پیشگفتار

فولاد یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین فلزات در صنعت و ساخت و ساز است که از آهن و کربن تشکیل شده است. این فلز به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود، در تولید انواع محصولات از جمله وسایل خانه، خودروها، قطعات صنعتی و ساختمانی، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله و پست قصد داریم به طور کامل این فلز بسیار مهم و کارآمد را بررسی کنیم پس با ما همراه باشید.

فولاد چیست ؟

فولاد ( پولاد | steel ) آلیاژی از آهن و کربن با استحکام و مقاومت در برابر شکستن در مقایسه با سایر اشکال آهن است. فولاد به دلیل استحکام کششی بالا و هزینه کم، یکی از متداول ترین مواد ساخته شده در جهان است. فولاد در ساختمان ها به عنوان میله های تقویت کننده بتن، در پل ها، زیرساخت ها، ابزار، کشتی ها، قطارها، اتومبیل ها، دوچرخه ها، ماشین آلات، لوازم الکتریکی، مبلمان، سلاح ها و تولید ابزارآلات استفاده می شود.

آهن ( iron ) همیشه عنصر اصلی در فولاد است، اما بسیاری از عناصر دیگر ممکن است وجود داشته باشند یا اضافه شوند. فولادهای ضد زنگ که در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاوم هستند، معمولاً به 11 درصد کروم اضافی نیاز دارند.

آهن فلز پایه فولاد است. بسته به دما، می تواند به دو شکل کریستالی ( اشکال آلوتروپیک ) به خود بگیرد : مکعبی با محوریت بدن و مکعبی با محوریت صورت. برهمکنش آلوتروپ های آهن با عناصر آلیاژی، در درجه اول کربن، به فولاد و چدن طیف خواص منحصر به فردی می بخشد. در آهن خالص، ساختار بلوری مقاومت نسبتا کمی در برابر لغزش اتم های آهن از کنار یکدیگر دارد و بنابراین آهن خالص کاملاً انعطاف پذیر یا نرم است و به راحتی تشکیل می شود. در فولاد، مقادیر کمی کربن، سایر عناصر و اجزای داخل آهن به عنوان عوامل سخت کننده عمل می کنند که از حرکت نابجایی ها جلوگیری می کند.

کربن موجود در آلیاژهای معمولی فولاد ممکن است تا 2.14 درصد از وزن آن را تشکیل دهد. تغییر مقدار کربن و بسیاری از عناصر آلیاژی دیگر و همچنین کنترل ترکیب شیمیایی و فیزیکی آنها در فولاد نهایی ( چه به عنوان عناصر املاح و چه به صورت فازهای رسوبی )، مانع از حرکت نابجایی هایی می شود که آهن خالص را شکل پذیر می کند و بنابراین کیفیت آن را کنترل و ارتقا می دهد. این ویژگی ها شامل سختی، نیاز به بازپخت، رفتار معتدل، استحکام تسلیم و استحکام کششی فولاد حاصل می شود. افزایش مقاومت فولاد نسبت به آهن خالص تنها با کاهش شکل پذیری آهن امکان پذیر است.

فولاد برای هزاران سال در کوره ها تولید می شد، اما استفاده صنعتی در مقیاس بزرگ آن تنها پس از ابداع روش های تولید کارآمدتر در قرن هفدهم، با معرفی کوره بلند و تولید فولاد بوته ای آغاز شد. در اواسط قرن نوزدهم، فرآیند بسمر ( Bessemer process ) در انگلستان و سپس کوره اجاق باز دنبال شد. با اختراع فرآیند بسمر، دوره جدیدی از تولید انبوه فولاد آغاز شد. فولاد ملایم جایگزین آهن فرفورژه شد. ایالت های آلمان در قرن نوزدهم تولید کنندگان عمده فولاد در اروپا بودند. تولید فولاد آمریکا تا اواخر قرن بیستم در پیتسبورگ، بیت لحم، پنسیلوانیا و کلیولند متمرکز بود.

اصلاحات بیشتر در این فرآیند، مانند تولید فولاد با اکسیژن پایه ( BOS )، تا حد زیادی با کاهش بیشتر هزینه تولید و افزایش کیفیت محصول نهایی، جایگزین روش‌های قبلی شد. امروزه سالانه بیش از 1.6 میلیارد تن فولاد تولید می شود. فولاد مدرن به طور کلی با گریدهای مختلف تعریف شده توسط سازمان های استاندارد مختلف شناسایی می شود. صنعت فولاد مدرن یکی از بزرگترین صنایع تولیدی در جهان است، اما همچنین یکی از صنایع پر انرژی و گازهای گلخانه ای است که 8 درصد از انتشار جهانی را به خود اختصاص می دهد. با این حال، فولاد نیز بسیار قابل استفاده مجدد است : یکی از مواد بازیافتی در جهان است، با نرخ بازیافت بیش از 60 درصد در سطح جهانی.

