معرفی فولادهای آلیاژی
فولادهای آلیاژی، نوعی فولاد هستند که از دیگر نوع فولاد های غیرآلیاژی، مانند فولادهای کربنی، با استفاده از فلزات آلیاژی مختلف ساخته می شوند. این فولادها دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی هستند که به آن ها امکان می دهد در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار گیرند.
یکی از مهمترین فلزات آلیاژی در ساخت فولاد، کروم است. فولادهای آلیاژی حاوی کروم در درجه اول برای مصارف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. فولادهای آلیاژی کرومی، در دو نوع آستنیتی و آستنیتی-فریتی ساخته می شوند و دارای خصوصیاتی نظیر مقاومت بیشتر در برابر خوردگی و حرارت هستند.
فولادهای آلیاژی مسی نیز از دیگر نوع فولادهای آلیاژی هستند که بسیاری از ویژگی هایی که در فولادهای آلیاژی کرومی بیان شد، در آن ها بیان می شوند. این نوع فولادها، برای ساخت قطعات پرقدرت استفاده می شوند.
فولادهای آلیاژی دیگری که در صنایع مختلف استفاده می شوند، فولادهای نیکلی هستند. فولادهای آلیاژی نیکلی به دلیل مقاومت بسیار بالای خود در برابر خوردگی، در صنایع دریایی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرند.
در نهایت، فولادهای آلیاژی مولیبدن نیز در صنایعی مانند ساخت قطعات خودرو، ابزارهای برشی و سرامیک های پرسلانی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین، این فولادها دارای مقاومت بیشتر در برابر خوردگی و حرارت هستند و در برخی شرایط کاری، قابلیت جایگزینی فولادهای کربنی را دارند.
فرایندهای تولید فولاد
تولید فولاد به عنوان یکی از پایههای صنعت سنگین، فرایند پیچیدهای دارد که شامل مراحل مختلفی میشود. این فرایند با انتخاب و جمعآوری مواد موثره آغاز میشود. برای تولید فولاد، عملیاتی به نام "کوکسازی" صورت میگیرد که در آن ذغال سنگ به صورتی خشک تبدیل میشود تا بتواند در فرایند بعدی استفاده شود.
سپس، مواد موثره به همراه ذغال سنگ به کوره ارسال میشوند. در این مرحله، کوره به درجه حرارت بالایی منتشر میشود تا مواد و ذغال سنگ به همراه هوا احتراق کنند و فعالیت درون کوره را آغاز کنند. پس از این که احتراق فراگیر شد، گرما در سطح فولاد ایجاد شده و ذوب آن را تسهیل میکند.
در مرحله بعدی، آهن ربا (آهن شامل کربن) به فولاد تبدیل میشود. این عملیات با اضافه کردن سنگ آهن و کربن به فولاد صورت میگیرد و پس از استفاده از فرآیندهای مختلف، فرایند تولید فولاد به پایان میرسد.
در این فرآیند، مراحل فراوانی وجود دارد که به صورت دقیق و با دقت بسیار بالا انجام میشود. تولید فولاد از سولفور، سرب، آرسنیک و مواد شیمیایی دیگری که ممکن است به عنوان آلاینده در مواد موثره وجود داشته باشند، نیز باید تضمین شود. به همین دلیل، فرآیند تولید فولاد به عنوان یک فرآیند حساس و پیچیده شناخته میشود که نیاز به تخصص و تجربه زیادی دارد.
کربن رسوبی در فولاد
کربن رسوبی یک پدیده گسترده در صنعت فولادسازی است که به دلیل رسوب شدن کربن از یک عنصر متفاوت بر روی سطح فولاد ایجاد می شود. این پدیده، می تواند تغییرات زیادی در خواص فیزیکی و مکانیکی فولاد ایجاد کند که عمدتاً بر روی مقاومت و سختی آن تأثیر می گذارد.
