ماشين آلات صنعتي

استيل چيست؟

آلياژي كه پايه آن از آهن است و كمتر از ۲% كربن دارد استيل يا فولاد ناميده مي شود . بسته به نوع و مقدار ديگر عناصر موجود در آن خواص مكانيكي نظير سختي و شكل پذيري مشخص مي شود . فولاد نقره اي

فولاد هاي ساده كربني و آلياژي چيست ؟

فولاد ها به دو دسته ساده كربني و آلياژي دسته بندي مي شوند . در فولاد ساده كربني بجز كربن و بعضي عناصر معمول ( مثل سيليسيم ، منگنز ، گوگرد و فسفر ) عنصر ديگري وجود ندارد . دسته بندي فولاد هاي ساده كربني به شكل جدول زير است .

با افزودن برخي عناصر به آهن آلياژ هايي توليد مي شود كه خواص بسيار عالي دارند . به عنوان مثال با اضافه نمودن كروم به آهن ، استيل ضد زنگ يا استينلس استيل بدست مي آيد كه در مقابل خوردگي ها ي مختلف مقاومت بالايي دارد . استيل 304 چه چيز باعث مي شود استينلس استيل ضد زنگ باشد ؟

استيل وقتي ضد زنگ است كه حداقل ۱۰٫۵ % كروم داشته باشد . كروم پس از تركيب با اكسيژن هوا اكسيد كروم تشكيل ميدهد كه لايه اي روي استينلس استيل تشكيل مي دهد . اين لايه ديده نمي شود ولي باعث مي شود ارتباط بين هوا و فلز از بين رفته و استيل سالم بماند . مقدار بيشتر كروم و نيز برخي ديگر از عناصر موجود در آلياژ شبيه نيكل و موليبدن اين لايه را تقويت كرده و خاصيت ضد زنگ بودن را افزايش مي دهد . استيل 321 فرق استيل ۳۰۴ و ۳۱۶ چيست ؟ استيل ۳۰۴ حاوي ۱۸% كروم و ۸% نيكل است در صورتيكه استيل ۳۱۶ داراي ۱۶% كروم ، ۱۰% نيكل و ۲% موليبدن است . موليبدن براي كمك به مقاومت در برابر خوردگي ناشي ا ز كلرايد (مثل آب دريا ) به آن اضافه مي شود .

آيا استينلس استيل ها جذب آهنربا مي شوند ؟

اسينلس استيل هاي سري ۳۰۰ كه داراي نيكل هستند جذب آهنربا نمي شوند در صورتيكه سري ۴۰۰ كه داراي نيكل نبوده و فقط كروم دارند جذب آهنربا مي شوند . فولاد CK75 حرف L بعد از نام استينلس استيل (مثل ۳۱۶L ) نشانه چيست ؟

حرف L نشانه كلمه Low carbon بوده ، بيانگر آنست كه مقدار كربن آلياژ به كمتر از ۰٫۰۳% كاهش پيدا كرده است . اين مقدار كم كربن باعث مي شودبعد از عمليات جوشكاري ، همچنان لايه اكسيد محافظتي روي سطح حضور داشته باشد .

آيا استينلس استيل قابل بازيافت است ؟

استينلس استيل ۱۰۰% قابل بازيافت است . استيل ضايعاتي ذوب شده و دوباره قالب گيري مي شود . بين ۶۸ تا ۸۰ درصد از توليد استينلس استيل به روش بازيافت ضايعات صورت مي گيرد .

آيا استينلس استيل مي تواند در دماهاي بالا و پائين كار كند ؟

بله ، استينلس استيل مقاومت بسيار خوبي در مقابل دماهاي بسيار بالا ( تا هزار درجه سانتيگراد ) و بسيار پائين (تا منفي ۲۰۰ درجه سانتيگراد )دارد.

نام گذاري استيل ها( ۳۰۴ ، ۳۱۶ ، …) توسط چه كسي صورت گرفته ؟

انجمن آهن و فولاد آمريكا(AISI) براي اولين بار اقدام به دسته بندي و نامگذاري استينلس استيل ها نمود و مشخصات فيزيكي و شيميائي و نيز دستورالعمل توليد آنها را عرضه نمود .

CK45 چه نوع فولادي است ؟

يك نوع فولاد ساده با كربن متوسط ( در حدود ۰٫۴۵%) كه بخاطر قيمت پائين بعضا براي ساخت محور پمپ مورد استفاده قرار مي گيرد .به علت كم بودن مقدار كروم در مقابل زنگ زدگي و خوردگي مقاوم نيست .

