فولاد چیست و چگونه تولید می‌شود؟

در حال حاضر انواع فولاد یکی از پرمصرف‌ترین فلزاتی است که در دنیای مدرن وجود دارد. از مهم‌ترین ویژگی فولاد، ارزان، محکم و همه‌کاره بودن است. از انواع فولاد به‌صورت انبوه استفاده می‌کنند؛ حتی از این فلز در کنار سیمان سالانه حدود 750 میلیون تن تولید می‌شود.

فولاد قابلیت بازیافت داشته و تولید آن به انرژی کمی نیاز دارد. سابقه تولید این فلز در کشور ما به قرن چهاردهم قبل از میلاد مربوط می‌شود که در طول این سال‌ها، توانسته پیشرفت بسیار زیادی را تجربه کند. امروزه از فولاد در صنایع مختلفی استفاده می‌شود. در ادامه این مقاله به بررسی کلی این فلز، انواع فولاد و ویژگی این فلز پرکاربرد می‌پردازیم. پس با مهدفولاد همراه شوید.

فرآیند ساخت فولاد

برای تولید فولاد نیاز است که سنگ‌آهن حرارت ببیند و در کوره‌هایی مخصوص ذوب شود. با این کار ناخالصی‌ها حذف شده و کربن به این ترکیب اضافه می‌شود. امروزه اغلب فولادها با استفاده از یکی از دو فرایند زیر، ساخته می‌شوند:

کوره ذوب آهن

کوره قوس الکتریکی

کوره‌های ذوب آهن اغلب از مواد خامی مانند سنگ‌آهن، سنگ‌آهک و زغال‌کک استفاده می‌کنند؛ این در حالی است که در کوره‌های قوس الکتریکی، اغلب از قراضه‌های آهن برای تولید فولاد استفاده می‌شود.

فولادسازی طی فرآیندهای زیر صورت می‌گیرد:

فولادسازی اولیه

برای خارج کردن ناخالصی‌ها، فلز مذاب به ضایعات فولادی تزریق شده و اکسیژن هم از طریق کوره عبور می‌کند. در این روش، مقادیر زیادی کربن و دیگر ناخالصی‌ها خارج می‌شود. برای کوره‌های الکتریکی، الکتریسیته از طریق کوره عبور می‌کند و می‌تواند باعث خارج شدن ناخالصی‌ها از فولاد شود.

پس از اتمام این فرایند از فولادسازی، فولاد خام به‌دست می‌آید.

فولادسازی ثانویه

درجه‌بندی مختلف در تولید فولاد، با اهداف خاصی صورت می‌گیرد. درجه‌بندی بر اساس عناصری است که در فلز وجود دارد. برای ساخت یک فولاد باکیفیت نیاز است که مقدار زیادی از کربن حذف شود و به‌جای آن آلومینیوم جایگزین شود. فرآیند فولادسازی ثانویه به‌صورت زیر است:

1.  در این مرحله فولاد به شکل ذوب‌شده در قالب‌های خنک‌کننده ریخته می‌شود؛ با این کار فولاد سخت می‌شود و سپس درحالی‌که همچنان داغ است، از قالب بیرون کشیده شده و در طول‌های موردنظر بریده می‌شود.
2.  در این مرحله اقلام ریخته‌گری ناهموار با استفاده از فرایندی به‌نام نور گرم به شکل‌های مختلف در می‌آیند.
3. برای ایجاد شکل نهایی در فولاد، تکنیک‌های متعددی مانند موارد زیر استفاده می‌شود:

• پوشش
• عملیات حرارتی
• پیوستن
• فشاردادن
• حفاری
• ماشین‌کاری
• پرچین

تاریخچه آهن و فولاد

آهن چهارمین عنصر فراوانی است که بیش از 5 درصد پوسته زمین را تشکیل داده است و تولید آهن به دست انسان به حدود 2000 سال قبل از میلاد در جنوب غربی یا جنوب آسیا مربوط می‌شود. در واقع، این زمان نشانگر آغاز عصر آهن است.

در دوران قرون وسطی نوع جدیدی از آهن با استفاده از دماهای بالاتر توسعه پیدا کرد. این فلز با عنوان چُدن شناخته می‌شد که سخت‌تر از آهن ساخته‌شده بود؛ اما شکنندگی آن بیشتر بود.

در طول بیشتر از 3 هزار سال و تا زمانی‌که تولید انبوه فولاد در سال 1870 میلادی آغاز شود، آهن اساس فرهنگ تمدن بشری را شکل می‌داد. در واقع، فولاد آلیاژی از آهن و کربن است که می‌تواند مقدار کمی از سیلیکون، فسفر، گوگرد و اکسیژن را نیز داشته باشد.

بنابراین، فولاد یکی از مهمترین و پرکاربردترین آلیاژهای آهن است که آهن با کربن، ترکیب شیمیایی داده و این فلز را شکل می‌دهد. در زمان‌های بسیار قدیم، بسیاری از ارتش‌ها برای ساخت مقاوم‌ترین و بهترین شمشیرها و ابزارآلات جنگی از این فلز استفاده می‌کردند.

