موارد ذکر شده، عنصر کربن تعیین‌کننده آن است که آلیاژی همچون فولاد مستحکم و بادوام باشد یا این‌که با تبدیل به چدن، سخت و شکننده گردد.

دیگر عناصر همچون منگنز، سیلیکون، فسفر، سولفور، اکسیژن و نیکل نیز در مقادیر پایین در فولاد وجود دارند. قابل توجه است که چگالی یا دانسیته فولاد برابر 7.85 گرم بر سانتی متر مکعب می‌باشد.

چدن چیست؟

همان‌گونه که پیش از این اشاره شد، مقادیر مختلف از عنصر کربن، منجر به ایجاد محصول متفاوتی می‌گردد. چنان‌چه درصد کربن در آلیاژها بیش از 1.5 درصد باشد، مقطع حاصل شده، چدن نامیده می‌شود.

زنجیره تولید فولاد چیست؟

به‌طور کلی معمولا 2 روش زیر برای تولید فولاد به‌کار گرفته می‌شود:

• روش کوره بلند، کنورتور یا روش سنتی

این روش همان‌طور که از نام آن بر می‌آید، از زمان‌های دور کاربرد داشته است. در سال 1600 میلادی در کشور انگلستان، نخستین کوره بلند تولید شد. در این روش پس از استخراج سنگ آهن از معدن، به قطعات کوچک‌تر تبدیل شده و در اندازه مدنظر الک می‌شود.

معمولا سنگ آهن همراه با مقادیری از پودر کک به قسمت آلگومداسیون انتقال و از آن قسمت وارد به کوره بلند می‌گردد. شارژ این کوره به صورت لایه‌هایی از سنگ آهن، کک و سنگ آهن انجام می‌شود. پس از آن به واسطه لوله‌های دمش، هوای داغ به داخل کوره وارد می‌گردد.

پس از طی کردن این مراحل، سنگ آهن احیا می‌شود و در خلال سرازیر شدن از کوره به دلیل دمای بالا، ذوب شده و در قسمت تحتانی کوره تجمع پیدا می‌کند. پس از گذشت مدت زمانی مشخص، آهن خام مذاب ابتدا از کوره تخلیه می‌شود و سپس همراه با آهن قراضه به کنورتور انتقال می‌یابد.

درون کنورتور، به واسطه دمیدن اکسیژن، آهن خام مذاب ترکیبات مورد نیاز و حرارت مدنظر را به دست می‌آورد. فولاد حاصل شده با این روش در قالب مورد نظر ریخته می‌شود و به شکل بیلت، بلوم و یا شمش در می‌آید.

• احیا مستقیم یا کوره الکتریکی

در روش کوره الکتریکی یا احیا مستقیم، احیای سنگ آهن در کنار زغال صورت می‌گیرد و به شکل آهن اسفنجی در می‌آید. در زمان‌های دورتر، پس از تولید آهن اسفنجی، آن را چکش‌کاری کرده و پس از آن فرم می‌دادند.

این روش اولین طریقه تولید آهن از سنگ آهن است که امروزه به‌طور گسترده کاربرد دارد. نخستین بار از این روش در سال 1869 میلادی استفاده شد. همچنین استفاده تجارتی از آن با گاز طبیعی، از سال 1952 شروع شد. در این روش، سنگ معدن تغلیظ شده ابتدا به گندله تبدیل می‌گردد.

سپس گندله‌های ریز از آن جدا می‌شود و باقی‌مانده آن به واحد احیا انتقال پیدا می‌کند. در آن قسمت بدون تغییر فرم گندله از حالت جامد، عملیات احیا صورت می‌گیرد و در تعریف دیگر اکسیژن اکسیدهای آهن از آن جدا می‌شود.

طی انجام احیا، آهن اسفنجی به دست می‌آید که همراه با درصدی از آهن قراضه با هدف ذوب وارد کوره‌های قوس الکتریکی می‌شود. چنان‌چه در آهن اسفنجی ناخالصی وجود داشته باشد، به همراه مقادیر پایین اکسید آهن، به صورت سرباره از فولاد مذاب جدا می‌شود.

