فولاد چیست و انواع آن

آهن چیست و چه تفاوتی با آهن دارد؟

انواع فلز از قسمت های مختلف

انواع فولاد کربنی ساده

انواع فولاد بر اساس عناصر آلیاژی

سوپرآلیاژهای فولادی

ابزار فولادی چیست؟

فولادهای ضد زنگ مقاوم در برابر حرارت

انواع فولاد روکش شده مورد استفاده در صنعت

انواع فولاد بر اساس درجه اکسید زدایی یا خوردگی

فولادهای ASTM (طبقه بندی فولاد بر اساس مقاومت فیزیکی)

کبریت آهنی

فولاد مهمترین ماده اولیه ساختمانی و مهندسی در جهان است. انواع مختلف فولاد به طور گسترده در تمام زمینه های زندگی روزمره، از اتومبیل، محصولات ساختمانی و کشتی های باری گرفته تا یخچال، ماشین لباسشویی و چاقوهای جراحی استفاده می شود. فولاد را می توان بدون از دست دادن خواص خود بارها بازیافت و استفاده کرد. بر اساس آمارهای منتشر شده، تولید جهانی فولاد خام در سال 2013 بالغ بر 1.6 میلیارد تن بوده است در حالی که برای دیگر فلز مهندسی مهم دنیا یعنی آلومینیوم، 47 میلیون تن بوده است. تفاوت زیاد بین این مقادیر نشان دهنده اهمیت نسبی کیفیت فولاد در صنعت جهانی است. هزینه های تولید نسبتا پایین، فراوانی مواد اولیه (سنگ آهن و ضایعات آهن) و مجموعه ای از خواص مکانیکی منحصر به فرد از دلایل اصلی محبوبیت این نوع فولاد در صنایع و کاربردهای مختلف است.

انواع فولاد بر اساس معیارهای مختلفی از جمله ترکیب شیمیایی، کاربرد، فرآیند تولید، روش ذوب، ظاهر، استحکام، ساختار کریستالی، فرآیند جداسازی اکسیژن و عملیات حرارتی طبقه‌بندی می‌شوند.

آهن چیست و چه تفاوتی با فولاد دارد؟

فولاد آلیاژی از آهن و کربن است که کمتر از ۲ درصد کربن، ۱ درصد منگنز و مقادیر کمی سیلیکون، فسفر، گوگرد و اکسیژن دارد. اگر میزان کربن بیش از 2 درصد باشد، آلیاژ حاصل را چدن می نامند که دارای عیار، خواص و کاربردهای متفاوتی است. قیمت این دو آلیاژ کمتر از قیمت تیرآهن فولادی است. تفاوت اصلی آهن و فولاد در میزان کربن است که معمولاً بین 0.03 تا 1.075 درصد در فولاد تخمین زده می شود. فولاد خواص آهن را به بهترین شکل حفظ می کند. با این حال، افزودن کربن و سایر عناصر فلزی و غیرفلزی به ساختار آهن باعث بهبود این خواص فیزیکی و شیمیایی، به ویژه مقاومت فشاری و کششی می شود. همراه با افزایش شکل پذیری و استحکام فشاری و کششی بیشتر، فولاد همچنین دارای خواص ضد خوردگی است، در حالی که آهن در معرض اکسیژن و آب اکسیده می شود. البته به میزانی که استحکام فولاد از آهن بیشتر باشد، شکل پذیری آن کمتر و سخت تر است. همچنین افزودن عناصر سیلیکون، منگنز و کروم استحکام کششی عالی در فولاد می دهد.

انواع فولاد بر اساس استانداردهای مختلف

انواع فولادها را می توان بر اساس معیارهای مختلفی از جمله ترکیب شیمیایی، فرآیند تولید، روش ذوب، شکل ظاهری، استحکام، ساختار کریستالی، فرآیند جداسازی اکسیژن و عملیات حرارتی طبقه بندی کرد که در چند دسته مهم معرفی می شوند.

انواع فولاد بر اساس ترکیب شیمیایی:

بر اساس ساختار شیمیایی، انواع فولادها به دو دسته اصلی فولاد کربنی ساده و فولاد آلیاژی تقسیم می شوند. فولاد کربن معمولی حاوی کربن و مقدار کمی از عناصر رایج دیگر است، در حالی که فولاد آلیاژی از ترکیب فولاد کربنی و چندین عنصر آلیاژی مانند منگنز، سیلیکون، نیکل، تیتانیوم، مس، کروم و آلومینیوم به دست می آید. قیمت آهن خام و سایر آلیاژهای فولاد بر اساس مواد اولیه و مواد تشکیل دهنده آنها تعیین می شود.

