ویژگی ها و کاربرد انواع فولاد

فولادها ازنظرعناصرتشکیل دهنده ، به دونوع فولاد غیرآلیاژی وآلیاژی تقسیم می شوند ...

فودلادهای غیرآلیاژی : این فولادها از 0.06  تا  1.5 درصدکربن دارند. عناصردیگری نیز با آنها همراه است که درهرحال مقدارآن ها نباید از حد معینی (0.5 درصدسیلیسیم ، 0.8 درصدگوگردومنگنز ، 0.5 درصدآلومینیم یا تیتان ، 0.25 درصدمس ) بیشترباشد.

درفولادهای غیرآلیاژی ، کربن نقش تعیین کننده را دارد ،به همین دلیل ،این فولادها به فولادهای کربنی نیزمعروف هستند.

فولادهای آلیاژی : اگرفولادرابرای افزایش و تامین خواص مورد نظر با فلزاتی مانند کرم ، نیکل ، ولفرام ، کبالت ، مولیبدن ، منگنز ، وانادیم و ... آلیاژ کنند ، فولادهای آلیاژی به دست می آید .چنانچه مجموع درصد وزنی عناصر موجود در فولاد آلیاژی از 5 درصد کمتر باشد، آن را فولاد «کم آلیاژ» و چنانچه از5 درصد بیشتر باشد، «فولاد پرآلیاژ» می نامند. فولادها را از نظر کاربرد به دو نوع فولادهای ساختمانی و فولادهای ابزارسازی تقسیم می کنند.

فولادهای ساختمانی

به فولاد هایی می گویند که از آنها می توان به عنوان مواد اولیه برای ساختمان اسکلت های فلزی ، اسکلت پل ها وهمچنین برای ساختن قطعات وسایل نقلیه ، دستگاهها ، ماشین آلات ، اجزای ماشین (پیچ ومهره ، میله ومحور، یاتاقان غلتشی و ... ) استفاده کرد .

امروزه حدود 90 درصد محصولات کاخانه های فولادسازی را فولادهای ساختمانی تشکیل می دهند . تقسیم بندی فولادهای ساختمانی در نمودار شکل زیر نشان داده شده است.

فولاد ساختمانی
فولاد ساختمانی غیر آلیاژی
فولاد ساختمانی آلیاژی
عملیات حرارتی (سخت کاری وبهسازی ) یا خواص ویژه لازم است.

 
فولاد ساختمانی معمولی
St 37 -2    St 37 -3   St 50-2
St 50-3       St 60 -2


فولاد کیفی
فولاد بهسازی                       فولاد کربوریزه
C10, Ck15               C35,C45,C60


فولاد نجیب
فولاد بهسازی                              فولاد کربونریزه
Ck10, Ck15               Ck35, Ck45,  Ck60

فولادهای ساختمانی معمولی : این فولادها جزء فولادهای غیرآلیاژی هستند و چون درانتخاب آن ها استحکام کششی نقشی تعیین کننده دارد ، آن ها را برحسب استحکام کششی شان طبقه بندی می کنند . استحکام کششی این فولادها متناسب با درصدکربن موجود در آنها افزایش می یابد و برعکس ، انبساط (کش آمدن ) آنها کاهش می یابد .، به عبارت دیگر، با افزایش کربن ، شکنندگی فولادبیشترمی شود . همچنین ازدیاد کربن قابلیت تغییر فرم درحالت یا گرم ، قابلیت جوشکاری ، و براده برداری فولاد را کاهش می دهد .

این فولادها از 0.12 تا 0.6 درصد کربن داشته وآنها رادرسه گروه با درجه مرغوبیت 1و  2 و 3  تولید و به بازار عرضه می کنند .

فولادهای دانه ریزمخصوص جوشکاری : این فولادها قابلیت جوشکاری خوبی دارند .

فولادهای سختکاری شونده (کربوریزه ) : ازاین فولادها برای ساختن قطعاتی استفاده میشود که بایستی دارای سطح خارجی سخت وقسمت داخلی (مغز ) نرم باشند. همچنین سطح آنها درمقابل سایش مقاوم بوده وقسمت داخلی آنها قابلیت تحمل خودرادرمقابل ضربه حفظ کند وشکننده نباشد . برای این منظور، ابتدا کربن سطح خارجی آن ها رابا روش های مختلف افزایش می دهند وسپس سختکاری می کنند . برای اینکه قسمت داخلی این فولادها پس ازسختکاری ، نرم باقی بماند ، باید مقداردرصد کربن آن ها از2.0 درصد کمترباشد

فولادهای بهسازی شونده : این فولادها جزء فولادهای ساختمانی هستند و2.0 تا 6.0 درصد کربن دارند . استحکام کششی ومقاومت این فولادها رامی توان به وسیله بهسازی ( سخت کردن وبرگشت دادن تا درجه حرارت 500 تا 700 سا نتیگراد ) افزایش داد فولادهای بهسازی شونده برای ساخت قطعاتی به کار می رود که درمعرض ضربه وبرخورد قراردارند .، مانند میل لنگ ها ، محورلنگ پرس های ضربه ای ومحور وسایل نقلیه .

