فولاد آلیاژی و انواع آن

فولاد آلیاژی چیست؟

انواع آلیاژهای فولادی

فولادهای کم آلیاژ

E. مصر فولاد

تفاوت بین فولاد آلیاژی و فولاد غیر آلیاژی چیست؟

فولادهای ساختاری آلیاژی

آهن یکی از رایج ترین فلزات در جهان است. برای مردم، آهن شمشیر قدیمی و آهن پل شهر است. با این حال، آهن در واقع نوعی سرب است. آلیاژی که از ترکیب آهن و کربن ساخته شده است.

در طول سال ها، با توسعه فناوری، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که با افزایش و کاهش محتوای کربن ذوب سنگ آهن، می توان فولاد سخت تر و انعطاف پذیرتری به دست آورد. کشف عناصری مانند نیکل و کروم و ترکیب آنها با آهن و کربن امکان تولید فولاد ضد زنگ را فراهم کرد. بلافاصله، مهندسان مواد متوجه شدند که می توان نوع دیگری از فولاد به نام فولاد آلیاژی تولید کرد.

فولاد آلیاژی یکی از انواع فولاد است. این نوع فولاد که به آن فولاد آلیاژی می گویند، امکان تولید خانواده بزرگی از محصولات فولادی را فراهم کرده است. در این مقاله با این گروه از فلزات بیشتر آشنا می شویم و با کاربرد و نوع ترکیب بیشتر آشنا می شویم.

فولاد آلیاژی دسته ای از فلزات است که علاوه بر کربن با عناصر دیگری ترکیب می شود و معمولاً در برابر نیروهای مکانیکی و حرارت مقاومت بیشتری نسبت به نوع کربنی از خود نشان می دهد.

فولاد آلیاژی چیست؟

فولاد آلیاژی شاخه ای از فولاد است که علاوه بر کربن با عناصر دیگری مانند منگنز، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، سیلیکون و بور ترکیب می شود که از 1 تا 5 درصد وزنی متغیر است. عناصر کمتر رایج عبارتند از آلومینیوم، کبالت، مس، سریم، نیوبیم، تیتانیوم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیوم. محصولات ساخته شده از این مواد مانند لوله های مسی نیز خواص ضد خوردگی خاص خود را دارند

وجود این مواد اضافی در آلیاژ فولاد منجر به خواص مکانیکی متفاوتی می شود. فولاد آلیاژی به طور کلی در مقایسه با فولاد کربنی مقاومت بیشتری در برابر نیروهای مکانیکی و حرارتی نشان می دهد.

علاوه بر مزایای آلیاژهای فولادی، معایبی نیز وجود دارد:

توانایی جوش کم

انعطاف کمتر

ظرفیت برشی کم

این سه عیب باعث می شود که آلیاژ فولاد در صنایعی که نیاز به جوش کمتری دارند استفاده شود. جدول زیر درصد وزنی عناصر خاص در آلیاژهای فولادی و تأثیر آن عنصر بر ترکیب ساختاری فولاد را نشان می دهد.

عنصر وزن جدول اجسام ساخته شده از فولاد آلیاژی

نوع فولاد آلیاژی

همانطور که اشاره کردیم آلیاژ نوع دیگری از طبقه بندی فولاد بر اساس میزان عناصر موجود در ترکیب شیمیایی فولاد است. فولادهای آلیاژی ارزانتر از سایر فولادها تولید می شوند و بر اساس درصد عناصر به دو گروه زیر تقسیم می شوند:

فولاد کم آلیاژ

فولاد با آلیاژ بالا

هدف از فولاد آلیاژی بدست آوردن خواص مقاوم در برابر خوردگی در ماشین آلات است. این نوع فولاد شامل آلومینیوم، مس، سیلیکون است و عناصری مانند نیکل و کروم و کربن و آهن به آن اضافه خواهد شد.

هر کدام از این عناصر باعث ترکیبی خاص و استفاده خاص خواهند شد. به عنوان مثال وجود سیلیکون در ترکیب فولاد باعث تشکیل فولاد نی می شود. فولاد تریپ در صنعت خودروسازی استفاده می شود.