انواع فلز بر اساس کاربرد:

فولاد سازه ای: این محصولات در دسته بندی فولادهای ساده درجه 1، 2 و 3 قرار می گیرند و در صنعت ساختمان سازی و برای اسکلت فلزی، نرده، گریتینگ، جرثقیل و … استفاده می شوند. در تولید استفاده می شود.

فولاد فنری: فولاد فنری دارای مقاومت بالایی در برابر لرزش و سایش است، با وجود استحکام کششی بالا، به دلیل وجود سیلیکون، شکل پذیری بالایی نیز دارد. از انواع فولاد فنری برای تولید اشکال استوانه ای، مسطح و مخروطی استفاده می شود.

فولاد قالبی: از این فولاد برای ساخت قالب های پلاستیکی استفاده می شود.

فولاد: برای ساخت ابزار مناسب است.

فولاد بلبرینگ: این فولاد در قطعات با بار و سایش زیاد استفاده می شود و باید در برابر تنش های فشاری مقاومت کند. مانند توپ، غلطک، اتصال، پین، بلبرینگ و…

فولاد مقاوم در برابر سایش: نوعی فولاد مقاوم در برابر سایش است که در ساخت ماشین آلات فرآوری سنگ، سنگ شکن ها و بیل مکانیکی استفاده می شود.

فولاد سوپاپ: برای ساخت سوپاپ موتورها و موتورهای احتراقی سبک و سنگین، سوپاپ های دود و غیره استفاده می شود.

فولاد دریایی: در عرشه، عرشه و بدنه قایق ها، زیردریایی ها، شناورها و غیره استفاده می شود.

فولاد مکانیکی

فولاد دیگ بخار

مخزن فشار فولادی

ورق فولادی

انواع فولاد بسته به تکنولوژی تولید:

فولادهای نورد گرم: با فرآیند نورد گرم تولید می شود و در شرایطی که دقت بالایی لازم است استفاده می شود.

فولاد نورد سرد: این فولاد مشابه فولاد نورد گرم است که فرآیند پرداخت طولانی تری دارد. این تفاوت باعث افزایش کیفیت فولاد نورد سرد می شود.

فولاد کششی سرد: تحت کشش سرد تولید می شود و کیفیت خوبی دارد.

فولاد ریخته گری: قطعاتی که به روش ریخته گری تولید می شوند و میزان کربن آن ها از 0.15 تا 0.6 درصد است.

فرفورژه: قطعاتی که به روش آهنگری تولید می شوند و کیفیت بالاتری نسبت به روش ریخته گری دارند.

انواع فولاد از نظر ظاهری: شمش، میله، لوله، صفحه، ورق و غیره.

انواع فولاد کربن معمولی

این نوع فولاد تقریباً 90 درصد از انواع فولادهای تولید شده در جهان را تشکیل می دهد و به دلیل تطبیق پذیری آن در صنایع مختلفی مانند نفت، گاز و پتروشیمی استفاده می شود. فولاد کربن معمولی به طور کلی بر اساس محتوای کربن موجود به شرح زیر طبقه بندی می شود:

فولاد ملایم: این فولاد کمتر از 0.15 درصد کربن دارد و برای ساخت میخ، پرچ، لوله و … استفاده می شود.

فولاد کم کربن: میزان کربن در این سازه فولادی بین 0.15 تا 0.3 درصد است. کم کربن بودن این نوع فولاد آن را برای جوشکاری و ماشینکاری مناسب کرده و خاصیت مغناطیسی بالایی به آن بخشیده است. به دلیل فرآیند ساخت آسان فولاد کم کربن، این محصول بیشتر از سایر انواع فولاد تولید می شود و در موارد سخت کاری سطحی قطعات مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این، هزینه آن نسبتا پایین است و می توان آن را در بسیاری از بخش های مهندسی، کشتی سازی و راه آهن یافت.

فولاد کربن متوسط: میزان کربن موجود در آن بین 0.3 تا 0.6 درصد است. این فلز برای سایش متوسط ​​انتخاب خوبی است، اما برای عملیات حرارتی خوب نیست. تولید میله، میل لنگ و فنر یکی از کاربردهای فولاد کربن متوسط ​​است.

