انواع فولاد و تفاوت آن‌ها

انواع فولاد و تفاوت آن‌ها

در این مقاله آیین صنعت تولیدکننده انواع انکر بولت و میلگرد صنعتی قصد دارد به شرح کامل انواع فولاد بپردازد. فولاد یکی از مهم‌ترین و اصلی‌ترین آلیاژهای آهن است که در صنعت ساخت‌وساز ساختمانی بیشترین کاربرد را دارد. با توجه به انواع فولاد و تفاوت آن‌ها در جهان سالانه میلیون‌ها تن از این ماده کاربردی در انواع مختلف با کاربری‌های گوناگون تولید می‌شوند و مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حالت کلی فولاد از ترکیب آهن و کربن ساخته می‌شود که دارای مقاومت بیشتری نسبت به آهن است. استفاده از آلیاژهای دیگر و ترکیب آن‌ها موجب تولید انواع دیگری از این ماده می‌شود که هر کدام با درجه سختی متفاوت و کاربری مختلف در صنایع به‌ کار برده می‌شوند.

فولادها از نظر دسته‌بندی به چهار گروه اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند که هر کدام دارای زیرشاخه‌هایی با اهداف متفاوت هستند.

انواع مختلف فولاد

فولاد یکی از پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی است که از آلیاژ آهن تهیه می‌شود. انواع مختلف آن بر اساس ترکیب عناصر مختلف با آهن مانند کربن، فرایند تولید (نورد سرد یا نورد گرم)، روش استفاده‌ شده برای پوشش دهی، عملیات حرارتی و … دسته‌بندی می‌شوند. اما چهار دسته اصلی و مهم این ماده طبق دسته‌بندی موسسه آهن و فولاد آمریکا معروف به AISI شامل فولاد کربن، فولاد آلیاژی، فولاد ضدزنگ و فولاد ابزار است که در ادامه بیشتر با آن‌ها آشنا خواهید شد.

1. فولاد کربن

یکی از انواع فولاد است که از ترکیب آلیاژ کربن با آهن به دست می‌آید. با توجه به فرایند تولید این ماده، در نهایت فولاد ساخته‌ شده با مقاومت بالا در برابر شکنندگی و تردی و دوام بالا به بازار عرضه می‌شود. هرچند میزان کربن ترکیب ‌شده حدود 2 درصد یا شاید کمتر است؛ اما به دلیل عدم وجود عناصر دیگر در ترکیبات موجب شده تا فولاد کربن، یکی از ویژه‌ترین مواد به ‌حساب آید. در این ‌بین بسته به مقدار کربن استفاده‌ شده، انواع دیگری از آن به دست می‌آید.

فولاد کم‌کربن

در رابطه با انواع فولاد و تفاوت آن‌ها باید گفت که در این نوع از فولاد کربن، مقدار عنصر کربن ترکیب ‌شده با آهن 0.25 درصد است. این مقدار رابطه مستقیمی با میزان جوش‌پذیری و ماشین‌کاری دارد. هر چه کربن استفاده ‌شده کمتر باشد، در مقابل مقدار جوش‌پذیری بیشتر شده و لحیم‌کاری و ماشین‌کاری به‌آسانی انجام می‌شود.

فولاد کم‌کربن توانسته است سهم به سزایی از بازار تولید فولاد و آهن را به خود اختصاص دهد. به ‌نحوی ‌که بیشترین کاربرد را در ساخت سازه‌های فلزی، تولید لوله، پیچ و مهره و هم‌چنین صنایع خودروسازی دارد. نحوه تولید فولاد کربن کم با استفاده از نورد سرد است که موجب تولید فولاد نرم شده و در این حالت فولاد به‌راحتی قابلیت فرم‌دهی خواهد داشت.

