ویژگی‌های فولاد و به ویژه فولاد نرم

فولاد توسط ترکیب آهن و کربن در نسبت‌های خاص تولید می‌شود که در آن درصد کربن ممکن است در محدوده 2/0 درصد تا 14/2 درصد وزن کل باشد. به غیر از کربن، آلیاژ مواد مورد استفاده در ساخت فولاد شامل کروم، منیزیم، وانادیوم و تنگستن می‌باشد. از میان این مواد، کربن مقرون به صرفه‌ترین عنصر می‌باشد. و استفاده از عناصر دیگر در ساخت فولاد به تغییر خواص مکانیکی فولاد کمک می‌کند.
 
در فولاد ساخته شده از آهن ورزیده و آهن ریخته‌گری تنها در درصد محتوای کربن با هم تفاوت دارند. فولاد حاوی آهن بیشتری نسبت به آهن ورزیده و آهن کمتری نسبت به آهن ریخته‌ای است. دلیل این امر این است که فولاد فضایی بین این دو عنصر را اشغال می‌کند. با این‌حال، خواص فولاد، آهن ورزیده و آهن ریخته‌ای بسیار متفاوت می‌باشد.
 

خواص فیزیکی فولاد

خواص فیزیکی یک آلیاژ وابسته به درصد ترکیب عناصر تشکیل دهنده و فرایند تولید می‌باشد. خواص فولاد به طور کلی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده آن یعنی آهن و کربن می‌باشد. یکی از مهم‌ترین خواص فولاد، توانایی آن جهت خنک شدن سریع از دماهای بسیار گرم بعد از قرار گرفتن در معرض آب یا روغن می‌باشد. یک مقدار ذره‌ای کربن می‌تواند در یک دمای خاص در آهن حل گردد.
 
خواص فیزیکی فولاد شامل استحکام بالا، وزن پایین، دوام بالا، انعطاف پذیری و مقاومت به خوردگی می‌باشد. همان طور که همه ما می‌دانیم، فولاد اگر چه دارای وزن سبکی است، اما استحکام بالایی را دارا می‌باشد. در واقع، نسبت استحکام به وزن برای فولاد پایین‌تر از هر ماده‌ی ساخته شده‌ی موجود می‌باشد. فولاد انعطاف پذیری بالایی دارد، یعنی به راحتی می‌توان آن را به هر شکل دلخواهی درآورد.
 
برخلاف آهن، فولاد در معرض رطوبت و آب به راحتی خورده نمی‌شود. ثبات ابعادی فولاد به عنوان یک ویژگی مطلوب در نظر گرفته می‌شود. پی برده شده است که ابعاد فولاد حتی بعد از سال‌ها و یا بعد از مواجهه با شرایط نامطلوب محیطی بدون تغییر باقی می‌ماند. فولاد یک رسانای خوب الکتریکی است، یعنی برق می‌تواند از طریق فولاد عبور کند.
 
درجات فولاد توسط بسیاری از سازمان‌های استاندارد بر اساس ترکیب و خواص فیزیکی فلز طبقه بندی می‌گردد. فاکتور تعیین کننده برای درجه فولاد، اساساً ترکیب شیمیایی و شرایط اعمال شده می‌باشد. محتوای بالاتر کربن باعث ایجاد فولادی سخت‌تر و قوی‌تر می‌گردد. در مقابل، یک فولاد باکیفیت حاوی کربن کمتری است و قابلیت شکل‌پذیری بیشتری دارد.
 
اشکال اولیه فولاد در مقایسه با فولاد امروزی از کربن بیشتری تشکیل شده است. امروزه، فرایند تولید فولاد به گونه‌ای است که به منظور حفظ خواص فیزیکی مطلوب، کربن کمتری اضافه می‌شود و بلافاصله بعد از تولید خنک می‌گردد. خنک کردن سریع فولاد ساختار دانه‌ای آن را نیز تغییر می‌دهد.
 
انواع دیگری از فولاد مانند فولاد گالوانیزه و فولاد ضد زنگ یا فولاد مقاوم به خوردگی نیز وجود دارد. فولاد گالوانیزه به منظور محافظت از خوردگی با فلز روی پوشش داده می‌شود، در حالی‌که فولاد ضد زنگ دارای حدود 10 درصد کروم در ترکیب خود می‌باشد.
 
مزیت اصلی فولاد، توانایی بازیافت مؤثر آن بدون تخریب و یا کاهش هر گونه خواص فیزیکی آن در فرایند بازیافت می‌باشد. فولاد در زندگی امروزی ما بسیار مهم است و در مواردی مانند ظروف آشپزخانه تا وسایل مورد استفاده در علوم مانند چاقوی جراحی کاربرد دارد. فولاد یکی از متنوع‌ترین و پایدارترین مواد ساختمانی می‌باشد. به واسطه مقرون به صرفه بودن و استحکام آن، در کارهای مهندسی و توسعه زیرساخت‌هایی مانند جاده‌ها، راه آهن‌ها، پل‌ها، ساختمان‌ها و ورزشگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در واقع، پیشرفت‌های فناوری و اقتصادی باعث رشد و توسعه صنایع فولاد و ارتفاء بیشتر رشد صنایع می‌گردد.
 