فولادی که از این طریق تولید می‌گردد را همانند روش پیشین می‌توان به کمک ماشین‌های ریخته‌گری مداوم و یا با روش ریخته‌گری با قالب به مراحل نوردکاری ارسال نمود. لازم به ذکر است که بسته به شرایط و مواد اولیه موجود، یکی از روش‌های ذکر شده برای تولید فولاد به کار گرفته می‌شود. به عنوان مثال چنان‌چه تعدد منابع زغال سنگ وجود داشته باشد، روش کوره بلند ارجحیت دارد. در مقابل مناطقی که دارای منابع گاز طبیعی هستند، کوره الکتریکی به کار گرفته می‌شود.

انواع فولاد کدام است؟

در دسته‌بندی کلی، انواع فولاد از 2 منظر زیر تقسیم‌بندی می‌گردد:

• انواع فولاد از لحاظ شکل ظاهر

تولید فولاد از منظر شکل ظاهر در 2 نوع طولی و تخت صورت می‌گیرد که در ادامه به شرح هر یک از آن‌ها خواهیم پرداخت:

1. فرآورده های طولی

این فرآورده شامل قطعات سبک و سنگین فولادی همچون ریل راه‌آهن، انواع میله و مفتول، انواع میلگرد، نبشی و سپری می‌شود و در انواع سبک، متوسط و سنگین وجود دارد.

2. فرآورده های تخت

این فرآورده معمولا شامل انواع صفحه، ورق، کویل حاصل از نورد سرد، تسمه نورد گرم و سرد است.

• انواع فولاد از لحاظ ترکیبات شیمیایی

طبق این دسته‌بندی فولاد در 3 در نوع زیر تولید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد:

1. فولادهای کربنی

کاربردی‌ترین نوع فولاد، فولاد کربنی است که میزان کربن در انواع مختلف فولاد، متفاوت خواهد بود. باتوجه به میزان کربن به‌کار رفته در فولاد، سه دسته‌بندی زیر حاصل می‌شود:

• فولاد کم کربن

در این فولاد حداکثر میزان کربن 0.25 درصد است و در کارهای مهندسی و سازه در مقادیر بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• فولاد با کربن متوسط

فولاد با کربن متوسط و نرمال چیزی در حدود 0.25 تا 0.7 درصد کربن را دارا است. از این فولاد در اجزای قطعات متحرک استفاده می‌گردد.

• فولاد پر کربن

چنان‌چه درصد کربن موجود در فولاد میان 0.7 تا 1 یا 2 درصد باشد، فولاد پرکربن خواهد بود. برای تولید انواع ابزار مهندسی، فولاد پرکربن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یکی از انواع فولادهای پرکربن، فولاد فنری است. فولاد فنر برای ساخت فنر مورد استفاده قرار می‌گیرد و از خاصیت انعطاف پذیری بالایی برخوردار است.

• فولادهای آلیاژی

این فولاد علاوه بر دارا بودن کربن، مقادیر قابل توجهی از دیگر عناصر را دارد که خاصیت شیمیایی فولاد حاصل شده، وابسته به آن خواهد بود. شماری از این عناصر، منجر به افزایش سختی و استحکام فولاد می‌شوند و شماری دیگر مقاومت فولاد در برابر خوردگی را بهبود می‌بخشند.

انواع فولادهای آلیاژی شامل موارد زیر می‌شود:

• فولاد آلیاژی منگنز دار
• فولاد آلیاژی کرم دار
• فولاد آلیاژی کرم- مولیبدن
• فولاد آلیاژی نیکل – کرم مولیبدن

2. فولادهای ضدزنگ

این فولاد در واقع همان فولاد معمولی است که بر روی هر 2 طرف و یا 1 طرف آن، پوششی نازک از ورقی ضدزنگ وجود دارد. اصلی‌ترین و مهم‌ترین ماده آلیاژی‌کننده فلزی، عنصر کروم است که در تولید فولاد ضدزنگ همراه با آهن، کربن، منگنز و سیلیس به کار گرفته می‌شود.