تاریخچه تولید فولاد

تاریخچه تولید فولاد به دوران باستان برمیگردد؛

اولین تولید شناخته شده فولاد در قطعات آهنی حفاری شده از یک سایت باستان شناسی در آناتولی (Kaman-Kalehöyük) دیده می شود که نزدیک به 4000 سال قدمت دارند و مربوط به 1800 قبل از میلاد است.

فولاد از حدود 800 سال قبل از میلاد در اروپای سلتیک تولید شد، فولاد پرکربن از 490 تا 375 قبل از میلاد در بریتانیا تولید شد و فولاد با کربن فوق العاده بالا از قرن دوم تا چهارم در هلند تولید شد. پس از میلاد. نویسنده رومی هوراس سلاح های فولادی مانند فالکاتا را در شبه جزیره ایبری شناسایی می کند، در حالی که فولاد نوریک توسط ارتش رومی استفاده می شد.

شهرت آهن سریک ( seric ) آسیای جنوبی (فولاد ووتز – wootz steel ) به طور قابل توجهی در بقیه جهان افزایش یافت. سایت‌های تولید فلز در سری‌لانکا از کوره‌های بادی استفاده می‌کردند که توسط بادهای موسمی به حرکت در می‌آمدند و قادر به تولید فولاد با کربن بالا بودند. تولید فولاد ووتز در مقیاس بزرگ در هند با استفاده از بوته‌ها در قرن ششم قبل از میلاد، پیشگام تولید فولاد مدرن و متالورژی شد.

چینی ها در 403–221 قبل از میلاد دارای فولاد سخت‌شده بودند، در حالی که چینی‌های سلسله هان ( 202 قبل از میلاد - 220 پس از میلاد ) فولاد را با ذوب آهن فرفورژه با چدن ساخته‌اند و در نتیجه آن کربن تولید می‌کنند.

شواهدی وجود دارد که نشان می دهد فولاد کربنی در تانزانیا غربی توسط اجداد قوم هایا در اوایل 2000 سال پیش با فرآیند پیچیده "پیش گرمایش" ساخته شده است که اجازه می دهد دمای داخل یک کوره به 1300 تا 1400 درجه سانتیگراد برسد.

فولاد ووتز

شواهدی از اولین تولید فولاد با کربن بالا در جنوب آسیا در Kodumanal در تامیل نادو، منطقه Golconda در آندرا پرادش و کارناتاکا، مناطق هند، و همچنین در Samanalawewa و Dehigaha Alakanda، مناطق سری‌لانکا یافت شده است، این فولاد به عنوان فولاد ووتز شناخته شد که در حدود قرن ششم قبل از میلاد در جنوب هند تولید شد و به سراسر جهان صادر شد. فن آوری فولاد از 326 قبل از میلاد در منطقه وجود داشت، زیرا در ادبیات سنگام تامیلی و لاتین به عنوان بهترین فولاد جهان که در آن زمان به رومیان، مصر، چین و جهان عرب صادر می شد، ذکر شده است. یک انجمن صنفی تجاری تامیل در سال 200 قبل از میلاد در تیساماهاراما، در جنوب شرقی سریلانکا، برخی از قدیمی‌ترین مصنوعات آهن و فولاد و فرآیندهای تولید را از دوره کلاسیک به جزیره آورد. چینی‌ها و محلی‌ها در Anuradhapura، سریلانکا نیز روش‌های تولید فولاد ووتز را از تامیل‌های سلسله Chera در جنوب هند تا قرن 5 میلادی اتخاذ کرده بودند. در سریلانکا، این روش اولیه ساخت فولاد از یک کوره بادی منحصربه‌فرد استفاده می‌کرد که توسط بادهای موسمی به حرکت در می‌آمد و قادر به تولید فولاد با کربن بالا بود. از آنجایی که این فناوری از تامیلی ها از جنوب هند به دست آمد، منشاء فناوری فولاد در هند را می توان به طور محافظه کارانه 400-500 سال قبل از میلاد تخمین زد.

فولاد بوته ای که با گرم کردن و سرد کردن آهسته آهن و کربن خالص ( معمولاً به شکل زغال چوب ) در یک بوته شکل می گیرد، در قرن 9 تا 10 پس از میلاد در مرو تولید شد. در قرن یازدهم، شواهدی مبنی بر تولید فولاد در سانگ چین با استفاده از دو تکنیک وجود دارد : یک روش "برگانسک" که فولاد پایین‌تر و ناهمگن تولید می‌کرد، و دیگری پیش‌روی فرآیند بسمر مدرن که از کربن‌زدایی جزئی از طریق آهنگری مکرر در سرما استفاده می‌کرد.

تعاریف و مطالب مرتبط

اسم steel از صفت پیش آلمانی stahliją یا stakhlijan " به معنی ساخته شده از فولاد" گرفته شده است که به stahlaz یا stahliją "استوار ایستاده" مربوط می شود.

