آشنایی با فولاد
فولاد فلزی از آهن تشکیل شده است که ۰٫۰۰۲ تا دو درصد کربن دارد. این میزان متغیر کربن در فولاد باعث می‌شود استحکام محصول نهایی متفاوت باشد؛ یعنی هرچه میزان کربن فولاد بیشتر باشد استحکام آن نیز بالا می‌رود.
با افزایش میزان استحکام فولاد، قابلیت جوش‌پذیری آن کاهش می‌یابد. همین ویژگی‌‌ها باعث کاربرد متفاوت فولاد در موارد مختلف و متنوع می‌شود.
بنابراین فولاد، این فلز پرمصرف باید با میزان کربن مناسبی ساخته شود تا هم مقاومت مناسبی داشته باشد و هم انعطاف‌پذیری و جوش‌پذیری بهتری از خود نشان دهد.
آشنایی با سنگ آهن
سنگ آهن یکی از منابع طبیعی مهم و پرکاربرد است. در گذشته از سنگ آهن به صورت خام استفاده می‌شد؛ اما امروزه این مادۀ با ارزش تحت عنوان آهن، فولاد، چدن و… مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در واقع آهن، فولاد و چدن از مشتقات سنگ آهن به حساب می‌آیند. قدمت آهن به سالیان سال پیش یعنی حدود ۱۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح باز می‌گردد. برخی آثار به جای مانده از آن زمان در ارمنستان کنونی به خوبی این موضوع را تأیید می‌کند.
آهن پرمصرف‌ترین فلز دنیا است و اصلی‌ترین دلیل هم قیمت مناسب و استحکام بسیار بالای آن است. به‌طوری که تقریباً تمام سازه‌‌های دنیا با استفاده از آهن آلات و انواع مقاطع فولادی ساخته شده از مشتقات آهن ساخته شده‌اند.
میزان مقاومت و کیفیت آهن به درجۀ خلوص آن بستگی دارد. در ترکیبات سنگ آهن ناخالصی‌‌هایی وجود دارد که باید از آن جدا شود. مهم است که محصول نهایی چقدر خالص باشد و چگونه و توسط کدام فرایند به درصد خلوص لازم برسد.
در واقع زمانی که ناخالصی‌‌ها از سنگ آهن جدا می‌شوند و افزودنی‌هایی به آن اضافه می‌شود، آلیاژهای مختلفی از این ماده به‌وجود می‌آید. آلیاژها ترکیبی از فلز با ماده‌ای دیگر هستند که ممکن است آن فلز آهنی یا غیرآهنی باشد.
به‌عنوان مثال هنگامی که آهن را ذوب می‌کنند در این مرحله با حذفِ گوگرد و فسفر، محصول نهایی به چدن تبدیل می‌شود یا فولاد آلیاژی متشکل از آهن و کربن است. در حالی که فلز آهن تنها از سنگ آهن تولید می‌شود.
می‌توان نتیجه گرفت یکی از موارد تفاوت آهن و فولاد، وجود کربن در عناصر تشکیل دهندۀ آن است. چدن نیز نوعی آلیاژ آهنی بوده که میزان کربن آن ۲٫۱۱ الی ۴٫۵ درصد است.
تفاوت آهن و فولاد
اصلی‌ترین تفاوت فولاد و آهن از نظر ساختار ماده در میزان کربن آنها است. میزان کربن در آهن خام بسیار کمتر بوده، در حالی که میزان کربن فولاد نسبت به آن بیشتر است.
ماکسیمم میزان کربن در فولاد می‌تواند ۲ درصد وزن آن باشد. اضافه کردن سایر عناصر در حین تولید فولاد، ویژگی‌‌های محصول نهایی را تغییر می‌دهد. مثلاً با اضافه‌کردن کروم به فولاد می‌توان خاصیت ضد زنگ بودن آن را بهبود بخشید و یا نیکل استحکام فولاد را بیشتر می‌کند.
در این بخش می‌خواهیم اصلی‌ترین تفاوتهای بین آهن و فولاد را بررسی کنیم.
ضد زنگ بودن
آهن و فولاد از نظر ساختار ویژگی‌‌های متفاوتی دارند. اولین تفاوت آهن و فولاد را می‌توان در قابلیت ضد خوردگی آنها دانست. فولاد (با اضافه کردن مواد افزودنی مناسب) خاصیت ضد خوردگی دارد در صورتی که آهن در برابر اکسیژن و آب از خود واکنش نشان می‌دهد به این معنا که اکسید می‌شود و به آن اکسید آهن می‌گویند.
