به طور کلی فولاد از آهن و کربن ساخته می‌شود. اما مقدار این کربن و دیگر ناخالصی‌های فلزی و غیر فلزی موجود در تولید فولاد نقش بسیار مهمی در درجه‌ی آن فولاد دارد و هر کدام از این تغییرات می‌تواند ویژگی‌های فولادی را به طور کلی تغییر دهد.
کربن و تولید فولاد
محتوای کربنی فولاد می‌تواند از 0/1 تا 1/5 درصد تغییر کند. اما بیشترین محدوده‌ی استفاده از کربن رقمی بین 0/1 تا 0/25 درصد است. فلزاتی مثل منگنز، فسفرها و سولفورها هم در تولید فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرند. منگنز بیشتر برای انعطاف فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد اما از فسفرها و سولفورها برای افزایش استحکام استفاده می‌کنند.
انواع مختلف فولاد
این انواع مختلف فولاد بر اساس نوع کاربرد و درجه طبقه بندی شده اند. به طور کلی می‌توان فولاد را به چهار نوع زیر دسته بندی کرد:
- فولادهای کربنی
- فولادهای آلیاژی
- فولادهای ضد زنگ
- فولادهای ابزاری
این فولادها هر کدام مصارف مخصوص به خود و ویژگی‌های مخصوص به خود را دارند. هر کدام از این دسته خود به زیر دسته‌های بسیار متنوعی تقسیم می‌شود. به عنوان مثال در مورد فولاد آلیاژی، فرمول آلیاژ باعث تنوع محصولی در این شاخه می‌شود. همچنین بسته به کاربرد فولاد ضد زنگ، میزان ضد زنگ بودن آن و فرمول تولید آن می‌تواند به کلی تغییر کند و بیش از 6 نوع اصلی از آن وجود دارد.
فولاد کربنی
بیش از 90 درصد فولاد تولیدی در دنیا از نوع فولاد کربنی است. این فولاد از یک فرمول آلیاژی و کربن به وجود می‌آید. این فولاد خود به سه دسته قابل تقسیم است:
- فولاد کربنی کم کربن (کربن کمتر از 0/3 درصد)
- فولاد کربنی متوسط (با کربن 0/3 تا 0/6 درصد)
- فولاد کربنی با کربن زیاد (کربن بیش از 0/6 درصد)
فولاد آلیاژی
در تولید فولاد آلیاژی از فلزاتی مثل منگنز، سیلیکن، نیکل، تیتانیوم، مس، کروم و آلومینیوم استفاده می‌شود. فرمول‌های مختلف آلیاژی باعث ایجاد انواع مختلف با ویژگی‌های متنوعی از این فولاد می‌شود. استحکام، انعطاف، چکش خواری، مفتول پذیری، شکنندگی، شکل پذیری و... از جمله ویژگی‌هایی است که با این آلیاژ‌ها قابل تنظیم است.
فولاد ضد زنگ
این فولاد یکی از مهمترین و گران‌قیمت ترین انواع فولاد است و مقاومت آن در برابر محیطهای مرطوب آن را به یکی از محبوب ترین انواع فولاد در ساختمان سازی تبدیل کرده است. در این فولاد به طور کلی 10 تا 20 درصد از عنصر کروم استفاده می‌شود. آلیاژی که از آن برای تولید فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود، قدرت خمش بسیار زیادی به آن می‌دهد. تنها با اضافه کردن 11 درصد کروم به آلیاژ این فولاد، قدرت انعطاف آن 200 برابر می‌شود. برای فولاد ضد زنگ انواع بسیار زیادی تعریف کرده اند که در این مقاله می‌توانید به طور مفصل با آنها آشنا شوید. از نظر ساختار فلزی فولاد ضد زنگ به انواع زیر تقسیم می‌شود:
- آستنتیک
- فریتیک
- مارتنسیک
فولاد ابزاری
فولاد های ابزاری در ساختاری خود مقداری عنصر تنگستن دارند. همچنین برای تغییر ویژگی‌های آنها، از فلزات دیگر مثل وانادیوم و کبالت هم استفاده می‌شود. اضافه کردن این عناصر تأثیر چشمگیری بر مقاومت آنها در برابر حرارت دارد و این فولاد را برای ساخت ابزارهای برش و دریل بسیار مناسب می‌کند.