فولاد داپلكس چيست ؟

اين نوع فولاد بين ۱۹ تا ۲۸ درصد كروم و تا ۵% موليبدن داشته و داراي ماومت بسيار بالايي در برابر خوردگي مي باشد و به اين لحاظ بهترين گزينه براي ساخت قطعات در معرض خوردگي ناشي از آب دريا مي باشد .

استنلس استيل چيست ؟

نوعي فولاد آلياژي است كه درصد عناصر نيكل و كروم آن نسبت به بقيه عناصر تشكيل دهنده آن بالاتر است . به طور كلي اگر ميزان كروم فولاد از ۵/۱۰ درصد بيشتر باشد آن را استنلس استيل مي نامند . اين مقدار كروم باعث مي شود كه هنگام خوردگي لايه نازكي روي فولاد تشكيل شود و همين لايه باعث جلوگيري از خوردگي هاي بعدي مي شود و عملاً باعث ترميم خوردگي مي شود . ضمناً كربن آن كمتر از ۵/۱ درصد مي باشد .

انواع گريد هاي استنلس استيل

سري ۳۰۰ يا استيل نگير ( غير مغناطيسي ) : آلياژ آهن ، كروم ، نيكل با كربن كمتر از ۱/۰ درصد .سري ۴۰۰ يا استيل بگير ( مغناطيسي ) : آلياژ آهن ، كروم با كربن كمتر از ۱/۰ درصد .

سري ۳۰۰ و موارد كاربرد آن

۳۰۴ رايجترين گريد استنلس استيل است كه همان ۸/۱۸ كلاسيك مي باشد .۳۱۶ بعد از ۳۰۴ رايجترين گريد است و در صنايع غذايي و جراحي كاربرد دارد ، به علاوه آلياژ موليبدن موجود در آن از فرسايش جلوگيري مي كند . همچنين بخاطر مقاومت زياد در بربر كلر در مقايسه با گريد ۳۰۴ در صنايع دريايي هم بكار مي رود .

سري ۴۰۰ و موارد كاربرد آن

۴۱۰ مقاوم در برابر سايش است اما در برابر خوردگي مقاومت كمي دارد .۴۲۰ گريد مخصوص كارد و چنگال ، قابليت پوليش خوبي دارد .۴۳۰ گريد مخصوص دكوراسيون است به عناون مثال در تزئينات داخلي اتومبيل كاربرد دارد . قابليت شكل پذيري خوبي در درجه حرارت كم دارد و مقاوم در برابر خوردگي است .

خواص استنلس استيل

مقاوم در برابر خوردگي

ظاهر جذاب

مقاومت در برابر حرارت

به صورت كامل قابل بازيافت

عمر طولاني و مفيد در قياس با هزينه پرداختي

فولاد زنگ نزن آليا‍ژي از فولاد است كه از ۱۰٫۵ درصد يا بيشتر كروم و بيش از ۵۰ درصد آهن تشكيل شده باشد .كروم موجود در استيل باعث به وجود آمدن يك سطح سخت و يكپارچه در برابر زنگ زدگي مي شود .قابليت ضد زنگ بودن با اضافه كردن درصد بيشتر كروم و همچنين آلياژهاي ديگر نظير بهبود مي يابد .

تكنولوژي TITANIUM ION PLATING

دربها و نرده هاي طلايي , رنگ نشده و با استفاده از اين روش پيشرفته يونهاي تيتانيوم بر روي استيل قرار گرفته و رنگ آن را تغيير مي دهند . قابل توجه است كه بر خلاف نمونه هاي مشابه ديگر مادام العمر تغيير رنگ نداده و زنگ نمي زنند و دليل آن هم استفاده از همين تكنولوژي جديد مي باشد .

فولاد ضد زنگ چيست و مخترع آن چه كسي است؟

فولاد ضد زنگ به گروهي از آلياژها با پايه آهني گفته مي‌شود كه حاوي حداقل ۱۱ درصد كروم (Cr) مي‌باشد. كروم عنصري اساسي است كه با تشكيل يك فيلم اكسيد كروم در سطح فولاد آن را ضد زنگ مي‌سازد.هنگامي كه فولاد ضد زنگ بريده يا خراش داده مي‌شود، كروم موجود در سطح سريعاً اكسيد مي‌شود و فيلم اكسيد ناحيه صدمه ديده را ترميم مي‌كند. به دليل همين خاصيت خود ترميمي (خودشفايي/ Self healing) است كه فولاد را بدون زنگ (Stainless) مي‌نامند.اولين فولاد ضد زنگ به صورت آلياژ، مارتنزيتي Fe-Cr-C توسط دانشمند انگليسي به نام هاري بررلي (Harry Brearley) در ۱۹۱۲ تهيه گرديد. اولين ريخته‌گري تجارتي فولاد ضد زنگ در سال ۱۹۱۳ در شفيلد انگلستان به توليد رسيد و حق ثبت آمريكايي جهت اين اختراع در سال ۱۹۱۶ به آقاي هاري بررلي اهدا گرديد.