کربن بالا: بیش از 0.6 درصد از ترکیب این فولاد کربن است که آن را به یکی از سخت ترین و بادوام ترین انواع فولاد ضد زنگ تبدیل می کند. این فولاد مقاومت سایشی بالایی دارد اما جوش پذیری آن بسیار کم است. بیشتر این فولاد در مواردی استفاده می شود که سختی بالایی قطعات ریخته گری مورد نیاز باشد. همچنین برای ساخت انواع اره، کلید، مته، تیغه، فنر و … استفاده می شود.

ما به کربن نگاه می کنیم، آهن ظاهر می شود

انواع فولاد بر اساس عناصر آلیاژی

عناصر آلیاژی در نسبت ها و ترکیبات مختلف به فولاد کربن اضافه می شوند تا خواص خاصی را اضافه کنند. این عمل باعث تغییراتی مانند افزایش سختی، مقاومت در برابر خوردگی، استحکام و انعطاف پذیری می شود. انواع فولاد آلیاژی بیشتر از انواع فولاد کربنی عملیات حرارتی می‌شوند و به دلیل خواص مکانیکی خوب، سهولت پردازش، در دسترس بودن گسترده و غیره، به طور گسترده در صنعت استفاده می‌شوند.

انواع آلیاژها عبارتند از:

فولاد کم آلیاژ: میزان منگنز و سیلیسیم در این فولادها بیشتر از فولاد خالص است و عناصر دیگری مانند وانادیوم، کلمبیوم و تیتانیوم به آنها اضافه می شود. به طور کلی میزان عناصر موجود در این فلز حدود 0.4 درصد است.

فولاد پر آلیاژ: فولاد حاوی حدود 0.8 درصد عناصر آلیاژی را فولاد پر آلیاژ می نامند.

سایر عناصر مورد استفاده در تولید فولاد آلیاژی عبارتند از:

مولیبدن: استحکام و استحکام کششی را افزایش می دهد.

تنگستن: سختی فولاد و مقاومت در برابر حرارت را افزایش می دهد.

ترکیبی از نیکل و کروم: استحکام فولاد را افزایش می دهد.

کبالت: در ترکیب فولاد مورد استفاده در ابزارهای برش استفاده می شود و سختی آتش را بهبود می بخشد.

منگنز: باعث افزایش مقاومت سطحی و افزایش مقاومت در برابر تنش، تغییر شکل و ضربه می شود.

وانادیوم: افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی و ضربه.

ترکیب کروم و وانادیوم: به طور موثر استحکام کششی را افزایش می دهد. فولاد به دست آمده قوی است، اما به راحتی خم می شود و برش می دهد.

همچنین رایج ترین انواع فولادهای آلیاژی شامل انواع زیر است:

انواع فولادهای تولید شده با عناصر بالای 50 درصد را فولادهای سوپرآلیاژی می نامند. استحکام مکانیکی و مقاومت خزشی در این فولاد بسیار بالاست و در راکتورهای هسته ای و توربین های صنعتی بزرگ استفاده می شود.

فولاد فوق آلیاژی

سوپرآلیاژ بر پایه نیکل: عناصر شیمیایی حاوی کروم (20-10%)، تیتانیوم، آلومینیوم (بیش از 8%) و کبالت (5-10%) هستند. برای ایجاد پایداری حرارتی بیشتر از بور، زیرکونیوم و مقادیر کمی کربن نیز استفاده می شود. In738 محبوب ترین نوع سوپرآلومینیوم مبتنی بر نیکل است که به طور گسترده در ساخت پره های توربین استفاده می شود.

سوپرآلیاژهای پایه آهن: مهمترین ویژگی این سوپرآلیاژها مقاومت حرارتی بسیار بالا است، به طوری که افزایش قابل توجه دما تاثیری بر دما ندارد. استفاده از آهن در کاربردهای سوپرآلیاژی بسیار مهم است، زیرا سوپرآلیاژهای پایه آهن به دلیل مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر اکسیداسیون، هزینه نسبتا پایینی دارند.

سوپرآلیاژهای مبتنی بر کبالت: نقطه ذوب بالاتری نسبت به سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل دارند و در برابر حرارت، اکسیداسیون و سایش مقاومت بیشتری دارند. مقاومت در برابر شکست در برابر خستگی و جوش پذیری کافی از دیگر ویژگی های این سوپرآلیاژها می باشد.

