مقدمه ای بر تولید و خواص آلیاژهای فولادی

بر اساس گزارش انجمن جهانی فولاد ، ۱۸۶۹.۹ میلیون تن فولاد در سال ۲۰۱۹ تولید شد. این نشان دهنده افزایش ۳.۴ درصدی تولید نسبت به سال ۲۰۱۸ و بیش از دو برابر تولید در سال ۱۹۹۹ است. جهان نیاز روزافزون به فولاد دارد. در ساخت و ساز، صنعت و تولید استفاده می شود. از آنجایی که هم قوی و هم ارزان است، برای تمام انواع تولید ایده آل است.

فولاد از چه چیزی ساخته شده است؟

آهن، عنصر اصلی فولاد، یکی از فراوان ترین عناصر در پوسته زمین است. تمام آلیاژهای فولاد عمدتاً آهن و ۰.۰۰۲-۲.۱ درصد کربن وزنی هستند. در این محدوده، کربن با آهن پیوند می زند تا یک ساختار مولکولی قوی ایجاد کند. ریزساختار شبکه حاصل به دستیابی به خواص خاصی از مواد مانند استحکام کششی و سختی کمک می کند که ما در فولاد به آن تکیه می کنیم.

اگرچه تمام فولادها از آهن و کربن ساخته شده اند، اما انواع مختلف فولاد حاوی درصدهای متفاوتی از هر عنصر است. فولاد همچنین می تواند شامل عناصر دیگری مانند نیکل، مولیبدن، منگنز، تیتانیوم، بور، کبالت یا وانادیم باشد. افزودن عناصر مختلف به “دستور العمل” یک آلیاژ فولادی بر خواص مواد آن تأثیر می گذارد. روش ساخت و تصفیه فولاد این توانایی ها را بیشتر می کند
یک گروه قابل توجه از آلیاژهای فولاد حاوی کروم است. همه این آلیاژها معمولاً به عنوان فولاد ضد زنگ شناخته می شوند.

نحوه ساخت فولاد

در ابتدایی ترین حالت، فولاد با مخلوط کردن کربن و آهن در دمای بسیار بالا (بالاتر از ۲۶۰۰ درجه فارنهایت) ساخته می شود
فولادسازی اولیه از محصولی به نام «آهن» فولاد ایجاد می‌کند. آهن خام، آهن ذوب شده از سنگ معدن است که حاوی کربن بیشتری نسبت به فولاد است
فولادساز از سیستمی استفاده می کند که اکسیژن را از طریق ذوب آهن خام حباب می کند. این فرآیند اکسیداسیون مساوی را در سراسر فلز مذاب ایجاد می کند. اکسیداسیون کربن اضافی را حذف می کند. همچنین ناخالصی های ساخته شده از عناصری مانند سیلیکون، فسفر و منگنز را تبخیر یا متصل می کند
فولادسازی ثانویه “در مخزن” انجام می شود. این فرآیند پالایش و آلیاژسازی فولاد است. فولادسازی ثانویه می تواند با ذوب ضایعات شروع شود یا یک فرآیند اولیه را ادامه دهد. برای بدست آوردن یک آلیاژ خاص می توان عناصر را اضافه کرد. فولادکار همچنین می تواند ناخالصی های سطحی را حذف کند (سرباره زدایی). مخزن تا دمای مورد نیاز برای فرآیندهای شیمیایی لازم گرم و سرد می شود.

فولاد پایانی

در یک ریخته گری، فولاد ماسه که به شکل های طرح دار ریخته می شود. در یک کارخانه فولاد، فولاد توسط یک ریخته گری پیوسته به مواد خام ساختمانی ریخته می شود. کاستورهای پیوسته به جای قطعات تقریباً ساخته شده، اشکال فولاد خام استاندارد شده را ایجاد می کنند. فولاد خام ماشینکاری یا به محصولات نهایی تبدیل می شود. کارخانه های فولادسازی معمولاً ورق، شمش، میله، بلوم، لوله، شمش و مفتول ریخته می شوند و تشکیل می دهند.
یک آسیاب همچنین ممکن است فولاد نورد گرم یا سرد را در طول تولید انجام دهد. این فرآیندها شکل ها و پرداخت های متفاوتی را ایجاد می کنند. قبل از حمل و نقل، فولاد ممکن است برش داده شود، قرقره شود یا قبل از خروج از کارخانه بسته شود.
در ریخته گری یا آسیاب، فولاد ممکن است عملیات حرارتی شود . مراحل نهایی مانند خاموش کردن، تمپر کردن، نرمال کردن و بازپخت می‌تواند نحوه رفتار آلیاژ را در یک کاربرد شکل دهد.

