فولاد کربنی و فولاد : 👷♂️ هر آنچه باید درباره این دو بدانید!!!
فولاد کربنی یکی از مواد اصلی مورد استفاده در ساخت و ساز، متالورژی و تولید ماشین آلات یا ابزارهای مختلف است. این فولاد، عمدتا آلیاژی متشکل از آهن ( سنگ آهن ) و کربن می‌باشد. با این حال، گاهی اوقات جهت افزایش برخی از خواص مکانیکی آن، افزودنی‌هایی همچون فرومنگنز ، فروسیلیس و فرو سیلیکو منگنز نیز به فرایند تولید آن اضافه می‌شود. لازم به ذکر است که از این نوع فولاد، می‌توان آلیاژهای فولادی دیگری مانند فولاد نرم، نیمه نرم، نیمه سخت و سخت ساخت. تمام این محصولات، کاربرد فلزکاری داشته و با آن می توان محصولات و خدمات مختلفی را اجرا نمود.
پیش از شناخت بهتر کاربرد و ساختار فولاد کربنی، بهتر است مروری بر ماهیت فولاد داشته باشیم. فولاد در مفهوم وسیع، آلیاژی فلزی است که عمدتا از آهن تشکیل شده و محتوای کربن آن کمتر از ۲ درصد است. این محصول ، ماده‌ای ضروری برای ساخت و ساز مدرن است و به دلیل برخورداری از ویژگی‌هایی همچون مقاومت بسیار بالا و همچنین قابل بازیافت بودن، توانسته است مزایای کاربردی بسیاری را در پروژه‌های مختلف به همراه داشته باشد. شایان ذکر است که بزرگترین تولیدکننده فولاد، کشور چین است که دارای تولید سالانه حدود 1 میلیارد تن فولاد می‌باشد. و پس از آن، هند با تولید سالانه 111 میلیون تن قرار دارد. سه خانواده اصلی فولادها، بسته به محتویات و عناصر موجود در آنها، عبارتند از:
- فولادهای غیر آلیاژی
- فولادهای کم آلیاژ
- فولادهای پر آلیاژ
آنچه در ادامه مطلب خواهید دید
فولادهای غیر آلیاژی
فولادهایی هستند که در ساخت و ساز یا تولید ابزار، قالب یا قطعات مکانیکی استفاده می شوند.
فولادهای کم آلیاژ
به طور گسترده در تولید لوله، بدنه خودرو، بدنه هوافضا، خطوط راه آهن و غیره استفاده می شوند.
فولادهای پرآلیاژ
فولادهای پر آلیاژ نیز دارای ویژگی‌های بسیار خاصی مانند استحکام مکانیکی بسیار بالا، مقاومت بسیار بالا در برابر سایش و خوردگی، انبساط و خزش بسیار کم هستند. به عنوان نمونه‌ای از این فولادهای پرآلیاژ، می‌توان به فولاد ضد زنگ اشاره کرد.
کاربردهای فولاد کربنی
لازم به توضیح است که فولاد کربنی به دلیل دارا بودن استحکام بالا، از طیف کاربردی بسیار گسترده‌ای برخوردار می‌باشد. مهمترین کاربرد این محصولات، مربوط به استفاده به عنوان سازه پایه در صنایع ساخت و ساز می‌باشد. همچنین از این فولاد جهت ساخت ماشین آلات ، ابزار، اسباب بازی، ریل، زنجیر و سایر موارد چند منظوره نیز استفاده می‌شود.
ساختار فولادهای کربنی
فولادهای کربنی، آلیاژهایی از آهن و کربن هستند که ممکن است حاوی غلظت قابل توجهی از سایر عناصر آلیاژی همچون منگنز نیز باشند. فولادهای کربنی ساده ، آلیاژهایی از آهن و کربن هستند که خواص آنها عمدتا از حضور کربن ناشی می شود. با این حال، در برخی از انواع این فولادها، جهت بهبود خواص مکانیکی، عناصر جانبی مانند منگنز، سیلیکون، گوگرد و فسفر نیز به روش ساخت آنها اضافه می‌شود.
انواع فولادهای کربنی
خوب است بدانید که فولاد کربنی، به دلیل استحکام بسیار بالا و سختی قابل توجه و همچنین قابلیت تغییر شکل در عملیات حرارتی شدید ، یکی از مفیدترین و رایج ترین آلیاژهای آهنی در استفاده مدرن امروز است. مهمترین انواع این فولاد را می‌توان به شرح زیر ارائه داد:
فولادهای کم کربن
- این نوع از فولاد که به عنوان فولاد ملایم نیز شناخته می‌شود، در حال حاضر رایج ترین نوع فولاد است، زیرا قیمت نسبتا پایینی داشته و از خواصی برخوردار است که آن را جهت استفاده در بسیاری از کاربردها قابل قبول می‌کند. فولاد کم کربن حاوی تقریبا 0.05 تا 0.25 درصد کربن است که آن را شکل پذیر و انعطاف پذیر می‌کند. این فولاد، استحکام کششی نسبتا کمی دارد، با این حال، ارزان بوده و سختی سطح آن را می توان با کربورسازی افزایش داد!
