فولاد کربن چیست و چه کاربردی دارد؟
26 دیماه 1401 | 11:00
بازدید: 38 مرتبه
زمان مورد نیاز برای مطالعه: 10 دقیقه
فولاد کربن چیست؟
فولاد کربن (Plain Carbon Steel) که با نام فولاد کربنی هم شناخته میشود، طیف گستردهای از فلز فولاد است که در آن کربن بهعنوان اصلیترین عنصر آلیاژی شناخته میشود. البته در فولادهای کربنی عناصر دیگری هم وجود دارند؛ اما آهن و کربن بهعنوان عناصر پایه آنها شناخته میشوند. خواص فولاد به میزان کربن بهکار رفته در آن بسیار وابسته است. در این زمینه، انجمن آهن و فولاد ایالات متحده امریکا که یکی از معتبرترین منابع در زمینه فولاد است، تعریف خاصی را برای فولاد ساده کربنی در نظر گرفته است که در این تعریف 3 شرط برای فولاد کربنی وجود دارد. این 3 شروط به قرار زیر است:- حداقل مقدار مس موجود در فولاد نباید کمتر از ۰/۰۴ درصد باشد.
- حداکثر مقداری که برای عنصر منگنز، سیلیسیم و مس تعریفشده، به ترتیب ۱/۶۵ و ۰/۶ درصد است.
- عناصری مثل آلومینیوم، کروم، کبالت، نیوبیوم، مولیبدن، نیکل، تیتانیوم، تنگستن، وانادیوم، زیرکونیوم و عناصر مشابهی که برای ایجاد یک تاثیر آلیاژی مناسب اضافه میشوند، حداقل مقداری برایشان وجود ندارد.
- عناصری که میزان حضور آنها باید در حداقل مقدار ممکن باشد؛ چراکه برای فولاد مناسب نیستند. این عناصر بهصورت اتفاقی در ترکیب فولاد واردشده و وجود بیش از حد آنها به تضعیف خواص مکانیکی فولاد منجر خواهد شد؛ از جمله این عناصر میتوان به اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، گوگرد و فسفر اشاره کرد.
- در این دسته هم عناصری قرار دارند که بهصورت اتفاقی وارد ترکیب فولاد شده، اما حضور آنها برای فولاد ضرری را به همراه ندارد؛ مانند منگنز و سیلیسیم.
- در دسته سوم عناصری وجود دارند که در ترکیب فولاد وجود ندارند و بهصورت عمدی وارد آن میشوند تا خاصیت ویژهای در فولاد به وجود بیاورند. نیکل، کروم، مولیبدن، آلومینیوم و عناصری که برای حضور آنها حداقلی وجود ندارد، در این دسته قرار میگیرند. این عناصر میتوانند خواصی مانند افزایش استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و جوشپذیری را به فولاد اضافه کنند.
انواع فولاد کربن و کاربردهای آن
همانطور که اشاره کردیم، فولادها میزان کربن یکسانی ندارند و به همین دلیل به سه دسته زیر تقسیم بندی میشوند:فولاد کم کربن
کربن موجود در این نوع، حدود 0.3 درصد است و به هر میزان که کربن آن کمتر باشد، خاصیت جوشپذیری فولاد بالاتر میرود؛ به همین علت این نوع فولاد قابلیت ماشینکاری و لحیمپذیری عالی داشته و در جهان این نوع فولاد تولیدشده، سهم بیشتری از تولیدات فولادی دارد. این نوع از فولاد علاوهبر هزینه کم، انعطافپذیری بیشتری دارد که کارایی آن را بیشتر کرده است. البته این گزینه، کارایی آن را برای دیگر کاربردها کمتر کرده است. شکلدهی سرد در این فولاد به خوبی صورت گرفته که با روشهایی مانند چین، خمش یا پرس انجام میشود.کابرد فولاد کم کربن
فولادهای کمکربن معمولا قبل از استفاده تحت عملیات حرارتی قرار نگرفته و معمولا برای ساخت اجزای مختلف ساختمانی، ظروف، جعبهها، بدنههای کوره و ماشینآلات کشاورزی، لوله فولادی قیمت مناسب، نوار فولادی یا ورق فولادی نورد استفاده میشوند. فولاد کم کربن با کیفیت بالا در یک صفحه نازک نورد میشود تا در محصولاتی مانند روکش موتور و کابین خودرو از آنها استفاده شود. علاوه بر این، این نوع فولاد برای تولید قطعات مکانیکی که به استحکام کمتری نیاز دارند نورد میشود.فولاد کربن متوسط
کربن موجود در این نوع فولاد حدود 0.3 تا 0.60 درصد است و میزان استحکام آن متوسط است. از این نوع فولاد کربن اغلب در میل لنگ خودرو، پیچ اتصال و چرخدنده استفاده میشود.کاربرد فولاد کربن متوسط
از فولاد کربن متوسط معمولا برای ساخت قطعات متحرک با استحکام بالا استفاده میشود. برخی از این موارد عبارت است از کمپرسورهای هوا، پیستونهای پمپ، پروانههای توربین بخار، چرخدندهها و قطعات سایش سطحی، میل لنگ، دوکهای ماشین ابزار، غلتکها، ابزارهای نیمکت، انواع پنجره ساختمانی و… .فولاد پر کربن
مقدار کربن در این فولاد بیشتر از ۰.۶۰٪ است و این نوع از فولاد، سختترین و باکیفیتترین فولاد غیرآلیاژی به شمار میرود. این فولاد مقاومت بالایی نسبت به سایش داشته و کاربرد آن اغلب در فنرها و تیغه فنرها است.کاربرد فولاد پرکربن
با توجه به اینکه فولاد پرکربن دارای استحکام و میزان سختی زیادی است و در عینحال، حد الاستیک بالاتری در مقایسه با فولاد کمکربن دارد، به همین دلیل هنگام سردشدن بهراحتی ترک برمیدارد. بنابراین معمولا از سردکردن دو مایع استفاده میکنند و اغلب برای قطعات با مقطع کوچک، از سختشدن روغن استفاده میشود. فولاد کربنی معمولا در ساخت فنرها، قطعات سایش و ابزارهای سختی بالا بهکار میرود.- تولید و طراحی ابزارآلاتی مانند اره، آچار و مته
- ساخت تیغهها و انواع فنرها
- تولید انواع تیغهها و تیغه ارهها
- انواع صنایع خودرویی، کشاورزی و…..
- ساخت کمکفنر چرخهای هواپیما
استانداردهای فولاد کربن
فولاد کربن مانند دیگر محصولات صنعتی نیاز به رعایت نکاتی دارد تا بتواند تأیید استانداردهای مختلف را بهدست بیاورد. برخی از این استانداردها ملی هستند و برای استفاده در همان کشور کاربرد دارند و برخی دیگر نیز استانداردهای بینالمللی هستند و در تمامی کشورها بهعنوان مرجع شناخته میشوند. برخی از استانداردهای جهانی به شرح زیر است:- استاندارد انجمن آزمون و مواد آمریکا (ASTM)
- استاندارد انجمن ریختهگران فولاد آمریکا (AISI)
- سیستم واحد نامگذاری (UNS)
- مؤسسه استاندارد آلمان (DIN)
- موسسه استاندارد بریتانیا انگلیس (BN)