محتوای کربن فولاد بین 0.02٪ تا 2.14٪ وزنی برای فولاد کربنی ساده ( آلیاژهای آهن-کربن ) است. محتوای کربن خیلی کم باعث می شود آهن ( خالص ) کاملاً نرم، انعطاف پذیر و ضعیف باشد. محتوای کربن بالاتر ، از فولاد آلیاژی شکننده می سازد که معمولاً آهن خام نامیده می شود. فولاد آلیاژی فولادی است که عناصر آلیاژی دیگری عمداً به آن اضافه شده است تا خصوصیات فولاد را اصلاح کند. عناصر آلیاژی رایج عبارتند از :

منگنز، نیکل، کروم، مولیبدن، بور، تیتانیوم، وانادیم، تنگستن، کبالت و نیوبیم.

عناصر اضافی که اغلب نامطلوب در نظر گرفته می شوند نیز در فولاد مهم هستند : فسفر، گوگرد، سیلیکون، و ردپایی از اکسیژن، نیتروژن و مس.

آلیاژهای کربن-آهن ساده با محتوای کربن بالاتر از 2.1٪ به عنوان چدن شناخته می شوند. با تکنیک‌های مدرن فولادسازی مانند شکل‌دهی فلز پودری، می‌توان فولادهای بسیار پر کربن ( و سایر مواد آلیاژی ) ساخت، اما چنین چیزی رایج نیست. چدن حتی در زمان گرم نیز چکش خوار نیست، اما می توان آن را با ریخته گری تشکیل داد زیرا دارای نقطه ذوب پایین تری نسبت به فولاد و خواص ریخته گری خوب است. ترکیبات خاصی از چدن، در حالی که مراحل ذوب و ریخته‌گری را حفظ می‌کنند، می‌توانند پس از ریخته‌گری برای ساختن اشیاء چدن چکش‌خوار یا چدن انعطاف‌پذیر، شامل عملیات حرارتی شوند. فولاد از آهن فرفورژه ( اکنون تا حد زیادی منسوخ شده ) قابل تشخیص است که ممکن است حاوی مقدار کمی کربن اما مقادیر زیادی سرباره باشد.

کربن ( carbon )

کربن | carbon ( برگرفته از کلمه ی لاتین carbo 'زغال سنگ' ) یک عنصر شیمیایی است. دارای نماد C و عدد اتمی 6 است. غیرفلزی و چهار ظرفیتی است - به این معنی که اتم های آن قادر به تشکیل تا چهار پیوند کووالانسی هستند زیرا پوسته ظرفیتی آن دارای 4 الکترون است. به گروه 14 جدول تناوبی تعلق دارد. کربن حدود 0.025 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد. سه ایزوتوپ به طور طبیعی وجود دارند، 12C و 13C پایدار هستند، در حالی که 14C یک رادیونوکلئید است که با نیمه عمر 5700 سال در حال تجزیه است. کربن یکی از معدود عناصر شناخته شده از دوران باستان است.

کربن پانزدهمین عنصر فراوان در پوسته زمین و چهارمین عنصر فراوان در جهان پس از هیدروژن، هلیوم و اکسیژن است. فراوانی کربن، تنوع منحصربه‌فرد ترکیبات آلی و توانایی غیرعادی آن برای تشکیل پلیمرها در دمایی که معمولاً روی زمین با آن مواجه می‌شویم، این عنصر را قادر می‌سازد تا به عنوان عنصر مشترک همه حیات شناخته‌شده عمل کند. این عنصر دومین عنصر فراوان در بدن انسان از نظر جرمی (حدود 18.5٪) پس از اکسیژن است.

اتم‌های کربن می‌توانند به روش‌های مختلفی با یکدیگر پیوند برقرار کنند و در نتیجه آلوتروپ‌های کربن مختلف ایجاد شود. آلوتروپ های معروف شامل گرافیت، الماس، کربن آمورف و فولرن ها هستند. خواص فیزیکی کربن با شکل آلوتروپیک بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، گرافیت مات و سیاه است، در حالی که الماس بسیار شفاف است. گرافیت به اندازه‌ای نرم است که رگه‌ای روی کاغذ ایجاد کند ( از این رو نام آن از فعل یونانی "γράφειν" به معنای "نوشتن" است )، در حالی که الماس سخت‌ترین ماده طبیعی شناخته شده است. گرافیت رسانای الکتریکی خوبی است در حالی که الماس رسانایی الکتریکی پایینی دارد. در شرایط عادی، الماس، نانولوله های کربنی و گرافن بالاترین رسانایی حرارتی را در بین تمام مواد شناخته شده دارند. همه آلوتروپ های کربن در شرایط عادی جامد هستند و گرافیت در دما و فشار استاندارد پایدارترین شکل ترمودینامیکی است. آنها از نظر شیمیایی مقاوم هستند و برای واکنش حتی با اکسیژن نیاز به دمای بالا دارند.