آيا فولاد ضد زنگ، زنگ مي‌زند؟

در وا­قع اين موضوع كه فولاد ضد زنگ، زنگ نمي‌‌زند يك تصور نادرستي است. اين برداشت ناصحيح برخي موارد منجر به مشاجرات و حتي تعقيب قانوني بين كارفرمايان و پيمانكاران مي‌شود. فولادهاي ضد زنگ فقط در شرايطي خاص نظير محيط‌هاي غيرآلوده و آب شيرين يا آب دريا (به صورت جاري) بدون زنگ باقي مي‌مانند. در هواي مرطوب دريايي يا در داخل آب ساكن (راكد) فولاد ضد زنگ نوع ۳۰۴ زنگ مي‌زند، و اغلب به صورت موضعي دچار خوردگي حفره‌اي مي‌گردد. به طور كلي ماهيت محيط و تركيب شيمايي فولاد هر دو در تشكيل زنگ و خوردگي حفره‌اي فولاد ضد زنگ نقش تعيين كننده‌اي دارند.

دليل پاك شدن لايه كروم در عمليات حرارتي چيست؟

در عمليات حرارتي و يا جوش‌كاري، دماي فولاد ضد زنگ به حدود ۸۵۰-۵۵۰ درجه سانتيگراد مي‌رسد. كروم و كربن با يكديگر وارد واكنش مي‌شود و كاربايدكروم( Chromium Carbide)توليد مي‌گردد كه در امتداد مرز دانه‌ها رسوب مي‌كند. به همين دليل كروم موجود در منطقه اطراف مرزدانه (ناحيه مرزي) تخليه مي‌شود. ناحيه مرزي كه كروم آن تخليه شده (فقير نسبت به كروم) نسبت به ساير مناطق سالم سطح فلز كه كروم آن مناطق تخليه نشده‌اند در برابر خوردگي مقاومت كمتري دارد.

فولاد ضد زنگي را كه در ساختار بلوري آن كار بايد كروم به وجود آمده باشد “حساس شده (Sensitized)” مي‌نامند. فولاد‌هاي حساس شده نسبت به خوردگي مرزدانه‌اي يا فساد جوش بيشتر مستعد مي‌شوند.

استيل هاي بگير و نگير

به فولاد زنگ نزني كه خاصيت جذب توسط آهن ربا را داشته باشد بگير و به فولاد زنگ نزني كه توسط آهن ربا جذب نشود نگير مي گويند. فولاد هاي زنگ نزن سري ۳۰۰ (مانند ۳۰۴ و ۳۱۶ ) داراي كروم هستند كه منجر به نگير بودن استيل مي شوند. و اين درحالي است كه استيل هاي سري ۴۰۰ تنها داراي كروم است كه خاصيت مغناطيسي فولاد زنگ نزن را حفظ مي كند.

يكي از روش هاي تشخيص استينلس استيل از كربن استيل نيز اين مي باشد كه در صورتي كه آهن ربا به آن نچسبيد اين قطعي است كه فولاد زنگ نزن است ولي اگر آهن ربا به آن بچسبيد هنوز دليل بر تشخيص فولاد زنگ نزن از فولاد كربن دار نيست..

پس براي انتخاب يك استينلس استيل مناسب كاربري بايد به موارد زيادي از جمله گريد استيل ، سطح استيل ، كاربري آن و خاصيت مغناطيسي استيل توجه كرد.

تاريخچه استيل ضد زنگ stainless steel

در علم فلزات ، استيل ضد زنگ (stainless steel) به اسم استيل inox steel يا inox شناخته مي شود.inox از لغت فرانسوي “inoxydable” به معني “ضد زنگ” گرفته شده است.

استيل ضد زنگ به آساني زنگ نمي زند .پوسيدگي و يا زنگ زدگي به وسيله آب در استيل معمولي وجود دارد اما علارغم اسمش stainless steel بطور كامل مقاوم در برابر زنگ زدگي نيست ، اين فولاد براي مكانهاي كم اكسيژن مناسب است ، همچنين آليازي ديگري از استيل با نام استيل مقاوم در برابر خوردگي يا CRES وجود دارد. زماني كه جزيياتي از نوع و درجه فولاد موجود نبود. اين نوع استيل در صنايع هواپيمايي استفاده مي شد. اكنون درجه هاي مختلفي از استيل وجود دارد با نمايي زيبا و مناسب استفاده در محيط اطراف مبتني بر نياز مصرف كننده. استيل ضد زنگ يا همان stainless steel مكانهايي مصرف مي شود كه ما نياز به هر مزيت مقاومت بالا و ضد زنگ زدگي را خواستار باشيم.