فولادهای ازته  شدنی (نیتروژه ) : این فولادها قابلیت جذب ازت را دارند وبه همین دلیل می توان سطح آ ن ها راپس از بهسازی به وسیله ی جذب سطحی ازت سخت کرد . این فولادها جزء فولادهای آلیاژی هستند وممکن است حاوی فلزاتی مانند کرم ، مولیبدن ، وانادیم ، نیکل وآلومینیوم باشند . وجود فلزاتی مانند کرم ، مولیبدن وآلومینیم قابلیت جذب ازت را درفولاد افزایش می دهند . ازاین فولادها درساخت قطعاتی استفاده می شود که نباید هنگام عملیات حرارتی پیچیدگی پیدا شود .

فولادها ی  اتوما ت : این فولادها که به آ نها « فولادهای خوش تراش » نیز می گویند ، جزء فولادهای ساختمانی هستند . استحکام این فولادها برحسب درصد عناصر موجود در آن ها متفاوت است . در هنگام براده براری از این فولا دها ، براده های کوتاهی جدا می شوند وسطح خوبی را به دست می دهند . این ویژگی بیشتراز همه مرهون وجود گوگرد s) ) است که مقدار آن دراین گونه فولادها به 0.18 تا 0.4 درصد می رسد . وجود گوگرد باعث می شود که فولاد گرم شده ، شکننده شود هنگام براده برداری براده های کوتاهی به وجود آید . به همین دلیل درماشینهای اتومات که براد ه های بلند اختلا لات فراوانی ( مانند پیچیدن براده به دور ابزار وکار ، سا ییدگی وکم شدن دوام ابزار ) رابه وجود می آ ورند ، از فولادهای اتومات استفاده شود . شایان توجه است که وجود گوگرد زیاد دراین فولادها ، استحکام آ نها رادر مقابل ضربه کاهش می دهد . از دیگر معایب فولادهای اتومات عدم قابلیت جوشکاری وتغییر فرم سرد آ ن ها است . فولادهای اتوما ت ( بجزگوگرد ) دارای  0.07 تا 0.65 درصد ، 0.6 تا 1.5 درصد منگز 0.05 تا 0.04درصد سیلیسیم هستند ودرصورتی که شکنندگی بیشتر براده وسطح مرغوبتر مورد نظر باشد ، 0.15 تا 0.3 درصد سرب نیز به آن می افزایند.

 فولادهای فنر : فولادهای فنر علاوه بر استحکام کششی زیاد ، باید خاصیت الا ستیسیته خوبی داشته ودربرابر سایش وارتعاش نیز مقاوم باشند. وجود سیلیسیم درفولاد فنر خاصیت الا ستیسیته ووجود کرم استحکام ومقاومت درمقابل خوردگی را افزایش می دهد . این ویژگی ها تنها به درصد عناصر موجود در فولاد بستگی ندارد بلکه با وجود آن ها می توان به وسیله ی عملیات حرارتی وتغییر فرم درحالت سرد ، خواص آن را تغییر داده و ویژگی های مورد نظر را به دست آورد . فولادهای کربنی با 5.0 تا 1 درصد کربن ، 3.0 تا 4.0 درصد منگز و حداکثر 04.0 درصد گوگرد وفسفر درساخت فنرها کابرد زیادی دارند . برای سا خت فنرهای تخت یا مارپیچی که پس از سا خت تحت عملیات  حرارتی قرار  نمی گیرد ، فولادهای سخت کشیده یا نورد شده به کار می رود . از فولادهای کرم ووانادیم دار ، درساخت  فنرهای بزرگ اتومبیل ولکوموتیو استفاده می شود . فولادهای سیسیلیم دار نیز در سا خت فنرهایی کاربرد دارند که استحکام ومقاومت ضربه ای زیاد از آن ها انتظار می رود . این فولادها به طور متوسط 4.0 درصد کربن ، 75.0 درصد سیسیایم ، 95.0 درصد منگنز با مس یا بدون مس دارند ولی مقدار سیسیلیم آن ها ممکن است تا 2 درصد نیز برسد . فولادهای منگنز دار مخصوص ساخت فنر خودروها محتوی 25.1 درصد منگنز ، 4.0 درصد کربن ، 2درصد منگنز ، و45.0 درصد کربن هستند . استحکام کششی این فولادها به شرط انجام عملیات حرارتی تا 1400 نیوتن برمیلیمتر مربع افزایش می یابد . فولادهای سیسیلیم منگنز دار دارای استحکام کششی زیاد تا حدود 1850 نیوتن بر میلیمتر مربع هستند . نوعی از اینفولاد که 64.15 درصد کرم ، 38.4 درصد نیکل ، 68.2 درصد مولیبدن ، 1درصد منگنز ، 32.0 درصد سیسیلیم ، 12.0 درصد مس و14.0 درصد کربن دارد ، درساخت فنر موترهای جت وسایر مواردی که مقاومت در مقابل گرمای زیاد مورد نیاز است ، به کار می روند . نوع دیگری از فولاد فنر با 50 درصد کبالت ، 20 درصد کربن کرم ، 15 درصد ولفرام و10 درصد نیکل وحداکثر 15.0 درصد کربن ، ودر دمای 760 سانتیگراد ویژگی های خود را حفظ می کند .