رایج ترین حالت اکسیداسیون کربن در ترکیبات معدنی +4 است، در حالی که +2 در کمپلکس های کربنیل مونوکسید کربن و فلزات واسطه یافت می شود. بزرگترین منابع کربن معدنی سنگ‌های آهک، دولومیت‌ها و دی اکسید کربن هستند، اما مقادیر قابل توجهی در ذخایر آلی زغال سنگ، ذغال سنگ نارس، نفت و کلترات متان وجود دارد. کربن تعداد زیادی از ترکیبات را تشکیل می دهد که حدود دویست میلیون آنها توصیف و نمایه شده اند؛ و با این حال، این تعداد تنها کسری از تعداد ترکیبات احتمالی نظری در شرایط استاندارد است.

خواص مواد ( Material properties ) تشکیل دهنده فولاد

منشا و تولید

آهن معمولاً در پوسته زمین به شکل سنگ معدنی، معمولاً اکسید آهن، مانند مگنتیت یا هماتیت یافت می شود. آهن از سنگ آهن با حذف اکسیژن از طریق ترکیب آن با شریک شیمیایی ترجیحی مانند کربن استخراج می شود که سپس به عنوان دی اکسید کربن در جو از دست می رود. این فرآیند که به نام ذوب آهن شناخته می شود، ابتدا برای فلزاتی با نقطه ذوب پایین تر، مانند قلع، که در حدود 250 درجه سانتیگراد (482 درجه فارنهایت) ذوب می شود، و مس، که در حدود 1100 درجه سانتیگراد (2010 درجه فارنهایت) ذوب می شود، اعمال میشود. و ترکیب، برنز، که نقطه ذوب آن کمتر از 1083 درجه سانتیگراد (1981 درجه فارنهایت) است. در مقایسه، چدن در حدود 1375 درجه سانتیگراد (2507 درجه فارنهایت) ذوب می شود. مقادیر کمی آهن در زمان های قدیم در حالت جامد با حرارت دادن سنگ معدن در آتش زغال سنگ و سپس جوش دادن کلوخه ها با چکش و در فرآیند فشار دادن ناخالصی ها ذوب می شد. با احتیاط، می توان محتوای کربن را با حرکت دادن آن در آتش کنترل کرد. برخلاف مس و قلع، آهن مایع یا جامد کربن را به راحتی حل می کند.

همه این دماها را می‌توان با روش‌های باستانی که از عصر برنز استفاده می‌شد، به دست آورد. از آنجایی که نرخ اکسیداسیون آهن به سرعت بیش از 800 درجه سانتیگراد (1470 درجه فارنهایت) افزایش می یابد، مهم است که ذوب در محیطی با اکسیژن کم انجام شود. ذوب، با استفاده از کربن برای کاهش اکسیدهای آهن، منجر به تولید آلیاژی به نام چدن می شود که کربن زیادی را در خود نگه می دارد. کربن اضافی و سایر ناخالصی ها در مرحله بعدی حذف می شوند.

مواد دیگری اغلب به مخلوط آهن/کربن اضافه می شوند تا فولادی با خواص مطلوب تولید شود. نیکل و منگنز موجود در فولاد به استحکام کششی آن می افزایند و شکل آستنیت محلول آهن-کربن را پایدارتر می کنند، کروم سختی و دمای ذوب را افزایش می دهد و وانادیوم نیز سختی را افزایش می دهد و در عین حال کمتر مستعد خستگی فلز می شود.

برای جلوگیری از خوردگی، حداقل 11٪ کروم را می توان به فولاد اضافه کرد تا یک اکسید سخت روی سطح فلز تشکیل شود. این به عنوان فولاد ضد زنگ شناخته می شود. تنگستن تشکیل سمنتیت را کند می‌کند، کربن را در زمینه آهن نگه می‌دارد و به مارتنزیت اجازه می‌دهد ترجیحاً با سرعت تشکیل شود و در نتیجه فولاد با سرعت بالا تولید شود. افزودن سرب و گوگرد باعث کاهش اندازه دانه می شود و در نتیجه چرخش فولاد را آسان تر می کند، اما همچنین شکننده تر و مستعد خوردگی می شود. با این حال، چنین آلیاژهایی اغلب برای قطعاتی مانند مهره ها، پیچ و مهره ها و واشرها در کاربردهایی که چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی اهمیت بالایی ندارند، استفاده می شوند. با این حال، در بیشتر موارد، عناصر بلوک p مانند فسفر، گوگرد، نیتروژن و سرب آلاینده‌هایی در نظر گرفته می‌شوند که فولاد را شکننده‌تر می‌کنند و بنابراین در طی فرآیند ذوب از فولاد حذف می‌شوند.