نمایی از فولاد بزرگ

فولاد ابزار چیست؟

دو نوع از این فولادها وجود دارد: فولاد کار سرد که برای کار با دست یا ماشین استفاده می شود و فولاد کار گرم که برای شکل دادن یا برش اشیاء در دمای بالا استفاده می شود و از نظر حرارت با کار سرد متفاوت است. مقاومت. فولاد کربن و آلیاژهای مورد استفاده برای این منظور باید با توجه به کاربرد مورد نظر ابزار انتخاب شده و دارای خواصی مانند سختی، مقاومت در برابر سایش، حساسیت به انقباض و مقاومت در برابر دمای بازپخت باشند. فولادهایی از جمله تنگستن، مولیبدن، کبالت و وانادیم برای ایجاد این خواص استفاده می شود.

امروزه ساخت ابزارهای فولادی با استفاده از کوره های قوس الکتریکی رایج تر است. این فولاد به طور کلی در مواردی استفاده می شود که عملیات حرارتی باعث افزایش سختی می شود. به دلیل پتانسیل تنش حرارتی بر روی فولاد ابزار، عملیات حرارتی باید با دقت زیادی انجام شود. این عملیات مشابه عملیات حرارتی فولاد ساده و کم آلیاژ است.

فولاد چیست و انواع آن

به طور کلی فولادهای ابزار به 6 گروه تقسیم می شوند:

هوا خشک: این گروه از فولادها بسیار متفاوت است و برای ساخت میله، قالب و پرداخت استفاده می شود.

Oil Hard: این گروه یکی از انواع پرکاربرد بوده و وزن اولیه بسیار بالایی دارد. آنها به طور گسترده در تولید میله ها، ماشین های برش و شکل دهی سرد استفاده می شوند.

نوع D: این فولاد ابزار دارای محتوای کروم بالایی است و برای ترکیب دو ویژگی مقاومت در برابر سایش و سخت شدن هوا طراحی شده است.

نوع S (مقاوم در برابر ضربه): این نوع برای مقاومت در برابر ضربه در دماهای پایین و بالا طراحی شده و دارای سختی بالا و مقاومت در برابر سایش پایین است.

نوع C (سرد فورج): شامل سه گروه روغن سرد، هوا سرد، کربن و کروم بالا است که برای تولید قطعات یا اجزای بزرگ که در طول تمرین آسیب نمی بینند استفاده می شود.

کار داغ: فولاد ابزار کار گرم عمدتاً برای ریخته گری، آهنگری و اکستروژن استفاده می شود.

نمایی از استفاده از مواد فلزی

RVS مقاوم در برابر حرارت

در مقایسه با فولاد نرم، فولاد ضد زنگ 200 برابر بیشتر در برابر خوردگی مقاوم است و در عین حال در برابر حرارت نیز بسیار مقاوم است. عنصر آلیاژی اصلی این فولادها کروم است که حداقل میزان آن 11 درصد و عموماً بین 20 تا 30 درصد است. برای بهبود خواص سایر فولادهای زنگ نزن، عناصری مانند نیکل، مولیبدن، مس، تیتانیوم، آلومینیوم، سیلیکون، نیوبیم، نیتروژن، گوگرد و سلنیوم اضافه می شود.

فولادهای زنگ نزن از 5 گروه تشکیل شده اند:

آستنیت: این یکی از رایج ترین انواع فولاد است و نیکل بالای آن باعث استحکام و شکل پذیری آن می شود. این فولاد برای جوشکاری مناسب بوده و در برابر خوردگی مقاوم است.

فریت: انواع فولاد فریتی مقاومت خوبی در برابر ترک خوردگی تنشی دارند، اما مقاومت دمایی آنها کمتر از فولاد زنگ نزن آستنیتی است. میزان کروم این نوع فولاد بین 12 تا 17 درصد و میزان کربن آن کمتر از 0.1 درصد نیست.

مارتنزیت: ترکیب آن شامل 11-17 درصد کروم، 0.4 درصد نیکل و 1.2 درصد کربن است. این نوع فولاد ضد زنگ برای چاقو و ابزار جراحی استفاده می شود زیرا در برابر سایش مقاوم است و لبه برش تیز را حفظ می کند.