انواع محصولات فولادی
فولاد و محصولات آن بسیار متنوع هستند. از فولاد در هر چیز کوچک و بزرگی استفاده می‌شود. از بزرگترین ساختمان‌ها تا کوچکترین قطعات گوشی‌های همراه، همگی برای تولید وابسته به فولاد هستند، چه مستقیم و چه غیر مستقیم. اما تقسیم بندی محصولات اولیه‌ی تولید شده با فولاد می‌تواند به موارد زیر محدود شود:
محصولاتی با ساختار طویل و لوله مانند
این دسته شامل انواع لوله‌های فولادی، میلگردها، ریل، مفتول، نبشی، ناودانی و... می‌شود. معمولاً از این دسته در ساختمان سازی و کمی در ماشین سازی استفاده می‌شود.
محصولات تخت
این دسته شامل محصولاتی مثل انواع ورق، صفحه و رول‌های فولادی می‌شود. از این محصولات هم اتومبیل سازی، پل سازی، بسته بندی و کنسرو سازی و... استفاده می‌کنند.
دیگر انواع
غیر از دو دسته‌ی اول که انواع اساسی محصولات خام فولادی هستند، اشکال دیگری هم وجود دارد که از میان می‌توان به والف‌ها، انواع چفت و بست، پیچ و مهره و... اشاره کرد.
فولادهای نوین
صنعت فولاد به دلیل رونق بسیار زیاد و اهمیت بی نظیرش در زندگی، همیشه به دنبال روش‌های تازه و جدید برای تولید بهتر و ایجاد محصولات بهتر بوده است. یکی از مهمترین دغدغه‌های تولیدکنندگان فولاد، ایجاد استحکام و انعطاف به طور همزمان در فولاد است و از طرف دیگر کاهش دادن وزن فولاد هم بسیار اهمیت دارد.
آلیاژ آلومینیوم و فولاد
این آلیاژ چندان هم جدید نیست اما به تازگی چند محقق کره‌ای موفق به تولید نوعی فولاد با استفاده از این آلیاژ شده اند که ویژگی‌های منحصر به فردی دارد. این تیم که عضو دانشگاه پوهانگ در کره‌ی جنوبی هستند ادعا کرده‌اند که فولادی تولید کرده‌اند که بسیار سبک است، منطعف است و همزمان استحکام بسیار بالایی هم دارد. آنها گفته‌اند که آلیاژ آنها حتی از آلیاژهای تیتانیوم که بسیار گران قیمت هستند هم محکمتر است. قیمت تمام شده‌ی تولید این فولاد تنها یک دهم تولید فولاد با آلیاژ تیتانیوم است. چنین محصولی می‌تواند انقلابی دیگر در تولید فولاد باشد.
خم می‌شود اما نمی‌شکند
کلید تولید چنین فولادی توسط محققان کره‌ای در حل یک مشکل نهفته بود. این مشکل دهه‌ها بود که ذهن مهندسان و دانشمندان مشغول کرده بود. در دهه‌ی 1970 میلادی دانشمندان شوروی سابق کشف کرده بودند که آلیاژ آلومینیوم می‌تواند فلزی بسیار سبک و محکم تولید کند. اما این فلز بسیار شکننده بود. شما برای خم کردن باید نیروی بسیار زیادی صرف می‌کردید اما به محض گذشتن از آستانه‌ی تحمل، آن فولاد به راحتی می‌شکست و خم نمی‌شد. این تیم کره‌ای توانسته روش جدیدی ایجاد کنند که در آن اتم‌های آلومینیوم به صورت عادی به اتم‌های آهن در پیوند قرار نگیرند. همین دستکاری در نوع پیوندهای شیمیایی بین اتم‌ها باعث شده که این مشکل حل شده و انعطاف نیز به استحکام افزوده شود تا دیگر نیازی به آلیاژهای تیتانیوم نباشد.
با انتشار این مقاله، تولیدکنندگان بزرگ فولاد در دنیا به شکلی فعالانه به دنبال سرمایه گذاری برای این نوع فولاد هستند. امروزه از سیلیکن و منگنز برای لایه نشانی و محافظت از فولادهای عادی استفاده می‌شود. برای این فولاد هم باید به دنبال یک راه حفاظتی باشند. اما با همه‌ی اینها قیمت تمام شده‌ی آن تنها 10 درصد قیمت تولید فولاد با آلیاژ تیتانیوم است در حالی که چگالی آن 13 درصد کمتر است.
به نقل از popularmechanics.com