چگالی فولاد بر اساس ترکیبات آلیاژی متفاوت است، اما معمولاً بین 7750 تا 8050 کیلوگرم بر متر مکعب (484 و 503 پوند بر متر مکعب فوت) یا 7.75 و 8.05 گرم بر سانتی‌متر مکعب (4.48 و 4.65 اونس بر متر مکعب) است.

حتی در محدوده باریکی از غلظت‌های مخلوط کربن و آهن که فولاد را می‌سازند، چندین ساختار متالورژیکی مختلف با خواص بسیار متفاوت می‌توانند تشکیل شوند. درک چنین خواصی برای ساخت فولاد با کیفیت ضروری است. در دمای اتاق، پایدارترین شکل آهن خالص، ساختار مکعبی متمرکز بدن (BCC) به نام آهن آلفا یا آهن α است. این فلز نسبتاً نرمی است که می‌تواند تنها غلظت کمی از کربن را حل کند، بیش از 0.005٪ در 32 درجه فارنهایت و 0.021 درصد وزنی در دمای 723 درجه سانتیگراد (1333 درجه فارنهایت). گنجاندن کربن در آهن آلفا فریت نامیده می شود. در دمای 910 درجه سانتیگراد، آهن خالص به ساختار مکعبی (FCC) که به آن آهن گاما یا γ-آهن می‌گویند تبدیل می‌شود. وجود کربن در آهن گاما آستنیت نامیده می شود. ساختار FCC بازتر آستنیت می‌تواند کربن بیشتری را در دمای 1148 درجه سانتی‌گراد (2098 درجه فارنهایت) به میزان قابل‌توجهی به میزان 2.1% حل کند، (38 برابر فریت)، که نشان‌دهنده محتوای کربن بالای فولاد است. که چدن است. هنگامی که کربن با آهن از محلول خارج می شود، ماده بسیار سخت اما شکننده ای به نام سمنتیت (Fe3C) تشکیل می دهد.

هنگامی که فولادهایی با کربن دقیقا 0.8 درصد (معروف به فولاد یوتکتوئید) سرد می شوند، فاز آستنیتی (FCC) مخلوط تلاش می کند تا به فاز فریت (BCC) بازگردد. کربن دیگر در ساختار آستنیت FCC قرار نمی گیرد و در نتیجه کربن اضافی ایجاد می شود. یکی از راه‌های خروج کربن از آستنیت این است که از محلول به صورت سمنتیت رسوب کند و فاز اطراف آهن BCC به نام فریت با درصد کمی کربن در محلول باقی بماند. این دو، فریت و سمنتیت، به طور همزمان رسوب می کنند و ساختار لایه ای به نام پرلیت را تولید می کنند که به دلیل شباهت آن به مادر مروارید نامگذاری شده است. در ترکیب هایپریوتکتوئیدی (بیش از 0.8 درصد کربن)، کربن ابتدا به صورت آخال های بزرگ سمنتیت در مرزهای دانه آستنیت رسوب می کند تا زمانی که درصد کربن موجود در دانه ها به ترکیب یوتکتوئیدی (کربن 0.8 درصد) کاهش یابد. ( آخال هر نوع ماده غیر فلزی ). نقطه ساختار پرلیت را تشکیل می دهد. برای فولادهایی که کمتر از 0.8 درصد کربن دارند (hypoeutectoid)، ابتدا فریت در داخل دانه ها تشکیل می شود تا زمانی که ترکیب باقیمانده به 0.8 درصد کربن برسد، در این مرحله ساختار پرلیت تشکیل می شود. هیچ آخال بزرگی از سمنتیت در مرزهای فولاد هیپویوتکتوئیدی تشکیل نخواهد شد. در بالا فرض می‌شود که فرآیند خنک‌سازی بسیار کند است و زمان کافی برای مهاجرت کربن را می‌دهد.

با افزایش سرعت خنک‌سازی، کربن زمان کمتری برای مهاجرت برای تشکیل کاربید در مرز دانه‌ها خواهد داشت، اما مقادیر فزاینده‌ای از پرلیت با ساختار ظریف‌تر و ظریف‌تری در درون دانه‌ها خواهد داشت. از این رو کاربید به طور گسترده‌تری پراکنده می‌شود و از لغزش عیوب درون آن دانه‌ها جلوگیری می‌کند که منجر به سخت شدن فولاد می‌شود. در سرعت های خنک کننده بسیار بالا که توسط کوئنچ تولید می شود، کربن زمانی برای مهاجرت ندارد، اما در آستنیت محوری قفل شده و مارتنزیت را تشکیل می دهد. مارتنزیت یک شکل فوق اشباع کربن و آهن است که به شدت کرنش و تنش دارد و بسیار سخت اما شکننده است. بسته به محتوای کربن، فاز مارتنزیتی اشکال مختلفی دارد. زیر 0.2 درصد کربن، فرم کریستالی فریت BCC را به خود می گیرد، اما در محتوای کربن بالاتر، ساختار چهارضلعی (BCT) متمرکز بر بدن را به خود می گیرد. هیچ انرژی فعال سازی حرارتی برای تبدیل از آستنیت به مارتنزیت وجود ندارد.

