در این برگه قصد داریم به معرفی فولاد و ویژگی هایش (ترکیبات، خواص، نقطه ذوب و …) بپردازیم. پس با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

1- فولاد چیست؟

2- ترکیب فولاد

3- خواص فولاد

4- نقطه ذوب فولاد

 1- فولاد چیست؟

فولاد آلیاژی از آهن است که برای بهبود استحکام و مقاومت آن در برابر شکست، در مقایسه با سایر اشکال آهن از چند دهم درصد کربن استفاده‌می‌شود. البته ممکن است عناصر دیگری در فولاد بکار رفته باشند. فولادهای ضد زنگ که در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاوم هستند معمولاً به 11 درصد کروم اضافی نیاز دارند.

فولاد به دلیل استحکام کششی بالا و هزینه پایین آن در ساختمان‌ها، زیرساخت‌ها، ابزارها، کشتی‌ها، قطارها، ماشین‌ها، وسایل الکتریکی و سلاح‌ها استفاده‌می‌شود.  آهن، فلز پایه فولاد است. بسته به دما، می‌تواند به دو شکل کریستالی (اشکال آلوتروپیک) باشد. از برهمکنش آلوتروپ‌های آهن با عناصر آلیاژی (کربن اولیه) فولاد بدست می‌آید و چدن طیف وسیعی از خواص منحصر به فرد خود را می‌دهد.

در آهن خالص، ساختار بلوری، مقاومت نسبتا کمی در برابر لغزش اتم‌های آهن از کنار یکدیگر دارد و بنابراین آهن خالص کاملاً انعطاف‌پذیر یا نرم است و به راحتی شکل می‌گیرد‌. در فولاد، مقادیر کم کربن، سایر عناصر و اجزای داخل آهن به عنوان عوامل سخت کننده عمل می‌کنند که در واقع از حرکت نابجایی‌ها جلوگیری می‌کنند.

2- ترکیب فولاد

فولاد آلیاژی از آهن و کربن است که محتوای کربن آن تا ۲ درصد می‌باشد (با محتوای کربن بیشتر، ماده به عنوان چدن تعریف می‌شود). فولاد، تا حد زیادی پرمصرف ترین ماده برای ساخت در جهان است، بگونه‌ای که برای ساخت هرچیزی از سوزن خیاطی گرفته تا تانکرهای نفت استفاده‌می‌شود. علاوه براین، ابزار مورد نیاز برای ساخت چنین محصولاتی نیز از فولاد ساخته‌‌می‌شود.

بطور دقیق، فولاد آلیاژی از آهن و کربن است که حاوی کمتر از ۲ درصد کربن و ۱ درصد منگنز و مقادیر کمی سیلیکون، فسفر، گوگرد و اکسیژن است. فولاد مهمترین ماده مهندسی و ساختمانی جهان است و در هر جنبه ای از زندگی ما مانند کشتی‌ باری، اتومبیل‌، محصولات ساختمانی، یخچال‌، ماشین‌ لباسشویی، و چاقوی جراحی استفاده‌می‌شود.

3- خواص فولاد

فولاد دارای چندین ویژگی از جمله سختی، استحکام کششی، مقاومت تسلیم، خوردگی، انعطاف‌پذیری، چکش‌خواری، خزش و … است. خواصی که در فولاد مقاوم در برابر سایش بسیار مهم هستند، عبارتند از:

خواص فیزیکی فولاد

چگالی فولاد 7850 کیلوگرم بر متر مکعب است که 7.85 برابر آب چگالی دارد. نقطه ذوب آن 1510 درجه سانتیگراد و بالاتر از اکثر فلزات است. به عنوان مثال، نقطه ذوب برنز 1040 درجه سانتیگراد، مس 1083 درجه سانتیگراد، چدن 1300 درجه سانتیگراد و نیکل 1453 درجه سانتیگراد است. اما تنگستن در دمای 3410 درجه سانتیگراد ذوب می شود که جای تعجب هم نیست، چراکه از این عنصر در لامپ‌های رشته ای استفاده می‌شود.

ضریب انبساط خطی فولاد در دمای 20 درجه سانتیگراد، بر حسب میکرومتر بر متر در درجه سانتیگراد، 11.1 است که باعث می شود در برابر تغییر اندازه با تغییرات دما نسبت به مس (16.7)، قلع (21.4) و سرب (29.1) مقاومت بیشتری داشته‌باشد.