ویژگی‌های فولاد

از آنجایی‌که فولاد یکی از آلیاژهای آهن به شمار می‌رود، دارای ویژگی و خواص مشابهی با آهن است. همین موضوع و دارابودن ویژگی‌های بی‌نظیر این فلز، موجب شده تا کاربرد بسیار زیادی در بسیاری از صنایع داشته باشد.

از مهم‌ترین و بارزترین ویژگی‌های این فلز پرکاربرد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• شکل‌پذیری بسیار بالا
• هدایت گرمای خوب
• دوام بسیار بالا
• ضد زنگ بودن
• ضد خوردگی
• انعطاف‌پذیری بیشتر
• استحکام و کششی بالا

در واقع، فولاد با توجه به میزان و مقدار کربنی که در آن استفاده شده، به انواع بسیار مختلفی تقسیم می‌شود که هرکدام از این ترکیبات دارای ویژگی‌های متنوع و منحصربه‌فردی هستند. در این میان یکی از ویژگی‌های مشترک تمامی این ترکیبات، دارابودن مقاومت بسیار بالا در هر شرایط و دمایی است. این موضوع موجب شده که این فلز مورد توجه بسیاری از صنایع واقع شود و عملکرد بسیار خوبی نیز از خود نشان بدهد. از سوی دیگر، ساختار شیمیایی این فلز شباهت بسیار زیادی به چُدن دارد. البته مقدار کربن موجود در فلز چُدن بسیار بیشتر از فولاد است؛ به همین دلیل در مقابل این فلز، از شکنندگی بیشتری دارذ.

انواع فولاد

طبقه‌بندی فولاد به عوامل متعددی بستگی دارد. از مهم‌ترین طبقه‌بندی فولاد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

طبقه‌بندی فولاد از نظر کربن به‌کاررفته

فولاد را بر اساس کربن به 3 حالت زیر می‌توان تقسیم‌بندی کرد:

فولاد با کربن کم

فولاد با کربن کم به گروهی از فولادها گفته می‌شود که کمترین میزان کربن را در خود دارند. این فولادها از قابلیت جوشکاری بسیار بالایی برخوردار هستند و انواع لحیم‌کاری در این فلز به‌راحتی صورت می‌گیرد. به همین دلیل این جنس فولاد برای استفاده در خودروسازی و سازه‌های فلزی کاربرد دارد.

فولاد با کربن متوسط

این جنس فولاد برای استفاده در انواع پیچ‌های اتصالی، چرخ‌دنده‌ها، ریل راه‌آهن و میل‌لنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد و در مقابل حرارت مقاومت کمتری را از خود نشان می‌دهد.

فولاد با کربن زیاد

یکی دیگر از انواع فولاد، فولاد با کربن زیاد است که از بهترین جنس فولاد به شمار می‌رود. از مهمترین کاربردهای این فولاد می‌توان به ساخت انواع اره‌ها، تیغه‌ها و فنرها اشاره کرد. این فولاد همچنین از مقاومت بالایی برخوردار است.

طبقه‌بندی فولاد از نظر کاربرد آن

در دسته‌بندی دیگری که از انواع فولاد وجود دارد، این فلز بر اساس کاربرد آن طبقه‌بندی می‌شود. از مهم‌ترین این دسته‌بندی می‌توان به مواردی از جمله فولادهای ضد مغناطیس، ضد زنگ، ساختمانی، فنری، هیدروژنه، جوشکاری، بهسازی‌شونده و ورق‌سازی اشاره کرد.

در تمامی صنایع، صنعتگران با توجه به نیازی که دارند، می‌توانند یکی از بهترین و مناسب‌ترین انواع فولادها را تهیه و خریداری کرده و مورد استفاده قرار دهند.

جمع‌بندی

در حال حاضر، فولاد یکی از پرمصرف‌ترین فلزاتی است که در دنیای مدرن وجود دارد. برای تولید فولاد نیاز است که سنگ‌آهن حرارت ببیند و در کوره‌هایی مخصوص ذوب شود. با این کار ناخالصی‌ها حذف شده و کربن به این ترکیب اضافه می‌شود.

فولاد با توجه به میزان و مقدار کربنی که در آن استفاده شده، به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که هرکدام از این ترکیبات ویژگی‌های متنوع و ویژه‌ای دارند. در این میان یکی از ویژگی‌های مشترک تمامی این ترکیبات دارابودن مقاومت بسیار بالا در هر شرایط و دمایی است.

نظر شما در این زمینه چیست؟ آیا در مورد تولید فولاد اطلاعاتی دارید که با ما در میان بگذارید؟ اگر اینطور است، می‌توانید تجربیات و نظرات خودتان را در این زمینه برای ما ارسال کنید.