فولاد نرم

فولاد نرم در ساخت 85 درصد از همه‌ی محصولات فولاد در آمریکا مورد استفاده قرار می‌گیرد. تقاضای رو به رشد بازار باعث شده تا ارزان‌ترین فرم فولاد موجود در بازار باشد. با چنین استفاده‌ی گسترده‌ای، آگاهی از خواص این نوع فولاد برای هر فردی که در صنعت تولید فولاد مشغول به کار است و یا دانشجوی متالوژی است ضروری می‌باشد. مهم‌ترین ویژگی‌های فولاد نرم در زیر ارائه شده است.
 
ای آلیاژ، مخلوطی از فلزات و نافلزات است که به منظور دارا بودن خواص ویژه‌ای طراحی شده است. این نوآوری‌های متالوژیکی کمبود فلزات خالص را با اضافه کردن عناصر دیگر جبران می‌کند.
 

فولاد نرم چیست؟

همان طور که گفتیم فولاد، آلیاژی از آهن است که از 2/0 تا 1/2 درصد کربن به عنوان عامل سفت کننده تشکیل شده است. علاوه بر کربن، بسیاری از فلزات دیگر نیز در فولاد وجود دارند. این فلزات شامل کروم، منیزیم، تنگستن و وانادیم می‌باشد. به غیر از حد حداکثر 2 درصد کربن در تولید فولاد کربنی، نسبت های 65/1 درصد منیزیم، 6/0 درصد مس و 6/0 درصد سیلیکون در فولاد ثابت است، در حالی‌که نسبت‌های کبالت، کروم، نیوبیم، مولیبدن، تیتانیوم، نیکل، تنگستن، وانادیم و زیرکونیوم در آلیاژ فولاد ثابت نمی‌باشد. نرم‌ترین نوع فولاد کربنی یا فولاد نرم معمولاً نوعی از فولاد است که دارای مقدار پایینی از کربن در حدود 05/0 تا 26/0 درصد می‌باشد.
 

عناصر افزودنی در آلیاژ چه نقشی ایفاء می‌کنند؟

همه‌ی عناصر موجود در فولاد همراه با کربن به عنوان عوامل سفت کننده عمل می‌کنند. به همین دلیل، آن‌ها از وقوع جابجایی در کریستال‌های آهن جلوگیری کرده و لغزش لایه‌های شبکه بر روی همدیگر را نیز متوقف می‌کنند. به همین دلیل فولاد سخت‌تر از آهن است. فولاد در معرض رطوبت و آب به راحتی خورده نمی‌شود. تغییر مقادیر این عوامل سفت کننده باعث ایجاد درجات متفاوت فولاد می‌گردد. قابلیت چکش خواری، سفتی و استحکام کششی فولاد نرم تابعی از مقدار کربن و دیگر عوامل سفت کننده موجود در آلیاژ می‌باشد.
 

خواص و مصارف فولاد نرم

مجموعه‌ای از خواص فولاد نرم و کاربرد آن‌ها در زمینه‌های مختلف فناوری در این‌جا ارائه شده است.
 
درجه متوسط صنعتی چگالی فولاد نرم 093/7861 کیلوگرم بر متر مکعب می‌باشد. اندازه‌ی سفتی این نوع فولاد حدود 210000 مگاپاسکال است.
مقدار متوسط کربن این فولاد متفاوت از انواع دیگر فولاد می‌باشد.
اتم‌های کربن در مکان‌های بینابینی شبکه آهن قرار دارند که این امر باعث قوی‌تر شدن و سخت‌تر شدن آن‌ها می‌گردد. با این‌حال، سختی این فولاد می‌تواند میزان شکل‌پذیری آن را کاهش دهد.
در مقایسه با انواع دیگر فولادها، این نوع فولاد برای اهداف جوشکاری مناسب می‌باشد چون جریان الکتریکی را به طور مؤثری بدون خم شدن سطح فلز از خود عبور می‌دهد.
فولاد نرم دارای خواص فرومغناطیسی می‌باشد که به همین دلیل برای تولید ابزارها و موتورهای الکتریکی مناسب می‌باشد.
برخلاف دیگر انواع فولاد کربنی که تمایل به شکنندگی دارند، فولاد نرم فلزی سفت است، با این‌حال قابلیت چکش خواری داشته و گزینه‌ی مناسبی برای ساخت خطوط لوله، مصالح ساختمانی و بسیاری دیگر از محصولاتی که روزانه مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند ظروف آشپزخانه، می‌باشد.
 
فولاد نرم به دلیل انعطاف پذیری ذاتی آن به آسانی به اشکال مختلف در آید. این فولاد با گرم کردن آن در اتمسفر قوى از گازهاى هیدروکربن، سخت شده و ماده‌ای ایده آل را برای تولید طیفی از محصولات مصرفی ارائه می‌دهد.
 
مقدار بالای کربن به کار رفته در این نوع فولاد، آن را به زنگ زدگی حساس می‌سازد. به طور طبیعی، مردم فولاد ضدزنگ را نسبت به فولاد نرم هنگامی‌که خواهان انجام فناوری‌های عاری از زنگ هستند، ترجیح می‌دهند. این نوع فولاد در ساخت فولاد ساختاری و همچنین در صنعت تولید ماشین استفاده می‌شود‌.
 
به این ترتیب، برخی ویژگی‌ها و مصارف فولاد نرم در این‌جا ارائه شد. این نوع فولاد ارزان‌ترین و متنوع‌ترین فرم فولاد بوده و در هر برنامه کاربردی در صنعت نیاز به مقداری از این آلیاژ می‌باشد.
 
منبع: Ningthoujam Sandhyarani - ScienceStruck