وجود تنگستن و کبالت منجر به استفاده از فولادهای آلیاژی در گروه فولادهای ابزار می شود. ترکیب آهن و کربن با آلومینیوم فولاد ساختاری را تشکیل می دهد که به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می شود. بنابراین، عناصر مختلف اشکال خاصی از فولاد را ایجاد می کنند. همانطور که در بالا ذکر شد، فولاد آلیاژی به دو گروه مختلف تقسیم می شود که با آنها آشنا می شویم.

فولاد کم آلیاژ

فولادهای کم آلیاژ، مانند فولادهای کم کربن، ساختار فریتی دارند و از فولادهای آستنیتی متمایز هستند. محتوای آلیاژ پایینی دارند. ریزساختار این نوع فولاد بسیار متنوع است و به فریت محدود نمی شود. فولادهای کم آلیاژ با افزودن کروم، مولیبدن و در برخی موارد نیکل از سایر فولادهای آلیاژی متمایز می شوند. این عناصر در غلظت های بسیار کم و کمتر از 5 درصد به فولاد اضافه می شوند. فولادهای کم پروفیل به گروه های زیر تقسیم می شوند.

فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا

کم آلیاژی با استحکام بالا که به فولاد HSLA نیز معروف است در زبان فارسی فولاد آلیاژی کم استحکام نامیده می شود. این نوع فولاد حاوی آلیاژهای وانادیوم، کلمبیوم و تیتانیوم است و به دلیل استحکام بالای این فولاد، تولید قطعات ظریفی که نیاز به استحکام بالایی دارند با این فولاد انجام می شود. طبق استاندارد ASTM آمریکا جدول ترکیب فولاد آلیاژی با مقاومت بالا به شرح زیر است.

جدول ترکیبات شیمیایی درجات مختلف فولاد آلیاژی کم استحکام

خطوط سیاه در جدول بالا نشان دهنده عدم وجود عناصر در آن نوع فلز است.

فولاد کم آلیاژ کروم مولیبدن

این سری فولاد کم آلیاژ حاوی 0.5 تا 9 درصد کروم و 0.5 تا 1 درصد مولیبدن است. محتوای کربن این آلیاژ، جوش پذیری و چقرمگی فولاد کروم مولیبدن را افزایش می دهد. همچنین محتوای بالای مولیبدن در آلیاژ باعث افزایش استحکام کششی می شود.

سال هاست که عنصر Mo در صنعت فولاد برای تولید فولاد مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود که تحمل دمای فولاد را تا 530 درجه افزایش می دهد. همچنین مولیبدن از تشکیل کاربید در دمای بالا جلوگیری می کند. با توجه به این دو ویژگی، مناسب بودن در دماهای بالا و مقاومت در برابر خزش، از فولاد مولیبدن در ساخت کارخانه های حرارتی و پتروشیمی استفاده می شود.

ترکیب مولیبدن و کروم و تولید فولاد کروم ویژگی خاصی به این فلز داده است که به ندرت در فلزات دیگر دیده می شود. فولاد کم آلیاژ کروم-مولیبدن با مقاومت سختی بالا؛ کروم به فولاد سطحی غیر قابل نفوذ می دهد و آن را در برابر خوردگی به ویژه خوردگی گوگرد مقاوم تر می کند.

خوردگی CrMo نشان دهنده این واقعیت است که زمانی از این فولاد استفاده می کنیم که کربن موجود در فولاد نتواند در برابر خوردگی مقاومت کند و بهتر است در مکان های خاص مانند نیروگاه های حرارتی و دمای بالاتر از 500 درجه استفاده شود. درجه سانتیگراد یا در پالایشگاه های پتروشیمی. مورد استفاده قرار گیرد. از آنجایی که تعداد آلیاژهای گروه کرومولی بسیار زیاد است، تنها یک نمونه از آلیاژهای این خانواده را بررسی می کنیم.

Mo40

این فولاد کم آلیاژ کروم-مولیبدن در استاندارد AISI به عنوان فولاد 4140 تعیین شده است. این فولاد در برابر استحکام مکانیکی خواص بسیار خوبی دارد و در برابر اصطکاک مقاومت خوبی از خود نشان می دهد، بنابراین در ساخت درختان، ستون ها و چرخ دنده ها استفاده خواهد شد.

جدول ترکیبات شیمیایی فولاد Mo40

وجود کروم در این فلز نیازی به خنک سازی و روغن کاری در دمای اتاق ندارد که باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی می شود. مقاومت در برابر سایش و برش نیز به دلیل وجود کروم بالا در ترکیب نوع است.