کربن رسوبی بیشتر به دلیل درجه حرارت بالای پردازش فولاد و فشار بالا ایجاد شده در آن به وجود می آید. این پدیده معمولا به صورت یک لایه روی سطح فولاد به دلیل تناوب دورانی و دوری کربن در جریان های هوا ناشی از عملیات پردازشی مانند گرم کردن، داغ کردن، ریختن و شکل دادن فولاد به وجود می آید.
خواص کربن رسوبی، به دلیل تغییرات آن در منطقه لحیم که به عنوان منطقه بسته تولید می شود، در طول فرآیند پردازشی قابل تشخیص می باشد. منطقه لحیم معمولاً محدود به یک محل خاص در فولاد می باشد. این منطقه لحیم می تواند موجب کاهش قدرت چسبندگی سطحی، ناهمواری و ریختگی شود که همه اینها منجر به کاهش کیفیت و قدرت محصول نهایی فولاد می شود. به همین دلیل، کاهش کربن رسوبی، می تواند باعث افزایش کیفیت قابل ملاحظه در فولاد شود.
با توجه به اهمیت کربن رسوبی در ایجاد خواص مکانیکی و فیزیکی فولاد، کاهش آن در فرآیند پردازش فولاد به عنوان یک چالش عمده در صنعت فولادسازی و تحقیقات مرتبط در این زمینه به شمار می رود. به طور خلاصه، کاهش کربن رسوبی، باعث بهبود کیفیت و خواص فولاد می شود و در نتیجه افزایش عمر و دوام محصول نهایی می تواند به دست آید.
خواص فیزیکی فولاد
فولاد به عنوان یکی از پرکاربردترین مواد ساختمانی در جهان شناخته شده است. این فلز به دلیل داشتن ویژگیهای فیزیکی برجسته، برای مصارف مختلف در صنایع و ساخت و ساز به کار میرود. در ادامه به توضیح خصوصیات فیزیکی فولاد پرداخته میشود.
ترکیب شیمیایی فولاد شامل آهن، کربن، سیلیکون، منگنز و گاهی اوقات همراه با عناصر دیگری مانند کروم و نیکل است. این ترکیب شیمیایی به طور متوسط میزان ذوب و دمای مناسب را برای فولاد فراهم می کند.
افزودن کربن به آهن، مقاومت و سخت شدن فلز را بهبود میبخشد. به همین دلیل فولاد برای ساخت قطعاتی استفاده میشود که باید مقاوم به خم شدن و شکستن باشد، مانند قطعات خودروها، لولههای گاز، جادهها و پلها. همچنین فولاد برای ساخت ابزارها نیز استفاده میشود که باید سخت و قابل انعطاف باشد، مانند تیغههای قایق و ابزارهای آشپزی.
یکی از ویژگیهای دیگر فیزیکی فولاد، مقاومت چند منظوره آن است. بهطور کلی، فولاد میتواند مقاومت بسیار زیادی در مقابل فشار، کشش، خوردگی، فرسایش، و ضربه داشته باشد. برای مثال، فولاد در برابر باد، آتش، آب، شار بیشترین مقاومت را دارد؛ این به این معنی است که فولاد در برابر شرایط نامناسب محیطی، نظیر از بین رفتن سریع، آفتاب سوزان، رطوبت و باران، ضربات و بارهای سنگین، بسیار مقاوم است.
از جمله سایر خصوصیات فیزیکی فولاد میتوان به خصوصیت انبساط حرارتی و بازکشت حرارتی اشاره کرد. فولاد یکی از فلزاتی است که توانایی تحمل گرمای بسیار زیادی دارد و با اعمال حرارت، انبساط میکند و با خنک شدن، باز به حالت قبلی بازمیگردد. همچنین فولاد قادر به الکتریسیته و گرماهای بافتی نیز می باشد.
