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، عمدتاً آلیاژی متشکل از آهن( سنگ آهن ) و کربن است. با این حال، در مواقعی برای افزایش برخی از خواص مکانیکی آن، افزودنی‌هایی همچون فرومنگنز ، فروسیلیس و فرو سیلیکو منگنز نیز به فرآیند 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 می‌توان 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 عمدتاً 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 یک میلیارد تن فولاد است 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
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. به‌عنوان 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 است. مهمترین کاربرد این محصولات، مربوط به استفاده به‌عنوان سازه پایه در صنایع ساخت و ساز است. 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 عمدتاً از حضور کربن ناشی می‌شود. 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 رایج‌ترین 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 به‌عنوان فولاد ملایم نیز شناخته می‌شود، در حال حاضر رایج‌ترین نوع فولاد است، زیرا قیمت نسبتاً 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 شکل‌پذیر و انعطاف‌پذیر می‌کند. این فولاد، استحکام کششی نسبتاً کمی‌دارد، با این حال، ارزان بوده و سختی سطح آن را می‌توان با کربورسازی افزایش داد.
فولادهای کربن متوسط
فولاد کربن متوسط تقریبا 0.3-0.6 درصد کربن دارد. شکل‌پذیری و استحکام این فولاد در حد متعادلی بوده و از مقاومت سایش خوبی برخوردار است. لازم به ذکر است که این نوع از فولادها، عمدتاً در تولید قطعات ماشین آلات، محورها، شفت‌ها، چرخ دنده ها، میل لنگ، کوپلینگ ها و آهنگرها استفاده می‌شوند و همچنین در ساخت ریل‌ها و چرخ‌های راه آهن نیز بسیار پرکاربرد هستند.
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 شکل‌پذیری کمتری برخوردار است. شایان ذکر است که از فولادهای پر کربن می‌توان در ساخت فنرها، کابل‌ها، چکش‌ها، پیچ گوشتی‌ها 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 هستند. لازم به ذکر است که یکی از موضوعاتی که کاربران، بیشتر از همه در مورد آن از سوال می‌پرسند، تفاوت فولاد ضد زنگ و فولاد کربنی است.
فولاد ضد زنگ، جدای از آهن و کربن، حاوی کروم نیز است 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 حالی است 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 هستند.
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 می‌شود.
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 می‌توان از طریق افزایش مقدار کروم، درخشندگی آن را افزایش داد.
- مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون: همانطور که قبلاُ 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 حالی است 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...) کاربرد دارد. در حالی که فولاد کربنی بیشتر در ساخت و تولید استفاده می‌شود(در پروژه هایی که فولاد در معرض دید نیستند).
- 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، چراکه این عناصر، هزینه بیشتری ایجاد می‌کنند.
نتیجه‌گیری
یکی از نقاط قوت فولاد کربنی، استحکام بالا و قابلیت تغییر شکل‌پذیری آن از طریق عملیات حرارتی است. با این حال، مقاومت پایین آن در برابر خوردگی و اکسیداسیون، محدودیت‌هایی را در محیط‌های مرطوب یا خورنده ایجاد می‌کند. این مسئله موجب شده تا در مواردی که مقاومت در برابر زنگ زدگی ضروری است، فولاد ضد زنگ با ترکیب کروم به‌عنوان جایگزین بهینه مطرح شود. فولاد ضدزنگ اگرچه هزینه تولید بالاتری دارد، اما به‌دلیل دوام و ظاهر جذاب، در مصارف مصرفی مانند لوازم خانگی و پزشکی ترجیح داده می‌شود.
از سوی دیگر، تولید انبوه فولاد کربنی به‌ویژه در کشورهایی مانند چین و هند، آن را به ماده‌ای مقرون‌به‌صرفه تبدیل کرده است. این موضوع در کنار قابلیت بازیافت پذیری فولاد، مزیت اقتصادی و زیست‌محیطی قابل‌توجهی محسوب می‌شود. با این حال، انتخاب بین فولاد کربنی و ضدزنگ همواره به نیازهای پروژه بستگی دارد. در پروژه‌های عمرانی و صنعتی که استحکام و هزینه اهمیت دارد، فولاد کربنی گزینه اصلی است، در حالی که در کاربردهای ظریف‌تر یا محیط‌های خورنده، فولاد ضدزنگ برتری دارد. در نهایت، پیشرفت‌های فناوری در متالورژی، امکان تولید فولادهای ترکیبی با خواص بهبودیافته را فراهم کرده است. این تحولات می‌تواند مرز بین فولاد کربنی و ضدزنگ را کمرنگ‌تر کند و راه را برای مواد جدید با کارایی بالاتر هموار سازد.
[…] نبشی یکی از پرکاربردترین مقاطع فولادی در صنعت آهن و فولاد به شمار میرود، که در دو نوع تولید می‌شود. این ابزار […]
[…] به عنوان سوخت کورههای صنعتی ، به ویژه برای تولید فولاد و فروآلیاژها ی مختلف از جمله شمش چدن ، گندله […]