اختراع فولاد

باستان شناسان قدیمی ترین فولاد را در محوطه ای به قدمت ۴۰۰۰ سال پیش در ترکیه پیدا کردند. فولادهای بوته مانند فولاد معروف ووتز هند جنوبی، به طور مداوم در اوایل قرن چهارم قبل از میلاد ساخته شدند. با این حال، تا اواسط دهه ۱۸۰۰، فولادسازی فوق العاده چالش برانگیز بود.
فولاد در حدود ۲۷۰۰ درجه فارنهایت ذوب می شود. حفظ این گرمای بالا برای کوره‌های باستانی که فولاد بوته‌ای را می‌سازند، یک چالش بود. علاوه بر این، ناخالصی ها در آلیاژهای فولادی، ساخته شده از عناصری مانند سیلیکون و منگنز، یافت می شوند. مدیریت اینها هنوز یک چالش است. در فولادسازی باستانی، آنها فرآیند طولانی و چند مرحله ای را انجام می دادند. بنیانگذاران یک روز طولانی را صرف گرم کردن، هم زدن، زدودن سرباره و گرم کردن مجدد آلیاژهای خود می کردند. پس از ریخته‌گری فولاد، سپس توسط آهنگرها کار شد. کوبیدن روی سندان شکل های نهایی را ایجاد کرد. همچنین به توزیع و کاهش واریانس کربن، منافذ، یا اجزاء کمک کرد.
در سال ۱۸۵۶، هنری بسمر یک حق اختراع برای فرآیند ایجاد فولاد به روشی جدید به دست آورد. استفاده از مبدل بسمر، به جای ظروف مذاب سنتی، به فولادساز اجازه می داد هوا را از طریق فلز مذاب حباب کند. در واکنش به هوا، ناخالصی ها اکسید می شوند و از گاز خارج می شوند. اکسیداسیون همچنین به ایجاد و حفظ گرمای زیاد لازم برای فولادسازی کمک کرد.
فرآیندی که یک بار در روز کامل در ریخته گری و زمان بیشتری در فورج با یک فرآیند ۲۰ دقیقه ای جایگزین می شد که می توانست ۵ تن فولاد ایجاد کند. فولاد بسمر نیز قوی تر و با کیفیت تر از آن چیزی بود که اکثر فولادسازان می توانستند به آن امیدوار باشند. این نوآوری از انقلاب صنعتی حمایت کرد.

آیا فولاد مغناطیسی است؟

بیشتر فولادها مغناطیسی هستند، اما نه همه آنها. فولاد بیشتر از آهن ساخته می شود و آهن مغناطیسی است. فرومغناطیس برای اولین بار در طبیعت در “لودستون” – سنگ های ساخته شده از مگنتیت، اکسید آهن، در طبیعت کشف شد. عناصر دیگر نیز فرومغناطیسی هستند، مانند کبالت و نیکل. این عناصر گاهی اوقات در فولاد نیز یافت می شوند.
فولادهای زنگ نزن به طور معروف غیر مغناطیسی هستند، اگرچه همه فولادهای ضد زنگ حاوی آهن و بسیاری از آنها حاوی نیکل هستند. حقیقتاً، فقط برخی از آلیاژهای ضد زنگ غیر مغناطیسی هستند. فولاد زنگ نزن آستنیتی – که حاوی نیکل است – در بیشتر موارد غیر مغناطیسی است (اگرچه هنگام کار می تواند بسیار خفیف مغناطیسی شود.) انواع دیگر، مانند آلیاژهای فریتی یا مارتنزیتی، ضد زنگ و مغناطیسی هستند.

خواص فولاد

فولاد به دلیل خواص مواد خاص آن همراه با هزینه نسبی کم آن بسیار رایج است. آلیاژهای فولاد در مقایسه با بسیاری دیگر از مصالح ساختمانی و ابزارسازی (مانند چوب، سنگ، بتن یا چدن) پیشنهاد می‌کنند.
سختی : مقاومت در برابر فرورفتگی هنگام فشار دادن با افزایش تدریجی فشار
چقرمگی : هنگامی که ماده تغییر شکل می‌دهد، چقرمگی نشان می‌دهد که تا چه حد قبل از شکستگی پیش می‌رود
قدرت تسلیم : مقاومت در برابر تغییر شکل در حالی که کشیده می شود با افزایش تدریجی فشار
استحکام کششی : توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر کشیده شدن قبل از شکستن
چکش خواری : توانایی شکل دادن با چکش یا فشار دادن بدون شکستن
شکل‌پذیری : توانایی شکل‌دهی بدون از دست دادن چقرمگی – کار کردن با فلز اغلب آن را شکننده‌تر می‌کند، اما مواد انعطاف‌پذیر در طول کار به این سرعت ترد نمی‌شوند
محدوده آزمایش شده این خواص بین آلیاژها متفاوت است، اما به طور کلی، فولاد نسبت به بسیاری از مواد دیگر هم سخت تر و هم سخت تر (کمتر شکننده تر) است

انواع فولاد

چهار گروه عمده از آلیاژهای فولادی وجود دارد: کربن، ابزار، آلیاژ و فولادهای ضد زنگ
فولاد کربنی – فولادهای ملایم، متوسط و با کربن بالا عمدتاً از نظر سختی و شکل پذیری متفاوت هستند. فولادهای ملایم یا کم کربن در مقایسه با سایر فولادها انعطاف پذیری بیشتری دارند، اما سختی کمتری نیز دارند. در سوی دیگر محدوده، فولادهای پر کربن سخت تر هستند. با این حال، فولاد با کربن بالا معمولا شکل پذیری کمتری دارد. جهت مشاوره و خرید انواع فولادها می توانید با کارشناسان مجموعه ورق فنری بهلر در تماس باشید.