استحکام
دیگر تفاوت آهن و فولاد میزان استحکام آنها است. استحکام فولاد نسبت به آهن بسیار بالاتر است. این استحکام در درجۀ اول به دلیل میزان کربن بیشتر آن است و بعد از آن اضافه کردن سایر عناصر مانند نیکل که در افزایش استحکام نقش پر رنگی دارد.
استفاده فولاد در صنایع مختلف بر اساس مقاومت آن است. میزان کربن به سه گروه فولادِ با کربن کم، فولاد با کربن متوسط و فولاد با کربن بالا تقسیم می‌شود.
همچنین وجود سیلیسیم در فولاد از دیگر تفاوتهای آهن و فولاد است. فولاد با داشتن سیلیسیم مقاومت کششی اش افزایش می‌یابد. در حالی که آهن به اندازه فولاد این قابلیت را ندارد.
البته اضافه کردن عناصری مانند منگنز و کروم نیز در افزایش این ویژگی بسیار موثر هستند. این دو ویژگی فولاد را تبدیل به بهترین ماده برای ساخت‌‌و‌ساز می‌کند.
شکل پذیری
فولاد قابلیت شکل پذیری بالایی دارد و بعد از تثبیت نیز استحکام بسیاری بالایی پیدا می‌کند؛ در صورتی که شکل پذیری آهن به اندازه فولاد نیست. تفاوت آهن و فولاد در قابلیت چکش‌خوری این دو نیز هست.
فولاد به دلیل داشتن کربن بالا (نسبت به آهن) چکش‌پذیری کمتری دارد و سخت‌تر است. هرچقدر میزان کربن در فولاد کاهش پیدا کند، نرم‌تر شده و چکش پذیر‌‌‌تر می‌شود؛ اما به همان اندازه استحکامش را از دست می‌دهد و دیگر برای ساخت سازه‌‌های مستحکم مناسب نیست.
دمای ذوب
هرچقدر میزان کربن فولاد بیشتر شود به همان نسبت نیز دمای ذوبش کاهش می‌یابد و ترد می‌شود. آهن به دلیل نداشتن کربن بر خلاف فولاد دمای ذوب بالاتری دارد و به آن اندازه ترد نیست.
جوش پذیری
فولاد کم کربن نسبت به دو گروه دیگر استحکام کمتری دارد؛ اما به دلیل قابلیت بالایش در جوشکاری یکی از بهترین گزینه‌‌ها برای صنایع خودروسازی است.
فولاد با کربن متوسط مقاومت کمتری در برابر حرارت دارد؛ اما استحکام آن بیشتر شده است بنابراین از این فولاد بیشتر برای ساخت چرخ دنده، ریل و سازه‌‌هایی این چنین استفاده می‌شود.
در نهایت فولاد با کربن بالا بیشترین استحکام را دارد و در ساخت اره، فنرها و تیغه‌‌ها استفاده می‌شود. این نوع فولاد برای جوشکاری و لحیم‌کاری انتخاب مناسبی نیست.
فولاد چه مزیتی بر آهن دارد؟
آهن خالص هیچ کاربردی در هیچ یک از صنایع ندارد و باید با افزودنی‌هایی که به ترکیب آن اضافه می‌شود به ماده قابل استفاده تبدیل گردد.
فولاد از جمله مشتقات آهن، چند مزیت مهم و کاربردی نسبت به آهن دارد که یکی از آنها به محتوای کربنی ربط دارد.
فولاد به دلیل داشتن کربن در محتوای ترکیبات خود مقاومت بسیار زیادی در مقایسه با آهن دارد. همچنین انعطاف پذیری، برشکاری و جوشکاری آن نسبت به آهن بیشتر می‌باشد.
در این دانشنامه تفاوت بین آهن و فولاد از لحاظ ساختار سلولی و فیزیکی بررسی شد، امیدواریم با خواندن آن به سوالات خود پاسخ مناسبی بیابید؛ البته می‌توانید هر سؤال یا پیشنهادی داشتید از بخش «ارسال دیدگاه» با ما به اشتراک بگذارید.
نظری یافت نشد.