معمول‌ترین نوع از این فولاد، از حدودا 8 درصد نیکل برخوردار است. فولاد زنگ نزن در ساخت لوازم آشپزخانه همچون کارد و چنگال، تولید قطعات موتور جت، وسایل و لوازم شیمیایی و غیره کاربری دارد.

فولاد دمشقی چیست؟

فولاد دمشقی یکی از انواع پرکاربرد فولاد است از ترکیب آلیاژهایی همچون فولاد و نیکل تشکیل می‌شود. این فولاد به علت ظاهر زیبا، مورد توجه و محبوبیت بسیار از صنعتگران قرار گرفته است و در ظاهر خود دارای طرح‌‌هایی تیره و روشن و موج‌‌دار است.

تفاوت فولاد و آهن کدام است؟

تفاوت اصلی میان آهن و انواع فولاد، در میزان کربن موجود در آن‌ها است. در فولاد مقدار کربن معمولا مابین 0.03 تا 1.075 درصد می‌باشد. فولاد ویژگی‌های آهن را به بهترین شکل حفظ می‌کند. علاوه بر آن، افزودن کربن و عناصر فلزی و غیرفلزی دیگر به ساختار آهن، خواص فیزیکی و شیمیایی همچون مقاومت فشاری و کششی را بهبود می‌دهد.

همچنین یکی دیگر از نکاتی که منجر به افزایش اهمیت فولاد می‌شود، خاصیت ضدخوردگی آن برخلاف آهن است. لازم به ذکر است که در کنار موارد ذکر شده، فولاد قابلیت چکش خواری کم‌تری دارد و سختی آن نیز بیش‌تر است. همچنین افزودن عناصری همچون سیلیسیم، منگنز و کروم، مقاومت کششی قابل توجهی به فولاد می‌دهند.

کاربرد فولاد چیست؟

انواع فولاد به طور گسترده در موارد زیر به کار گرفته می‌شود:

• تولید و ساخت انواع مقاطع فولادی
• ساخت انواع ابزارآلات صنعتی همچون کشاورزی
• کاربرد در صنایع عمرانی و ساختمان سازی
• استفاده در ساخت بدنه خودرو، در و موتور وسایل نقلیه
• کاربرد در صنایع نفت و گاز

فولاد پر آلیاژ چیست؟

پیش از این اشاره کردیم که عناصر اصلی تشکیل‌دهنده فولاد، کربن و آهن است. اما در مواردی، دیگر عناصر همچون منگنز، بور، وانادیم، کروم، منگنز، سیلیسیم، تنگستن و غیره نیز افزوده می‌شود که خواص فولاد حاصل شده به آن وابسته خواهد بود.

چنان‌چه میزان این عناصر بیش از 5 درصد باشد، فولاد حاصل شده، پر آلیاژ خواهد بود. برای نام‌گذاری آن‌ها نیز ابتدا از حرف X استفاده شده و پس از آن درصد وزنی کربن آورده می‌شود. در نهایت حرف اختصاری عناصر به ترتیب از زیاد به کم در فولاد، جای‌گذاری می‌گردد.

فولاد معمولی چیست؟

فولاد معمولی در حقیقت به فولاد کربنی ساده اطلاق می‌شود که چیزی در حدود 90 درصد فولاد تولید شده در جهان را شامل می‌شود و در صنایع مهمی همچون پتروشیمی به‌طور گسترده کاربرد دارد.

فولاد نجیب چیست؟

در تعریف به فولاد با مقادیر پایین از فسفر و گوگرد، فولاد نجیب گفته می‌شود و آن را با حرف اختصاری k نمایش می‌دهند.

جمع بندی

در مطلبی که ارائه شد، ضمن معرفی و پاسخ به سوال فولاد چیست و نحوه تولید آن، به بررسی انواع فولاد نیز پرداختیم.فولاد آلیاژی مهم است که متشکل از دو عنصر اصلی آهن و کربن می‌باشد. به طور کلی فولاد از لحاظ شکل ظاهر و ترکیبات شیمیایی دسته‌بندی می‌شود. از انواع فولاد در صنایع پتروشیمی، ساخت لوازم خانگی و غیره استفاده می‌شود.

منبع (Resource): About steel

سوالات متداول