مقدار بیشتر سیلیکون در ترکیب، مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد و مقدار بیشتر منگنز مقاومت به سایش را افزایش می دهد.

جدول خواص مکانیکی فولاد Mo40

یکی از رایج ترین کاربردهای فولاد کم آلیاژ Mo40 تولید میله های فولادی با قطر 10 میلی متر تا 1000 میلی متر است. کاربرد دیگر این فولاد در نیروگاه های حرارتی در دمای بالای 580 درجه سانتی گراد می باشد. کارهای دیگر. این آلیاژها شامل تیرها، سنگ شکن ها، میله های اتصال، غلتک در صنعت سیمان و فولاد می باشد.

فولاد نیکل مولیبدن

نوع دیگر فولاد کم آلیاژ فولاد نیکل مولیبدن است. این فولاد در دماهای پایین مقاومت خوبی از خود نشان می دهد. اما چقرمگی و شکنندگی بالایی دارد. به طوری که فولاد در برابر دماهای پایین مقاومت خوبی دارد لازم است میزان نیکل از 2% به 3.5% وزنی افزایش یابد.

در استاندارد ASTM، این نوع فولاد با سری FL نشان داده شده است. برای درک بهتر ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی این فولاد، خواص برخی از آلیاژهای رایج را شرح می دهیم.

جدول ترکیب شیمیایی فولاد کم آلیاژ نیکل-مولیبدن

از این نوع آلیاژ در بسته بندی محصولات دارویی و مواد خاص کشاورزی استفاده می شود. این نوع آلیاژ به صورت پودر به فروش می رسد و به ندرت به صورت ورق در بازار یافت می شود.

خواهد بود

اصولا دو راه برای جلوگیری از زنگ زدگی در فولاد وجود دارد. استفاده از پوشش های ضد زنگ مانند رنگ، آبکاری و پوشش سرامیک و هر نوع ماده ضد خوردگی که از خوردگی جلوگیری می کند.

راه دیگر استفاده از عناصر ضد خوردگی مانند کروم، نیکل، فسفر و مس است. استفاده از این عناصر کربنی میانی می تواند مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داده و فولاد را برای سال های طولانی به فولاد ضد زنگ تبدیل کند.

این نوع فلز دارای ویژگی خاصی است و زنگ زدگی است که به رنگ قوی تبدیل می شود. قرار گرفتن فلز در معرض هوا باعث تغییر و تغییر رنگ لایه اکسید فلز می شود و این اکسیداسیون لایه داخلی فلز را تغییر داده و از زنگ زدگی جلوگیری می کند. دو فولاد ASTM A242 و ASTM A588 فولادهای مورد استفاده در ستون های سازه ای هستند.

جدول ترکیب شیمیایی فولاد ضد آب و هوا

فولاد پر آلیاژ

فولادهای پر آلیاژ به طور گسترده برای مقاومت در برابر خوردگی در محیط های آبی و محیط هایی که دمای گاز و آب بالای 650 درجه سانتی گراد است استفاده می شود.فولادهای آلیاژی حاوی بیش از 8 درصد اجزای دیگر در ساختار خود هستند و باعث تغییرات مکانیکی می شوند.

خواص مکانیکی این گریدها با عملیات حرارتی متفاوت خواهد بود. البته برای طبقاتی که آلیاژ نیکل و کروم بیش از 20 و 30 درصد است، تغییر خواص مکانیکی به عملیات حرارتی بستگی ندارد و بسته به ترکیب و مقدار عناصر، خواص مکانیکی آنها نیز متفاوت خواهد بود.

برای شناسایی فولاد پر آلیاژ باید توجه داشت که میزان عناصر در سازه فولادی بیش از 8 درصد است. یکی از مهم ترین و رایج ترین انواع فولادهای پر آلیاژ، فولاد ضد زنگ است که شامل فولادهای حاوی کروم می شود.

فولاد آلیاژی و انواع آن

فولاد آلیاژی کروم

وجود بیش از 13 درصد کروم در ترکیب فولاد باعث زنگ زدگی فولاد می شود. فولادهای با کروم بالا نسبت به آلیاژهای فولاد کربن معمولی مقاومت به خوردگی بیشتری دارند. مقدار کل کروم و نیکل در این نوع فولاد باید بیش از 20 درصد باشد. از جمله فولادهای پرمصرف این گروه می توان به فولاد آلیاژی 316 اشاره کرد. این فولاد در مخازن شیمیایی و در کارخانه های لوله سازی سیستم های لوله کشی استفاده می شود.