فولادهای کربن متوسط
فولاد کربن متوسط تقریبا 0.3-0.6 درصد کربن دارد. شکل پذیری و استحکام این فولاد در حد متعادلی بوده و از مقاومت سایش خوبی برخوردار است. لازم به ذکر است که این نوع از فولادها، عمدتا در تولید قطعات ماشین آلات، محورها، شفت‌ها، چرخ دنده ها، میل لنگ، کوپلینگ ها و آهنگرها استفاده می شوند و همچنین در ساخت ریل‌ها و چرخ‌های راه آهن نیز بسیار پرکاربرد می‌باشند.
فولادهای با محتوای کربن بالا
این فولاد تقریبا 0.60 تا 1.00 درصد کربن دارد. درجه سختی این فولاد، بالاتر از دو نوع قبلی بوده، با این حال از شکل پذیری کمتری برخوردار است. شایان ذکر است که از فولادهای پر کربن می‌توان در ساخت فنرها، کابل ها، چکش ها، پیچ گوشتی ها و آچارها استفاده نمود.
فولاد با محتوی کربن بسیار بالا
فولاد پرکربن تقریبا 1.25% تا 2.0% کربن دارد. با توجه به این حجم از کربن بالا و سختی بسیار بالای آن، از این فولاد می‌توان در تولید محصولات فولادی سخت مانند فنرهای کامیون، ابزارهای برش فلز و سایر اهداف خاص مانند چاقو، تبر یا پانچ (برای مصارف غیر صنعتی) استفاده کرد.
فولاد ضد زنگ و فولاد کربنی
خوب است بدانید که انواع مختلفی از فولاد با ویژگی‌های متفاوت وجود دارد که هر یک جهت کاربردی خاص، مناسب می‌باشند. لازم به ذکر است که یکی از موضوعاتی که کاربران، بیشتر از همه در مورد آن از سوال می پرسند، تفاوت فولاد ضد زنگ و فولاد کربنی است!
فولاد ضد زنگ، جدای از آهن و کربن، حاوی کروم نیز می‌باشد تا از زنگ زدگی جلوگیری کند. در مقایسه با فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، نرم تر است؛ بهتر می‌تواند در شرایط رطوبت بالا مقاومت کرده و در برابر دماهای بسیار پایین، مقاوم است. این در حالیست که فولاد کربنی تنها از آهن و کربن تشکیل شده است که به آن سختی بیشتر و مقاومت کمتر در برابر زنگ زدگی و همچنین انعطاف پذیری بیشتری می‌بخشد. این نوع از فولادها برای استفاده در محیط های خشک ایده آل می‌باشند.
به عبارتی، تفاوت بین فولاد ضد زنگ و فولاد کربنی در مقدار کروم موجود در ترکیب است. وجود کروم موجب تشکیل یک لایه‌ای از اکسید کروم بر روی سطح فولاد ضد زنگ می‌شود. این لایه همان چیزی است که موجب ایجاد مقاومت در برابر خوردگی می‌شود. وقتی صحبت از انتخاب مواد برای ساخت و ساز، اتومبیل، ماشین آلات و حتی ابزارهای جراحی می‌شود، فولاد ضد زنگ بر فولاد کربنی ترجیح داده می شود.
رایج‌ترین تفاوت‌های فولاد ضدزنگ و فولاد کربنی
در ادامه به چند نمونه از رایج‌ترین تفاوت‌های این دو نوع فولاد پرداخته می‌شود:
- ظاهر فیزیکی : فولاد کربنی، کدر و دارای روکش مات است. در حالی که فولاد ضد زنگ، براق بوده و حتی می توان از طریق افزایش مقدار کروم، درخشندگی آن را افزایش داد.
- مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون : همانطور که قبلا نیز به آن اشاره کردیم، فولاد ضد زنگ دارای ویژگی خاصی است و آن، مقاومت بالای این فولاد در برابر مشکلاتی مانند خوردگی و اکسیداسیون ( به دلیل کروم موجود در ترکیب آن) است. این در حالیست که فولاد کربنی، عاری از کروم بوده و بسیار سریع‌تر دچار اکسیداسیون می‌شود.
- کاربردهای خاص فولاد ضد زنگ و فولاد کربنی : به طور کلی، فولاد ضد زنگ بیشتر در اقلام مصرفی رایج بوده و در بخش ساخت و ساز و طراحی (مانند آشپزخانه، لوازم خانگی و غیره) کاربرد دارد. در حالی که فولاد کربنی بیشتر در ساخت و تولید استفاده می شود( در پروژه هایی که فولاد در معرض دید نمی‌باشد).
- هزینه : یکی دیگر از نکات بسیار مهم این دو فولاد، تفاوت در هزینه‌ها می‌باشد. شایان ذکر است که فولاد ضد زنگ با توجه به مجموعه عناصری که از آن ساخته شده است( مانند نیکل، کروم، منگنز )، نسبت به فولاد کربنی، گرانتر است. چرا که این عناصر، هزینه بیشتری ایجاد می‌کنند.