در نتیجه، فولاد به عنوان یکی از مهمترین فلزات، به دلیل خصوصیات فیزیکی بسیار برجستهای که دارد، در بسیاری از صنایع و مصارف مختلف مورد استفاده قرار میگیرد.
روشهای حرارتی در فولاد
روشهای حرارتی در فولاد، به عنوان یکی از مهمترین فرایندهای تولید و پردازش فولاد، در تولید و تقویت محصولات فولادی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار میباشند. از جمله روشهای حرارتی قابل ذکر در فولاد، میتوان به استخراج، صافیسازی، گرمکردن، حرارت دادن و آبدوزی اشاره کرد.
استخراج یکی از روش های حرارتی اصلی در فولاد است و برای جداسازی اکسیدهای استخراجی، از پایینترین درجه حرارت یا از بخارپزه استفاده میشود. در روش صافیسازی فلزات، مقداری از فلز پرت به ترکیبهای فولاد اضافه میشود. در این روش، دمای مذاب فولاد را بالا میبرند و سپس آهن و اکسیژن یکدیگر را ترک میکنند.
گرم کردن نیز برای بهبود شکل دهی فولاد به کار میرود و به این معناست که فولاد با حرارت یکنواختی میگیرد. در آنها که فولاد را با کمک حرارت میچرخانند، تیشهها بر روی فولاد اثر میگذارند و شکل دهی بهتری برای آن فولاد فراهم میکنند.
حرارت دادن نیز برای تقویت و خلوص دادن فولاد استفاده میشود. در این روش، فولاد را با دمای زیادی به طریق موضعی یا یکنواختی حرارت داده میشود تا بتوان باعث تقویت پذیری در فولاد شد. نهایتا، آبدوزی نیز یکی از روشهای حرارتی مهم در فولاد است که برای سرمایش فولاد پس از حرارت دادن و تقویت آن استفاده میشود.
بطور خلاصه، روشهای حرارتی در فولاد، برای تولید، تقویت، صافیسازی و بهبود ویژگیها و خواص فولاد، از اهمیت بالایی برخوردار میباشند. استفاده از این روشها، بستری را برای تولید و ارائه محصولات فولادی با کیفیت بالا، ایجاد مینمایند.
آلومینیزه کردن فولاد
آلومینیزه کردن فولاد یکی از روشهای پوشش دادن سطحی فولاد است. در این روش از پوششدهی الکترولیتی استفاده میشود و فرآیندی است که در آن الکترود فولادی به عنوان آند در بیرون الکترولیت و با داشتن استحکام الکتریکی معینی، قرار داده میشود و بعد از آن به داخل الکترولیت فرو میرود تا یونهای آلومینیم به سمت سطح فولاد حرکت کنند.
این روش نسبتاً اقتصادی و سریع است و به دلیل پایین بودن دمای فرایند، موجب کاهش خوردگی فولاد نیز میشود. همچنین، این روش به طور گسترده در صنایع برق و الکترونیک، خودروسازی و صنایع نظامی مورد استفاده قرار میگیرد. به دلیل استفاده از الکترولیتهای حاوی نوارهای آلومینیوم، پوشش حاصل شده دارای خواص مقاومت پایینی در برابر خوردگی است و برای حفاظت مقاومت کشیدهتری باید به کامپوزیتهایی با آلیاژهای دیگر و دارای خواص متفاوت مراجعه شود.
برای انجام فرایند آلومینیزه کردن فولاد، ابتدا فولاد به دمای ۸۰۰- ۹۵۰ درجه سانتیگراد گرم شده و پهنای نوار فلزی آن از ۱۰ تا ۱۵۰ میلیمتر است. پس از گرم شدن، این نوار فلزی به آند الکترولیتی وصل میشود و فرایند آلومینیزه کردن آغاز میشود. در نهایت، پس از سرد شدن فولاد، پوشش حاصله برای حفاظت در برابر خوردگی و ایجاد زیبایی سطحی مورد استفاده قرار میگیرد.