4- نقطه ذوب فولاد

نقطه ذوب فولاد از 2800-2500 درجه فارنهایت یا 1540-1371 درجه سانتیگراد متغیر است.

چرا برای دمای ذوب فولاد محدوده دمایی وجود دارد؟ برخلاف فلز خالصی مانند آهن، فولاد یک آلیاژ است. این بستگی به آلیاژ فولادی دارد که شما در مورد آن صحبت می کنید. منظور از آلیاژ مخلوطی از فلزات، هر نوع فلزی، است. تقریباً تمام فلزات مورد استفاده امروزه مخلوط و در نتیجه آلیاژ هستند.

در فولاد، از فلزات دیگری برای تنظیم خواصی نظیر استحکام، مقاومت در برابر خوردگی یا سهولت ساخت استفاده شده‌است. فولاد عنصر آهنی است که برای کنترل مقدار کربن، فرآوری شده است. آهن، خارج از زمین، در حدود 1510 درجه سانتیگراد (2750 درجه فارنهایت)، و فولاد اغلب در حدود 1370 درجه سانتیگراد (2500 درجه فارنهایت) ذوب می شود.

 

نقطه ذوب فولاد کربنی

همانطور که اشاره شد، نقطه ذوب فولاد از 2800-2500 درجه فارنهایت یا 1540-1371 درجه سانتیگراد متغیر است.

فلزات خالص دمای دقیقی دارند که نقطه ذوب آنها می‌باشد. اما، آلیاژها شامل عناصر متعدد با نقاط ذوب متفاوت هستند. بنابراین، آلیاژها در دمای ثابت ذوب یا منجمد نمی شوند. همانطور که بیان شد فولاد، آلیاژی از آهن و کربن است. افزودن هر عنصر جدید نقطه ذوب کلی را کاهش می‌دهد. به این حالت افسردگی نقطه ذوب می‌گویند.

نقطه ذوب فولاد ضد زنگ

نقطه ذوب فولاد ضد زنگ بین 2790 تا 2550 درجه فارنهایت یا 1530 تا 1400 درجه سانتی گراد است.

نقطه ذوب نوع خاصی از فولاد ضد زنگ به ترکیب شیمیایی دقیق آن بستگی دارد. هر عنصر نقطه ذوب خود را وارد معادله می‌کند. عناصر اصلی تشکیل دهنده فولاد ضد زنگ آهن، کروم و نیکل هستند. آهن خالص دارای نقطه ذوب ثابت 1535 درجه سانتیگراد، کروم 1890 درجه سانتیگراد و نیکل 1453 درجه سانتیگراد است. این اعداد را با محدوده 1400-1530 درجه سانتیگراد برای فولاد ضد زنگ مقایسه کنید. هر درجه از فولاد ضد زنگ، ترکیبی کمی متفاوت از عناصر دارد. در نتیجه، نقطه ذوب دقیق در گریدهای مختلف متفاوت است.

چگونه نقطه ذوب در درجات مختلف متفاوت است؟

فولاد ضد زنگ در پنج خانواده و دارای بیش از 150 درجه است. با این حال، تنها 15 مورد از این درجه‌ها معمولا استفاده می‌شود. دو گرید محبوب فولاد ضد زنگ 304 و 316 هستند. هر دو گرید بخشی از خانواده فولاد ضد زنگ آستنیتی هستند که حدود دو سوم فولاد ضد زنگ تولید شده را شامل می‌شود. فولاد ضد زنگ آستنیتی دارای ساختار کریستالی مکعبی است که در تمام دماها از دمای برودتی تا نقطه ذوب ثابت می‌ماند.

نقطه ذوب فولاد ضد زنگ می‌تواند از حداقل 1375 درجه سانتی گراد برای فولاد درجه 316 تا حداکثر 1510 درجه سانتی گراد برای درجه 430 متفاوت باشد. رایج ترین درجه، 304، دارای نقطه ذوب 1400-1450 درجه سانتی گراد است.

برای مطالعه مطالب مشابه، به لینک های زیر مراجعه فرمایید.

ساخت فولاد

ساخت فولاد شامل گرفتن مواد اولیه و قالب گیری آنها به شکل دلخواه است. مواد خام قبل از اینکه به شکل دلخواه درآیند، ذوب‌شده و با هم مخلوط می‌شوند. این فرآیند به یک متخصص ماهر نیاز دارد که در گرفتن اجزای خام و تبدیل بیشتر آنها به اشیا جذاب تجربه داشته‌باشد. در فرآیند ساخت فولاد جای خطای بسیار کمی وجود دارد.