 فولادهای مخصوص : دامنه ی فولادهای مخصوص به قدری وسیع است که نمی توان درباره ی ویژگی های همه ی آن ها سخن گفت . این فولادها رابه سه گروه : فولادهای نسوز ، فولادهای ضد زنگ وفولادهای ضد مغناطیس ، تقسیم کرده ایم وهریک از آن ها را شرح می دهیم .

 فولادهای نسوز ( مقوم درمقابل حرارت وگداختگی )

استحکام این فولادها تا دمای 600 درجه سانتیگراد تضمین شده است وتا دمای 800 درجه سانتیگراد نیز نمی سوزند. شایان توجه است که درمورد گداختگی وسوختن فولادها دو مطلب مهم مورد نظر است .

الف –مقاومت در مقابل تاثیر گاز هایی مانند اکسیژن و اکسیدهای کربن ، بخار آب وگازهای گوگرد دار دردماهای بالا .

ب –حفظ خواص مکانیکی در دماهای بالا ، این ویژگی ها بیشتر مرهون کرم موجود درآنها بوده و هر چه دمای کاری آن ها بیشتر باشد ، باید مقدار کرم بیشتری با آن ها آلیا ژ شود تا از سوختن (درشت دانه شدن ) فولاد جلوگیری کند . از این فولادها برای تهیه ورق ، لوله های   تا سیسا ت دیگ های بخار ، پره های توربین های گازی و بخاری ، سوپاپ دود موتورهای احتراقی و ... استفاده می شود .

 

	ویژگی ها وکاربرد فولاد نسوز
موارد استفاده	ویژگی ها	علامت اختصاری
لوله داغ بخار آب	قابلیت جوشکاری خوب	14 Cr Mo 4
سوپاپ های موتور های احتراقی	مقاوم در مقابل سایش و خورندگی	X 45 Cr Ni W 15 13 X 45 Cr Ni Si 19 10
قطعات کوره های صنعتی جعبه های بهسازی	مقاوم در برابر سوختن (تا 1200 درجه سانتیگراد)	X 15 Cr Ni Si 25 20

فولادهای ضد زنگ

در این فولادها کرم کرم نیکل نقشی تعیین کننده دارد ومقدارکرم موجود در آن ها نباید از 13 درصد کمتر باشد . این فولادها درمقابل خوردگی ، رطوبت هوا واغلب اسیدها وبازها مقاوم هستند وبرای تهیه ظروف ولوله های صنایع غذایی ، شیمیایی وشیرینی پزی مورد استفاده قرارمی گیرند . در فولادهای ضد زنگی که برای تهیه ظروف ولوله های حاوی موادغذایی از آن ها استفاده می شود ، به مقدار 2.0 تا 4.0 درصد مس نیز با آن آ لیاژ می کنند تا از تاثیر بوی بد فولاد روی مواد غذایی جلوگیری شود . این فولادها رامی توان از طریق براده برداری یا روش روش بدون براده برداری تغییر فرم داد و بخوبی جوشکاری کرد فولادهای ضد زنگ را می توان به وسیله پولیش دادن صیقل داد وکاملا پرداخت کرد . 