رسوب سخت: این فولاد در برابر خوردگی مقاومت بالایی دارد و میزان نیکل موجود در آن 3 تا 5 درصد و کروم 15 تا 17 درصد است. فلزات دیگری مانند مس، تیتانیوم و آلومینیوم نیز در ترکیب یافت می شوند.

دوبلکس: فولاد ضد زنگ دوبلکس حاوی 22 تا 25 درصد کروم، 5 درصد نیکل، مولیبدن و نیتروژن از نوع آستنیتی قوی تر است و مقاومت بالایی در برابر ترک های تنشی دارد.

انواع فولاد روکش شده مورد استفاده در صنعت

سطح فلزات مختلف را می پوشانند تا از خوردگی محافظت کنند و ظاهر زیبایی ایجاد کنند. برای این منظور از روش های زیر استفاده می شود:

غوطه ور شدن: فولاد در خمره ای از روی مذاب غوطه ور می شود.

اسپری حرارتی: روی مذاب روی سطح فلز پاشیده می شود.

گالوانیزه خشک: فلز در معرض بخار روی قرار می گیرد.

گالوانیزه الکترولیتی. الکترولیز ورق

ترکیب آهن و روی علاوه بر محافظت در برابر خوردگی، دوام و قابلیت جوشکاری رنگ را افزایش می دهد. عمر مفید فولاد پوشش داده شده به شرایط محیطی و ضخامت روی مورد استفاده بستگی دارد. علاوه بر روی، از مواد دیگری نیز برای محافظت در برابر مواد خورنده استفاده می شود.

ورق گالوانیزه، ورق آلوزینک، کاغذ رنگی و ورق گالوانیزه از مهم ترین ورق های فلزی هستند که در این میان ورق گالوانیزه رایج ترین است و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. بیشترین کاربرد ورق گالوانیزه در ساخت لوله های خنک کننده، کابینت آشپزخانه، سقف و لوله های گرمایشی می باشد. ورق آلوزینک از مخلوط آلومینیوم و روی ساخته می شود و در ساخت دیوارهای دیواری، زهکشی ها و لوله ها، نرده ها، اسکلت فلزی خانه ها و غیره کاربرد دارد. کاغذ رنگی یکی از ورق های گالوانیزه اساسی است که در فر پخته می شود و در صنعت ساختمان و لوازم خانگی استفاده می شود. قلع به طور گسترده ای در ساخت قوطی استفاده می شود.

انواع فولاد با توجه به درجه اکسیداسیون یا تجزیه

آهن مذاب کوره های فولادسازی حاوی مقادیر زیادی اکسیژن محلول است که قبل از دفع باید حذف شود. فرآیند حذف اکسیژن از فلز را کوئنچ می گویند. بر این اساس، سه نوع آهن وجود دارد:

فولاد کوئنچ شده: فولادی است که کاملاً بدون اکسیژن بوده و دارای خواص همگن است، بنابراین برای کربورسازی یا آهنگری مناسب است.

فولاد نیمه صیقل خورده – در مقایسه با فولاد نرم، اکسید کننده کمتری به آن اضافه شده است.

فولاد جوش (Edge Steel): این فولاد تحت فرآیند اکسیژن زدایی قرار نمی گیرد و اکسیژن با کربن واکنش داده و باعث ایجاد تخلخل (حفره گاز) می شود. ترکیب شیمیایی این نوع فولاد بسیار تغییر کرده است و پوسته بیرونی آنها حاوی آهن خالص، کربن کمی، فسفر و گوگرد است.

فولاد مرده: بین فولادهای نیمه تابیده و نپیچیده است و برای ساخت ورق، نوار، سیم و … با کربن بیش از 0.15 درصد استفاده می شود.

فولاد ASTM (طبقه بندی فولاد بر اساس مقاومت فیزیکی)

استانداردهای فولاد ASTM توسط انجمن تست و تجهیزات آمریکا ایجاد شده است و می توان از آنها برای طبقه بندی و ارزیابی خواص مکانیکی، شیمیایی، مواد و ساختاری انواع فولاد استفاده کرد. در این استاندارد حرف A بعد از کلمه ASTM به محصولات فولادی اشاره دارد. یک عدد 1 تا 3 رقمی به دنبال آن سال تایید یا تجدید نظر استاندارد وارد می شود.

برخی از محصولات مهم فولادی با استفاده از این استاندارد