فولاد کربن متوسط

با توجه به انواع فولاد و تفاوت آن‌ها باید گفت که کربن به ‌کار رفته در این نوع مقداری بین 0.25 تا 0.65 درصد است. به دلیل استحکام و دوام متوسط و البته قابلیت کم اجرای عملیات حرارتی، این فولاد کربن بیشتر در تولید ریل آهن، چرخ‌دنده، پیچ‌های اتصال و میل‌لنگ خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فولاد کربن متوسط به دو دسته کربن متوسط نرم و متوسط نرمال تقسیم می‌شود که نوع نرم آن بیشتر در تولید انواع میلگرد، تیرآهن، ورق‌های آهنی، پروفیل ساختمانی و… کاربرد دارد. وجود کربن موجب افزایش استحکام کششی می‌شود که در کنار خاصیت نرم بودن توانسته است این نوع فولاد را جذاب‌تر نماید.

و اما فولاد کربن متوسط نرمال با همان مقدار کربن استفاده ‌شده و تفاوت در خواص مکانیکی با سایر انواع فولاد کربن تولید می‌شود. این نوع فولاد دارای سختی‌پذیری بهتری با افزایش عناصر دیگر مانند نیکل و کروم است. به دلیل درصد کربن بیشتر، خاصیت شکل‌پذیری، در فولاد کربن متوسط نرمال کاهش می‌یابد.

فولاد پرکربن

فولاد پرکربن به دلیل استفاده از درصد بالاتر کربن در ساختار آن به مقدار 0.6 الی 1.4 درصد، یکی از سخت‌ترین، مستحکم‌ترین و بادوام‌ترین نوع فولاد کربنی است. مقاومت بالا در برابر سایش و فرسودگی موجب شده تا بیشترین کاربرد را در تولید تیغه‌های برش داشته باشد. میزان کربن بالا همچنین باعث کاهش جوش‌پذیری و تغییر شکل آن می‌شود. فولاد پرکربن در تولید انواع فنرها، تیغه‌ها و اره نقش اساسی دارد.

2. فولاد آلیاژی

بر اساس انواع فولاد و تفاوت آن‌ها، فولاد آلیاژی از ترکیب عناصر آلیاژی دیگر به غیر از کربن مانند منگنز، سیلیکون، نیکل، مس، کروم و آلومینیوم با آهن تولید می‌شود. هر یک از این آلیاژها خواص منحصربه‌فردی را ایجاد می‌کنند که در فولادهای کربنی نمی‌توان پیدا کرد. به‌عنوان‌مثال سیلیکون استفاده ‌شده، خواص مغناطیسی را به وجود می‌آورد. آلومینیوم به دلیل وزن سبک و استحکام بالا بیشترین کاربرد را در ساختمان‌سازی دارد. آلیاژهایی مانند کبالت و تنگستن باعث افزایش مقاومت فولاد در برابر ضربه و توانایی برش آن‌ها می‌شوند. دارا بودن ویژگی‌هایی ازجمله مقرون‌به‌صرفه بودن، گستردگی تولید، سهولت در پردازش و خواص مکانیکی موجب شده تا فولادهای آلیاژی یکی از پرکاربردترین انواع در صنایع مختلف به‌حساب آیند.

فولادهای آلیاژی بر اساس نیاز مشتری و نحوه استفاده می‌تواند در انواع مختلف تولید و به صورت سفارشی در اختیار مصرف‌کننده قرار داده شوند. برخی از آلیاژهای کاربردی در تولید این نوع فولاد عبارت‌اند از:

• منگنز: مقاومت بالا در برابر ضربه که بیشترین کاربرد را در تولید گاوصندوق، صفحات ضد مته و کابینت‌های ضدگلوله دارد.
• آلومینیوم: مقاومت بالا در برابر حرارت و انعطاف‌پذیری مناسب که موجب سهولت در اجرای آن شده و در تولید ژنراتورهای برق استفاده می‌شود.
• مس: مقاوم در برابر خوردگی و هدایت گرما که در سیم‌کشی برق و تولید مبدل حرارتی کاربرد دارد.
• سیلیکون: قابلیت چکش‌خواری و ایجاد آهنربای دائمی قوی با توجه به خاصیت مغناطیسی که در ترانسفورماتورهای الکتریکی نقش موثری دارد.
• مولبیدن: قابلیت جوش‌پذیری بالا و مقاومت بالا در برابر خوردگی موجب شده تا بیشترین استفاده را در تولید خطوط لوله نفت و گاز و یا سازه‌های زیر آب داشته باشد.