ترکیب شیمیایی فولاد آلیاژی غنی از کروم

یکی دیگر از آلیاژهای کروم پرکاربرد فولاد SPK است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این چرخ آلیاژی پرکاربرد، توضیحات مفصلی را برای شما می نویسیم:

کود SPK

این فولاد آلیاژی با نام فولاد 2080 شناخته می شود و با علامت X210Cr12 نشان داده می شود. به دلیل محتوای کربن بالا در ماتریس فولادی، دارای ابعاد، مقاومت فشاری و پایداری بسیار بالایی است. علاوه بر این، به دلیل وجود کروم بالا، 12 درصد، این آهن در برابر سایش بسیار مقاوم است.

سه روش تولید این فولاد وجود دارد: کوره بلند، کوره باز و تجدید مستقیم. فولاد آلیاژی SPK تا حد زیادی به نوع O (سخت شدن روغن)، نوع A (سخت کننده با هوا) و نوع D تقسیم می شود و پرمصرف ترین نوع فولاد حاوی کروم است و محتوای کربن بالایی دارد.

جدول ترکیبات شیمیایی فولاد SPK

اگر در تشکیل این آلیاژ از وانادیم، نیکل، مولیبدن، تنگستن استفاده شود، فلز آموتیت به دست می آید. آموتیت علاوه بر خواص فلز SPK خواص خاص خود را نیز دارد که از مهمترین آنها می توان به خاصیت ضد سایش اشاره کرد. آهن آمونیت دارای درصد کمی کروم و کربن است.

اجرای فولاد SPK

تجهیزات کششی

قالب پانچ و پوسته پوسته شدن

شکل دهی سرد فلزات

قالب پخش سرد و گرم

ساخت چاقوی برش

قالب سرامیکی

خط تولید پروفیل

تفاوت فولاد آلیاژی با فولاد غیر آلیاژی چیست؟

در گروه اصلی فلزات به عنوان مثال در قسمت اول قیمت دو نوع فولاد آلیاژی و فولاد غیر آلیاژی وجود دارد. تفاوت این دو نوع فلز به شرح زیر است:

دامنه کاربرد فولاد آلیاژی بسیار بیشتر از فولاد بدون آلیاژ است. فولاد آلیاژی را می توان در همه چیز از آشپزخانه گرفته تا شاتل های فضایی استفاده کرد. اما فولاد بدون آلیاژ کاربرد محدودی دارد و عمدتاً در صنعت ساختمان استفاده می شود.

فولاد آلیاژی انتخاب زیادی دارد و امکان تولید جدید با ترکیبات خلاقانه تر وجود دارد. اما در فولادهای غیر آلیاژی دست مواد مهندسی بسته است و تنها با افزایش و کاهش کربن می توانند فولاد تولید کنند.

فولاد آلیاژی با افزودن عناصر به ترکیب فولاد در هنگام ذوب ایجاد می شود. اما فولاد ضد زنگ تنها با ترکیب کربن با آهن ساخته می شود. فولاد آلیاژی حاوی کربن بسیار کمی است، اما فولاد غیرآلیاژی حاوی حداقل 20 درصد کربن است.

فولاد آلیاژی مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد، اما فولاد بدون آلیاژ به راحتی با اکسیژن ترکیب می شود و اکسید آهن را تشکیل می دهد.

فولاد سوپرآلیاژی فولاد آلیاژی پیشرفته تری است. فولادهای سوپرآلیاژی بیش از یک سوم گرمای نقطه ذوب خود مقاومت می کنند. این نوع سوپرآلیاژها برای ساخت توربین های حرارتی طراحی شده اند. اگرچه در فولاد غیر آلیاژی تولید سوپرآلیاژی وجود ندارد.