مارتنزیت نسبت به آستنیت چگالی کمتری دارد (در طول خنک شدن منبسط می شود) به طوری که تبدیل بین آنها منجر به تغییر حجم می شود. در این صورت گسترش رخ می دهد. تنش‌های داخلی ناشی از این انبساط عموماً به شکل فشردگی بر روی بلورهای مارتنزیت و کشش روی فریت باقی‌مانده، با مقدار مناسبی برش بر روی هر دو مؤلفه است. اگر کوئنچ به طور نامناسب انجام شود، تنش های داخلی می تواند باعث خرد شدن قطعه در هنگام سرد شدن شود. حداقل باعث سخت شدن کار داخلی و سایر عیوب میکروسکوپی می شوند. زمانی که فولاد در آب فرو می‌رود، ترک‌های کوئنچ ایجاد می‌شوند، اگرچه ممکن است همیشه قابل مشاهده نباشند.

روش‌های حرارت‌دهی و عملیات حرارتی فولاد

در صنعت فولادسازی، حرارت‌دهی و عملیات حرارتی از جمله مراحل حیاتی برای بهبود ویژگی‌های فولاد محسوب می‌شود. این فرایندها از تغییرات دما و زمان بر روی ساختار داخلی فولاد برای بهبود خواص مکانیکی، مقاومت در برابر خستگی، سختی و دوام استفاده می‌کنند. در این قسمت از مقاله به معرفی روش‌های حرارت‌دهی و عملیات حرارتی فولاد پرداخته خواهد شد.

حرارت‌دهی

حرارت‌دهی یک فرایند کلیدی در تولید فولاد است که به منظور تغییر ساختار داخلی و خواص مکانیکی آن انجام می‌شود. این فرایند شامل گرم‌کردن فولاد به دماهای بالا و سپس خنک کردن آن به صورت کنترل شده است. این فرایند می‌تواند به صورت عملیات گرم یا عملیات سرد انجام شود که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند.

تاثیرات حرارت‌دهی بر فولاد

حرارت‌دهی تاثیرات متعددی بر روی فولاد دارد که شامل تغییرات در ساختار دانه‌بندی، رفتار پلاستیک، سختی، دوام و خواص الکترومغناطیسی آن می‌شود. با تغییر ساختار دانه‌بندی، مقاومت فولاد در برابر خستگی و شکست بهبود می‌یابد و همچنین سختی و دوام آن افزایش می‌یابد.

عملیات حرارتی

عملیات حرارتی شامل فرایندهای گوناگونی است که به منظور بهبود و تغییر خواص فولاد انجام می‌شود. این عملیات شامل تمپر کردن، آنیل کردن، نرم‌کردن و سخت‌کردن می‌شود که هر کدام از این فرایندها برای اهداف خاص خود استفاده می‌شوند.

تمپر کردن

در این روش، فولاد را با دماهای بالا گرم‌کرده و سپس به صورت کنترل شده خنک می‌شود. این فرایند باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر خستگی فولاد می‌شود.

آنیل کردن

آنیل کردن یک فرایند حرارتی است که با گرم‌کردن فولاد به دمای بالا و سپس خنک کردن آهسته آن انجام می‌شود. این فرایند باعث کاهش سختی و افزایش دوام فولاد می‌شود.

نرم‌کردن

این عملیات حرارتی با گرم‌کردن فولاد به دمای بالا و سپس خنک کردن سریع آن انجام می‌شود. این فرایند باعث کاهش سختی و افزایش قابلیت تشکیل مجدد فولاد می‌شود.

سخت‌کردن

سخت‌کردن یک فرایند حرارتی است که با گرم‌کردن فولاد به دمای بالا و سپس خنک کردن سریع آن انجام می‌شود. این فرایند باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر خستگی فولاد می‌شود.

روش‌های حرارت‌دهی و عملیات حرارتی فولاد نقش بسزایی در بهبود و تغییر خواص مکانیکی و فیزیکی آن دارند. با استفاده از این روش‌ها، مقاومت، سختی و دوام فولاد بهبود یافته و قابل استفاده در صنایع مختلف نظیر خودروسازی، ساختمان‌سازی و ابزارآلات شده است. بنابراین، شناخت نحوه اجرای صحیح این روش‌ها و تاثیرات آنها بسیار حائز اهمیت است و نقش اساسی در بهبود کارآمدی صنایع مختلف دارد.

مراحل تولید فولاد

تولید فولاد یکی از فرایندهای پیچیده و حیاتی در صنعت فلزات است که شامل چندین مرحله مختلف است. مراحل تولید فولاد شامل استخراج مواد اولیه، ذوب، تصفیه، تشکیل و پردازش نهایی فولاد می‌شود. در این قسمت از مقاله به بررسی این مراحل و فرایندهای مختلف تولید فولاد می‌پردازیم.