3. فولاد ضدزنگ

همان‌طور که از نامش مشخص است، این نوع فولاد بر اساس تحلیل آیین صنعت از انواع فولاد و تفاوت آن‌ها دارای مقاومت بالایی در محیط‌های مرطوب است. کروم به‌عنوان اصلی‌ترین عنصر استفاده ‌شده در فولاد ضدزنگ به شمار می‌رود. مقدار این آلیاژ بین 10 تا 20 درصد است که موجب می‌شود تا فولاد ضدزنگ، سازگاری مناسبی در شرایط آب و هوایی مرطوب داشته و علاوه بر این در محیط‌هایی که با مواد اسیدی، بازی و یا خورنده سر و کار دارند نیز بیشترین استفاده را داشته باشد.

نیکل و مولبیدن دو عنصر دیگری هستند که در تولید فولاد ضدزنگ در کنار کروم به کار گرفته می‌شوند. کروم استفاده ‌شده موجب افزایش مقاومت حرارتی در درجه‌های بالا شده و خواص مکانیکی را نیز افزایش می‌دهد. به همین علت این نوع از فولادهای ضدزنگ به فولاد نسوز معروف هستند. معمولا برای تولید کوره‌های حرارتی و بویلرها از این نوع فولاد استفاده می‌کنند.

فولاد ضدزنگ با توجه به مقاومت بالا در برابر خوردگی دارای ارزش بسیاری در بازار فولاد است. از این رو در پنج دسته اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند که عبارت‌اند از:

• آستنیتی: یکی از گسترده‌ترین تولیدات فولاد ضدزنگ از نوع آلیاژ آستنیتی است. قابلیت بالای جوش‌پذیری این محصول موجب شده تا بیشترین کاربرد را در تولید وسایل آشپزخانه و تجهیزات پزشکی و همچنین سیستم‌های پردازش مواد غذایی داشته باشد. این نوع فولاد ضدزنگ مقدار بیشتری کروم و نیکل دارد که مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد.
• فریتی: این نوع آلیاژ به‌کاررفته در فولاد ضدزنگ، موجب افزایش انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری آن می‌شود. از طرفی، در برابر دماهای بالا از استحکام کمتری برخوردار است. مقدار کروم و نیکل به‌کاررفته بسیار کم است و به همین دلیل از ارزان‌ترین نوع فولاد ضدزنگ به‌ حساب می‌آید.
• مارتنزیتی: مارتنزیتی، خاصیت مغناطیسی را به فولاد ضدزنگ می‌بخشد. از طرفی قابلیت اجرایی کردن عملیات حرارتی بر روی آن‌ها زیاد است؛ چرا که در طول ساخت از فرایند خنک‌کاری سریع استفاده می‌شود. به‌ منظور دستیابی به خواص مفید و پیشگیری از ترک خوردن، نیاز است تا قبل از جوشکاری از عملیات حرارتی و پیش گرم کردن استفاده کنید. تولید ابزار پزشکی، لوازم غذاخوری و انبردست با این نوع فولاد ضدزنگ انجام می‌شود.
• دابلکس: این نوع دارای بیشترین مقاومت در برابر خوردگی است؛ به همین علت در کارخانه‌های شیمیایی و لوله‌کشی‌ها بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد از ترکیب عناصر آستنیتی و فریتی همراه با درصد بالایی از کروم تولید می‌شود که در نهایت از انعطاف‌پذیری و مقاومت خوبی در برابر خوردگی برخوردار است.