فولادهای ضد مغناطیس

این فولادها دارای منگنز زیادی هستند (مانند فولاد X 50 Mn  Cr 18  ) فولادهای ضد مغناطیس را می توان درحالت سرد بخوبی فرم داد وچنانچه تغییرفرم زیاد در آن ها مورد نیاز باشد ، باید عملات تابانیدن روی آن ها انجام گیرد . عمل تابانیدن این فولادها به این ترتیب است که ابتدا آن ها را تا 1000 درجه سانتیگراد گرم کرده وسپس در آب خنک سرد می کنند . این عمل باعث می شود که فولاد نرم و سمج شود . فولادهای ضد مغناطیس قابلیت براده برداری خوبی ندارد . ازاین گونه فولادها می توان X 8 Cr Ni 12 12  را نام برد که فولادی ضد زنگ ، ضد مغناطیس ، قابل کشش عمییق ( درقالب های کششی ) است وبخوبی صیقل می پذیرد . این فولادها برای تهیه قاب ساعت ، محفظه قطب نما کارد وچنگال وظروف تزیینی مورد استفاده قرارمی گیرند .

فولادهای ورق :فولادهای ورق رادر گروه های خیلی ظریف ، سفید وهمچنین ظریف ، متوسط ، خشن وورق دیگ سازی تولید می کنند . ورق های خیلی ظریف وسفید را از فولادهای غیر آ لیا ژی نرم با ضخامت های کمتر از 0.5 میلیمتر تولید می کنند . چربی سطح خارجی این فولادها را پس از تولید از بین می برند ،ۀ به همین دلیل می توان روی آن ها بخوبی رنگ کاری کرد وعملیات چاپ را انجام داد . ورق های سفیدی که درایران به حلبی معروفند ، قشر نازکی از قلع دارند . 

ورق های ظریف برای کارهایی مانند کشش عمیق یا ایجاد نقش برجسته مناسب است وسطح خارجی آن رامی توان بخوبی گالوانیزه یا رنگ کرد . درجه خوبی این ورق ها رابرحسب اعدادی از 10 تا 14 نرم بندی کرده اند ، به عنوان مثال ، علامت St 10  برای ورق های با قابلیت کشش عمیق وSt 14  برای ورق هایی که قابلیت کشش خیلی خوبی دارند ، انتخاب کرده اند . برای نشان دادن عملیاتی که پس از نوردکاری روی ورق ها انجام می شود ،ازعددهای 01 ، 02،03،04،05 استفاده می شود . انواع ورق های ظریف ، درحالت های سرد وگرم شکننده نیستند ومقدار کربن آن ها از 1.0 تا 15.0 درصد است . این فولادها می توانند تغییر شکل دهند وقابلیت جوش ذوبی دارند . انواع 03،04،05 برای جوش نقطه ای ودرزی مناسب است ورق های متوسط وخشن را معمولا از فولادهای ساختمانی معمولی وهمچنین از فولادهای بهسازی شونده وسختکاری شونده سطحی تهیه می کنند . مخزن ها ولوله های تحت فشاری را که لازم است قابلیت جوش ذوبی داشته باشند ، ازفولادهای غیرآ لیاژِ می سازند . علائم مشخصه این فولادها HIV, HIII, HII, HI  است . هرچه ععدهای به کاررفته درعلامت اختصاری بزرگتر باشد ، نشان دهنده ی افزایش درصد کربن و استحکام کششی آنها ست . این ورق ها به « ورق های دیگ سازی» معروف هستند .

فولادهای ابزارسازی

فولادهای ابزارسازی به فولادهایی می گویند که از آن ها درساختن ابزارهای براده برداری وبرش ( مانند چکش ، تیغه های دستگاه خم کن ، سنبه های خم وکشش ، قالب های کوره کاری ، قالب های ریخته گری ... ) استفاده می شود . درانتخاب فولادهای ابزار سازی استحکام کششی وانبساط چندان مورد توجه نیست بلکه قابلیت برش وسختی آنها بیشترمطرح است . این فولادها رابرحسب درصد عناصر موجود در آنها به فولادهای ابزارسازی غیر      آ لیاژی ، کم آلیاژ وپر آ لیاژ تقسیم می کنند . فولادهای ابزارسازی راهمچنین برحسب مورداستفاده ( دمای کاری ) به فولادهای سردکاروگرمکار وبرحسب موادخنک کننده ای که درهنگام سختکاری آنها به کارمیرود به فولادهای آبی ،روغنی وهوایی تقسیم می کنند . فولادهای ابزارسازی غیرآ لیاژِ وکم آ لیاژدارای 5.0 تا 5.1 درصدکربن هستند . میزان کربن فولادهای ابزارسازی پرآلیا ژتا 2/2 درصد است . همه ی این فولادها (حتی آنها که غیر آلیاژی هستند ) جزء فولادها ی نجیب به حساب می آیند .، زیرا درجه خلوص بالایی دارند . فولادهای سردکارسماجت خوبی دارند ومقاومت آنها درمقابل ضربه ، فشاروسا ییدگی زیاد است . بااین فولادها میتوان مواد کاررابا یکی از روش های براده برداری یا بدون براده برداری تغییرفرم داد . فولادهای گرمکار دردماهای بالا دارای استحکام مکا نیکی ، ودوام برندگی زیادی هستند وبرای تهیه قا لب های کوره کاری ، ماتریس مخصوص تهیه نیمه ساخته ها و... به کارمیروند . بااین فولادها می توان قطعات فولادی ، فلزات سبک وسنگین رادرحالت گرم تغییرفرم داد.