استخراج مواد اولیه

مرحله اول تولید فولاد، استخراج مواد اولیه مورد نیاز برای تولید فولاد است. این مواد اولیه شامل مواد معدنی مانند سنگ آهن، کُک و زغال سنگ است. سنگ آهن به عنوان ماده اصلی برای تولید فولاد استفاده می‌شود و باید از معادن استخراج شود. سپس این سنگ آهن به کک و زغال سنگ تبدیل می‌شود تا بتوان آن را به صورت ذوب شده وارد فرایند تولید فولاد کرد.

ذوب

مرحله دوم تولید فولاد، ذوب مواد اولیه است که شامل ذوب سنگ آهن، کک و زغال سنگ به صورت جداگانه است. در این مرحله، مواد اولیه به وسیله‌ی یک کوره ذوب ( به عنوان نمونه کوره قوس الکتریکی ) تا دمای بالا ( حدود 1700 درجه سانتیگراد ) گرما داده می‌شود تا به حالت ذوب شده برسد. در این مرحله، اکسیدها و دیگر آلاینده‌های موجود در مواد اولیه حذف می‌شوند و یک آهن ذوب شده با ترکیب شیمیایی دقیق برای تولید فولاد حاصل می‌شود.

تصفیه

مرحله سوم تولید فولاد، تصفیه آهن ذوب شده است که شامل حذف اکسیدها، گازهای جانبی و دیگر آلاینده‌ها است. برای این منظور، از فرایندهای مختلفی مانند ریخته‌گری، جداسازی جانبی‌ها و استفاده از جاروبر های خاص استفاده می‌شود تا به یک آهن خالص و با کیفیت بالا برسیم که بتوان آن را به صورت مناسب برای تولید فولاد استفاده کرد.

تشکیل

مرحله چهارم تولید فولاد، تشکیل فولاد خالص است. در این مرحله، آهن خالص و با کیفیت بالا به صورت مناسب برای تشکیل قطعات و قسمت‌های مختلف فولاد ( مانند نوار، ورق یا تیرآهن ) شکل داده می‌شود. برای این منظور، از فرایندهای نورد، پرس و جوشکاری استفاده می‌شود تا به صورت نهایی فولاد خام را به شکل‌های مختلف تشکیل دهیم.

پردازش نهایی

مرحله پنجم و آخر تولید فولاد، پردازش نهایی فولاد است که شامل فرآیندهای نظیر حالت دهي ( آب‌كاري )، حرارت‌دهي ( آنييل )، پوشش دادن ( كرومات‌كاري ) و سطح كاري ( پوشش دادن با رنگ ) است. در این مرحله، فولاد خام به صورت نهایی به شکل‌های مختلف پردازش می‌شود تا بتوان آن را برای استفاده در صنایع مختلف ( مانند خودروسازی، ساخت سازه‌های فلزی و ... ) مناسب کرد.

خلاصه اینکه تولید فولاد یک فرآیند پیچیده و چندمرحله‌ای است که نقش حیاتی در صنعت فلزات دارد. با رعایت استانداردها و فرآیندهای صحیح در هر گام، می‌توان به تولید فولاد با کیفیت بالا و مناسب برای صنایع مختلف دست یافت.

کاربردهای فولاد در صنایع مختلف

فولاد یکی از مهمترین و پرکاربردترین مواد در صنایع مختلف است. این فلز با ویژگی‌های خاص خود، در تولید انواع محصولات و در صنایع مختلفی نظیر ساختمان‌سازی، خودروسازی، صنایع فضایی، صنایع دریایی، ساخت ابزارآلات و... کاربرد دارد. در این قسمت از مقاله به بررسی کاربردهای فولاد در صنایع مختلف خواهیم پرداخت.

صنایع ساختمان‌سازی

فولاد به عنوان یکی از مهمترین مواد در صنعت ساختمان‌سازی استفاده می‌شود. این فلز به دلیل خصوصیات مکانیکی و استحکام بالا، در ساختمان‌های بلند و پرخطر مانند برج‌ها و پل‌ها به عنوان جزء اصلی سازه‌ها استفاده می‌شود.

صنایع خودروسازی

در صنعت خودروسازی نیز فولاد به عنوان یک ماده اصلی استفاده می‌شود. این فلز به دلیل وزن سبک و استحکام بالا، در تولید قطعات خودرو مانند شاسی، درب و... به کار می‌رود.

صنایع فضایی

در صنایع فضایی نیز فولاد به دلیل وزن سبک و استحکام بالا کاربردهای فراوانی دارد. این فلز در تولید قطعات مختلف مانند ساخت قاب‌های موشک‌ها، سوختگیرها و... استفاده می‌شود.