4. فولاد ابزار

فولاد ابزار یکی از انواع فولاد آلیاژ کربنی است که به‌منظور تولید ابزارآلات برش و حفاری توسط تجهیزات و دستگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرایند تولید این نوع با افزودن حرارت بالا شروع ‌شده و در ادامه با خنک شدن سریع و در نهایت با گرم کردن مجدد انجام می‌شود. این نوع فولاد از مقاومت بالایی در برابر حرارت برخوردار است. علاوه بر این به دلیل سختی زیاد در برابر ضربه و فرسایش مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد.

استفاده از عناصری مانند کروم، وانادیوم، نیکل، مولبیدن و تنگستن در ساخت فولاد ابزار، منجر به تولید انواع فولاد و تفاوت آن‌ها میشود. محصولاتی مانند قیچی، چکش، مته، اره، دستگاه‌های معدن‌کاری، قالب‌های پرس‌کاری، قالب‌های ریخته‌گری، قالب‌های برش، قالب‌های پلاستیک، سنبه و… در این دامنه تولید میشوند. فولاد ابزار بر اساس نحوه تولید به شش دسته اصلی تقسیم‌بندی می‌شود که عبارت‌اند از:

• سخت‌کاری شده در آب: مقرون‌به‌صرفه بودن و استفاده عنصر کربن با درصد بسیار بالا موجب شده تا بیشترین کاربرد را در تولید ابزارهای رایج داشته باشد.
• سخت‌کاری شده در روغن: مقاومت بالا در برابر ساییدگی و لغزش به دلیل درجه سختی زیاد باعث شده تا در تولید ابزارآلات صنعتی و هم‌چنین تولید قیچی و چاقو کاربرد گسترده داشته باشد.
• سخت شدن در هوا یا دسته D: استفاده از هوا به‌ منظور ایجاد مقاومت در برابر ساییدگی و سخت‌کاری در این نوع فولاد ابزار انجام می‌شود. از طرفی مقدار کروم موجود در این نوع فولاد بسیار بالا است.
• گرم کار: استفاده از این دسته فولاد ابزار به‌منظور حفظ دوام و سختی در شرایط با دمای بالا است که بیشترین کاربرد را در آهنگری و ریخته‌گری دارد.
• سرد کاری شده: ترکیبی از فولاد ابزارهای سخت شده در روغن، سخت شده در هوا و عناصر کربن و مقدار زیادی کروم است. این نوع از مقاومت بالا در برابر ساییدگی با میزان سختی متوسط است. در تولید قطعات بزرگ‌تر و یا قطعاتی که حداقل میزان تخریب در سخت شدن را دارند، استفاده می‌شود.
• مقاوم در برابر ضربه: در این نوع فولاد ابزار، مقاومت در برابر ضربه در دمای بالا و پایین از مشخصه‌های اصلی آن به شمار می‌رود. سیلیکون، مولبیدن و مقدار کم ‌کربن موجب ایجاد سختی این نوع فولاد می‌شود. ابزارهای پانچ و برنج از این فولاد تولید می‌شوند.

سخن پایانی

همان‌طور که گفته شد، بر اساس انواع فولاد و تفاوت آن‌ها، فولاد یکی از پرکاربردترین و مهم‌ترین مصالح استفاده ‌شده در صنایع مختلف به‌خصوص صنعت ساخت‌وساز ساختمانی است. فولاد به‌عنوان یک آلیاژ آهن از ترکیب فلز آهن با سایر آلیاژها در انواع مختلف، تولید می‌شود و در اختیار مصرف‌کنندگان قرار می‌گیرد. یکی از دسته‌بندی‌های فولاد بر اساس دسته‌بندی موسسه آمریکایی AISI است که از منظر آلیاژهای استفاده‌شده در فولاد و نحوه تولید آن‌ها انجام ‌شده است. در این مطلب در خصوص این نوع دسته بندی و ویژگی‌های هریک از آن‌ها توضیحاتی را ارائه دادیم که بسته به نوع کاربرد باید یکی از آن‌ها را انتخاب کنید.

برای خرید انواع میلگرد و انکر بولت با همکاران ما در آیین صنعت در ارتباط باشید.