فولاد ابزار – فولاد با کربن بالا با عناصر اضافه شده مانند تنگستن، وانادیوم یا مولیبدن، عملیات حرارتی شده و خاموش شده تا سختی بالاتر، برای فولادهای ابزار استفاده می شود. ورق فنری بهلر فروشنده انواع فولاد ابزار می باشد که می توانید برای مشاوره و خرید با ما در تماس باشید.
فولاد آلیاژی – این خانواده از فولادها عموماً به فولادهایی اطلاق می شود که با عناصر خاصی برای خواص فوق العاده مواد، خارج از آنهایی که معمولاً در سایر خانواده ها قرار می گیرند، مخلوط شده اند. همه فولادها آلیاژی هستند و بسیاری از آنها دارای عناصر اضافی هستند. با این حال، فولادهای آلیاژی، فولادهای غیر معمولی هستند که برای کاربرد خاصی ساخته می شوند و می توانند از فرمولاسیون ارزشی تا آلیاژهای عجیب و غریب مورد استفاده برای موتورهای جت متغیر باشند.
فولاد ضد زنگ : این فولادها با کروم آلیاژ می شوند تا از طریق غیرفعال شدن در برابر زنگ زدگی مقاوم شوند.
جهت مشاوره و خرید انواع فولادهای فنری، استیل فنری، استیل خام، فلزات رنگین می توانید با کارشناسان ورق فنری بهلر در تماس باشید.

تولید فولاد: داستان بازیافت

یکی از بهترین ویژگی های فولاد (و سایر فلزات) این است که ضایعات می توانند به فلزی کاملا جدید و با کیفیت تبدیل شوند. فرآیند فولادسازی ثانویه آلیاژهایی را به خوبی آلیاژهایی ایجاد می کند که از آهن خام به دست می آیند. اقلام فلزی ممکن است در اثر استفاده از بین بروند، اما شیمی عنصری فلز به این معنی است که ذوب شدن و آلیاژسازی یک محصول کاملاً جدید ایجاد می کند.
بنابراین رشد تولید فولاد نیازی به رشد مشابه در ذوب سنگ معدن جدید ندارد (اگرچه تولید آهن خام همچنان بخش مهمی از زنجیره تامین فولاد است.) بازیابی و فرآوری ضایعات فولاد به این معنی است که پانل خودرو دیروز می تواند I-beam فردا باشد
با ۹۸ درصد فولاد قابل بازیافت، این فلز یکی از قابل بازیافت ترین محصولات جهان است. با این حال، بدون چالش زیست محیطی نیست. کک، شکلی از زغال سنگ، معمولاً به عنوان ورودی کربن در فولادسازی استفاده می شود. علاوه بر این، انرژی بالای مورد نیاز برای ذوب یا ذوب و اکسیداسیون و سایر فرآیندهای تولید، باعث ایجاد مواد شیمیایی و دی اکسید کربن می شود. خوشبختانه تحقیقات زیادی در بخش فولادسازی برای کاهش مشکلات تولید در حال انجام است. برخی شامل بازیافت دی اکسید کربن به خود فولاد، به عنوان منبع کربن، کاهش نیاز به منابع دیگر مانند کک است.
با پالایش و پیاده‌سازی این فناوری‌ها، فولادسازی همچنان یکی از صنایع بزرگ آینده خواهد بود. اقتصاد ما را زیر بنایی، پیش می برد و می سازد.
در پایان باید گفت: ورق فنری بهلر باتوجه به تجربه، تخصص و دانش کافی در خصوص انواع فولادها با گریدهای مختلف می تواند در مشاوره و خرید انواع فولادها به شما کمک نماید.

از جمله فولادها و فلزات رنگین و آلیاژی

فولاد فنر خام ، فولاد فنر آبدار ، استیل فنر ، برنج ، مس ، فسفربرنز ، مس برلیوم ، زیرکنیوم ، تیتانیوم ، آلومینیوم و سایر فلزات
ورق فنری بهلر عملیات ریخته گری جهت تولید انواع فلزات آلیاژی را با بهترین کیفیت ممکن انجام می دهد.
انواع مقاطع موجود : ورق ، شیت ، رول ، میلگرد ، لوله ، تسمه ، مفتول ، چهار پهلو ، شش گوش ، قوطی
فقط کافیست جهت مشاوره و خرید با کارشناسان مجموعه ورق فنری بهلر در تماس باشید.