فولاد ابزارسازی غیرآ لیاژِی :دراین فولادها مقدارکربن ( 5/0 تا 5/1 درصد ) نقش تعیین کننده د رمورد استفا ده آنها دارد وچرچه مقدارآنها بیشترباشد ، به همان نسبت سختی آنها افزایش می یابد . درجه حرارت سختکاری این فولادها از 760 تا 850 درجه سانتیگراد است . وپس از سردکردن درآ ب ، آنها رادردمای 200 تا 300  درجه سانتیگراد برگشت میدهند . دمای کاری این فولادها کمتراز 200 درجه سا نتیگراد است ودر200 درجه سا نتیگراد سختی خودرااز د ست میدهند  به عنوان مثال فولادابزارسازی غیرآ لیاژی C150 W1 پس از سختکاری ، از فولادهای آ لیاژی نیز سخت ترمیشود ولی دردرجه حرارت حدود 200 درجه سانتیگراد سختی خودرااز دست می دهد فولاد ابزارسازی غیرآلیاژی رامیتوان دردمای 800 تا 1000 درجه سا نتیگراد کوره کاری کرد .

 فولادابزارسازی کم آلیاژ : برای افزایش دوام برش واستحکام درحالت گرم ، فولادهای ابزارسازی رابا عناصری مانند کرم ، ولفرام ، نیکل ، منگنز ،مولیبدن ووانادیم آ لیاژ می کنند . مجموع درصد عناصر آ لیا ژی درفولادهای ابزارسازی کم آ لیاژ از 5 درصد کمتر است . براده برداری با این فولادها نسبت به فولادهای ابزار سازی   غیرآ لیاژی با سرعت برشی بیشتری امکان پذیراست وسختی وقابلیت برش خودراتا 400 درجه سا نتیگراد حفظ میکنند . این فولادها رامی توان دردرجه حرارت های 900 تا 1100 درجه سا نتیگراد سختکاری کرد . درهر حال ، بایدتوجه داشت که شرایط سختکاری ، کوره کاری وعملیا ت دیگری که روی آنها انجام خواهد گرفت ، ازطرف کارخانه های تولیدکننده داده میشود ولازم است که شرایط مربوط بدقت رعایت شود .

فولادهای ابزارسازی پرآلیاژ:فولادهای ابزارسازی پرآ لیاژرامی توان به سه گروه : فولادهای سردکار، گرم کاروتندبرتقسیم کرد. این فولادها به دلیل داشتن عناصری مانند ولفرام ،مولیبدن ،وانادیم وکبا لت ، درمقابل سایش سختی ومقاومت خوبی دارند ومخصوصا وجود ولفرام باعث می شود که بتوانند سختی خودراتا دمای 550  درجه سا نتیگراد حفظ کند. این فولاها می توانند تا 2.2 درصد کربن داشته باشند. ومجموع سایرعنا صرآ لیاژی درآنها بایداز5 درصدبیشترباشد. به نوعی ازاین فولادها که برای ساختن ابزارهای براده برداری به کارمیروند ، « فولادتندبر » می گویند . بااین فولادها می توان باسرعت برشی بیشترازفولادهای ابزارسازی کم آ لیاژ براده برداری کرد . درجه حرارت سختکاری این فولادها رامی توان برحسب کاربرد و درصد عناصر موجود درآنها از  920 تا 1320 درجه سا نتیگراد انتخاب کرد وآنها را در روغن یا هوا سرد نمود ودر دمای 100 تا 670 درجه سانتیگراد برگشت داد. از آنجا که قیمت این فولادها گران است ، دربعضی موارد برای صرفه جویی ، آنها رابه صورت قطعاتی کوچک به بازارعرضه می کنند واز آنها تنها برای تامین لبه های برنده ابزاراستفاده می نمایند . برای این منظور، این قطعات راروی بدنه ای ازفولادساختمانی لحیم سخت کرده یا جوش می دهند.