صنایع دریایی

در صنایع دریایی نیز فولاد به عنوان یک ماده با استحکام بالا کاربردهای زیادی دارد. این فلز در تولید قطعات تحت فشار زیاد مانند قسمت‌های زیردریایی‌ها، قایق‌ها و... به کار می‌رود.

صنعت ابزارآلات

فولاد یکی از مواد اولیه اصلی در صنعت ساخت و تولید ابزارآلات است که به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در تولید ابزارآلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد به دلیل خواص مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت پردازش و شکل‌دهی، یکی از بهترین مواد برای ساخت ابزارآلات محسوب می‌شود.

در صنعت ساخت ابزارآلات، فولاد به عنوان یک ماده اصلی در تولید انواع ابزارآلات دستی و ماشینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده به دلیل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خود، امکان ساخت ابزارآلات با کیفیت بالا و عمر طولانی را فراهم می‌کند.

استفاده از فولاد در ساخت ابزارآلات دستی مانند چکش، پانچ، پیچ گوشتی و... باعث مقاومت بالا و دوام بیشتر این ابزارآلات می‌شود. همچنین، فولاد به دلیل سختی و مقاومت در برابر خوردگی، برای تولید ابزارآلات ماشینی مانند دستگاه‌های فرز، تراش و CNC نیز بسیار مناسب است.

همچنین فولاد در تولید و ساخت تجهیزاتی مانند بست فلزی، بست کمربندی فلزی، بست شیلنگ، سرباطری، گریس خور، گریس پمپ، بست فلزی فشار قوی، آچار چرخ، بست شیلنگ فشار قوی، ابزار پنچری و ... کاربرد فراوانی دارد.

علاوه بر این، فولاد به عنوان یک ماده قابل پردازش و شکل‌دهی، امکان تولید ابزارآلات با طراحی‌های مختلف را فراهم می‌کند. این ویژگی به تولید ابزارآلات با انواع شکل‌ها و ابعاد مختلف کمک می‌کند و به تولید ابزارآلات سفارشی و بهینه برای نیازهای خاص صنایع مختلف کمک می‌کند.

در نتیجه، استفاده از فولاد در ساخت ابزارآلات به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، تاثیر بسیار زیادی در کیفیت و عمر مفید ابزارآلات دارد. همچنین، قابلیت پردازش و شکل‌دهی آسان فولاد، امکان تولید ابزارآلات با طراحی‌های مختلف را فراهم می‌کند که این امر به بهبود عملکرد و کارایی ابزارآلات کمک می‌کند.

به طور کلی، فولاد به عنوان یک ماده با ویژگی‌های منحصر به فرد، در ساخت ابزارآلات نقش بسیار مهم و حیاتی را دارد. استفاده از فولاد در تولید ابزارآلات باعث بهبود کارایی، دوام و عمر مفید این ابزارآلات می‌شود و به صنایع مختلف کمک شایانی میکند.

کارخانه های فولاد و ذوب آهن در ایران

امیدواریم این مقاله که زحمت زیادی برای تهیه ی آن کشیده شده برای شما مفید بوده باشد، با انتشار این پست و درج دیدگاه فروشگاه نازو تک را در هر چه بهتر شدن خدمات یاری رسانید./

شاید این مطالب هم براتون مفید باشه

شیلنگ چیست | تولید کننده انواع شیلنگ | نحوه تولید و ساخت شیلنگ

چهارشنبه, 04 بهمن 1402 19:48

نازو تک

بررسی سیستم حرکت و انتقال قدرت خودرو ( قسمت 2 )

جمعه, 01 تیر 1403 01:01

نازو تک

آهن | آهن چیست | سیر تحول و صفر تا صد آهن ( قسمت 2 )

دوشنبه, 25 تیر 1403 18:29

نازو تک

رادیاتور ماشین چیست و چه کاربردی دارد | مراحل تولید رادیاتور خودرو

یکشنبه, 20 اسفند 1402 16:20

نازو تک

بست‌ لوله | pipe clamp

شنبه, 25 ارديبهشت 1400 03:13

نازو تک

بررسی تخصصی سیستم ایمنی خودروهای سواری

چهارشنبه, 11 بهمن 1402 17:46

نازو تک

دیدگاه (0)

0 از 5 براساس 0 رای

هنوز دیدگاهی ارسال نشده است

دیدگاه خود را بیان کنید

1. بهتر است نام و دیدگاه خود را فارسی تایپ کنید ( برای انتشار سریع دیدگاه یا افزودن فایل پیوست، باید وارد حساب کاربری خود شوید ) عضویت یا ورود به حساب کاربری.

نام کاربری

گذرواژه

ورود به حساب کاربری →

نام (ضروری)

ایمیل

وب سایت

زمینه

امتیاز به این پست | مطلب :

ریست رتبه

پیوست (0 / 3)

انتشار موقعیت

کد تصویری را وارد کنید

لغو ارسال دیدگاه