فولاد ساختاری آلیاژی

یکی از کاربردهای فلزات استفاده از آنها در ساختمان به عنوان مصالح ساختمانی است. ساختمان های فولادی به ساختمان های فولادی کوچک نیز معروف هستند. دو نوع کربن و آلیاژ در بازار وجود دارد. فولادهای کربنی از گروه کربن ساده به دست می آیند که محتوای کربن آن حدود 3 درصد است. نوع دیگری از ساخت و ساز فولاد، فولاد آلیاژی است. این نوع فولاد به دلیل ترکیب سایر عناصر، خواص فیزیکی آنها را بهبود می بخشد و در صنعت و ساختمان استفاده می شود.

فولادهای ساختاری آلیاژی معمولاً فولادهای HSLA، فولادهای مقاوم اما با سختی کم هستند که دارای خواص چقرمگی و ضد خوردگی هستند.

این فلزات دارای گواهی استانداردهای مختلف در کشورهای مختلف هستند. محبوب ترین استاندارد در ایران استاندارد آلمان DIN 17006 است که برای تولید فولاد استفاده می شود. کد مورد استفاده برای سیستم ST. برخی از محبوب ترین و پرکاربردترین فلزات عبارتند از:

او فریاد خواهد زد

شما عجله دارید

ST44-2

ST44-3

استاندارد دیگری که به طور گسترده در فولادهای سازه ای استفاده می شود، استاندارد آمریکایی یا ASTM است. در این استاندارد از فولادها با کد A یاد می شود و اعداد زیر فقط مختص مهندسان و طراحان صنعتی در خصوص کارایی و کاربرد ورق فولادی می باشد.

فولادهای زیر فولادهای آلیاژی HSLA هستند که در ساختمان سازی استفاده می شوند.

A441

من اشتباه می کنم

A618

چوب

خ. 13

برادر

جدول ترکیبات شیمیایی فولاد آلیاژی HSLA

لازم به ذکر است که دو نوع فلز ساختمانی آلیاژی در بازار وجود دارد.

فولاد فارگوت

فولادهای آنیل شده

آهنگری و آنیل دو نوع مختلف عملیات حرارتی هستند که بسته به نوع استفاده از فولاد، روش های تولید متفاوتی خواهند داشت.

آهنگری که کوئنچ نیز نامیده می شود، فرآیند گرم کردن فولاد تا دمای بیش از 700 درجه سانتیگراد است. رایج ترین نوع فولاد تولید شده با این روش، فولاد ابزار سرد کار شده است که باید در ماشین کاری استفاده شود و فولاد علاوه بر تغییر شکل، باید مقاومت مکانیکی خوبی نیز داشته باشد.

در روش فارگوت، فولاد به طور معمول تا 1100 درجه سانتیگراد گرم می شود. پس از گرم شدن فولاد، مواد مذاب در روغن، آب یا دمای نزدیک به محیط خنک می‌شوند.

آنیل کردن شکل دیگری از عملیات حرارتی است که در آن فولادهایی که در حین سرویس تحت تنش های پسماند قرار می گیرند، در معرض آنیل مجدد یا خاموش شدن قرار می گیرند. این کار بر روی فلزاتی انجام می شود که در حین ماشینکاری، ریخته گری یا شکل دهی دچار تنش شده اند.

آخرین کلمه

در حال حاضر تولید فولاد در بسیاری از کشورهای جهان افزایش چشمگیری داشته است. کارایی، مقاومت در برابر خوردگی بالا و استحکام خوب باعث محبوبیت بیشتر فولاد آلیاژی نسبت به سایر انواع فولاد شده است. متاسفانه صنعت فولاد در کشور ما پیشرفتی نداشته است تا بتواند انواع فولاد را تولید کند. اما شرکت فولاد ایران امروزه این گروه از فولادهای آلیاژی به ویژه فولادهای آلیاژی ساختمانی را تولید می کند که باعث می شود این کشور دیگر ملزم به واردات مصالح ساختمانی نباشد. البته در این مقاله مجال پرداختن به جنبه های اقتصادی فولاد را نداریم، بنابراین اگر از محصولات ریخته گری شرکت های ایرانی اطلاع دارید، در مورد این محصولات برای ما بنویسید.

با رشد تکنولوژی و سرمایه گذاری خصوصی در ایران، بی شک تولید فولاد آلیاژی در کشور بیش از گذشته افزایش خواهد یافت. برای این کار ابتدا باید تحریم ها برداشته شود و علاوه بر سرمایه گذاران داخلی، سرمایه گذاران خارجی نیز وارد این بخش شوند.