استيل ضد زنگ (Stainless steel) با فولاد كربن دار و مقدار متفاوت درصد كروم عرضه مي گردد. كربن موجود در استيل اگر محافظت نشود زماني كه در مجاورت اكسيژن و رطوبت قرار بگيرد به آساني زنگ مي زد. زنگ زدگي باعث تسريع در خوردگي و زنگ زدگي مي شود و در طولاني مدت باعث پوسته پوسته شدن و پوسيدگي و خورد شدن فلز مي شود. استيل زد زنگ داراي مقدار كافي از كرم است كه به شكل يك لايه غير فعال از كرم است كه مانع از خوردگي سطح و نفوذ آن به داخل سطح فلز مي شود.

فولادها از نظر آلياژي به چهار گروه اصلي تقسيم مي شوند:

1- فولادهاي ساده كربني

2- فولادهاي كم آلياژ

3- فولادهاي متوسط آلياژ

4- فولادهاي پر آلياژ

در فولادهاي ساده كربني، كربن اصلي ترين عنصر آلياژي بوده و عناصري مانند منگنز و سيليسيوم و آلومينيوم به مقدار جزيي و براي گاز زدايي به آن ها اضافه مي شود. ميزان كربن اين فولادها نقش اصلي در ميزان افزايش استحكام آنها پس از عمليات حرارتي دارد.

اين فولادها به سه گروه كم كربن، كربن متوسط و پر كربن تقسم مي شوند:

1- فولادهاي كم كربن با حداكثر 0.25 درصد كربن Low Carbon Steel

2- فولاد كربن متوسط با 0.55-0.25 درصد كربن Medium carbon steel

3- فولاد پر كربن با 0.5 >درصد كربن High carbon steel

پس از فولادهاي كربني، فولادهاي كم آلياژ و متوسط آلياژ بوده كه ميزان منگنز و سيليسيوم آنها بيشتر از مقدار لازم براي اكسيژن زدايي مي باشد و عناصر ديگري مثل نيكل، كرم و موليبدن نيز به آنها اضافه شده است. عناصري مانند تيتانيوم، نيوبيوم، مس و بر نيز در صورت لزوم و به ميزان جزيي ممكن است به آنها اضافه شود. افزودن اين عناصر آلياژي به فولادها جهت بهبود عمليات حرارتي پذيري آنها و افزايش برخي خواص فيزيكي و مكانيكي مي باشد.

لازم به ذكر است كه جهت طبقه بندي فولادهاي كم آلياژ، متوسط آلياژ و پر آلياژ محدوديتي وجود نداشته و عموما به فولادهاي حاوي بيش از 10% عناصر آلياژي، فولادهاي پرآلياژ مي گويند.

دياگرام آهن - كربن

دياگرام فازي دوتايي آهن – كربن، دياگرامي تعادلي از كربن در محلول جامد آهن است كه نشان دهنده تغييرات ساختاري آلياژهاي آهن – كربن نسبت به درجه حرارت مي باشد. اين دياگرام بر حسب درصد كربن آلياژ، درجه حرارت، سرد كردن يا گرم كردن بسيار آهسته رسم شده و به همين علت به آن دياگرام تعادلي آهن – كربن مي گويند.

از آنجايي كه آهن و كربن تشكيل يك تركيب واسطه به نام سمنتيت Fe3C مي دهد، اين دياگرام را دياگرام آهن – سمانتيت نيز مي نامند.

آهن ماده اي آلوتروپيك (چند ساختاري) بوده و در حين انجماد از حالت مذاب تا رسيدن به دماي محيط، تبديل به ساختارهاي مختلف مي شود. در نمودار آهن - كربن سمانتيت، آستنيت، لدبوريت، آهن آلفا، آهن گاما و آهن بتا ديده مي شود.

در نمودار آهن-كربن سه نوع فولاد با تركيب و ريزساختار مختلف ديده مي شود (يوتكتوئيدي، هيپويوتكتوئيدي، هايپريوتكتوئيدي) كه توضيحات آن در لينك زير به تفصيل آمده است.

فولادهاي ساده كربني

فولادهاي ساده كربني مهمترين گروه آلياژهاي مهندسي هستند. اين فولادها به علت هزينه نسبتا كم توليد و داشتن گستره وسيعي از خواص در بين مواد مهندسي در درجه اول اهميت قرار دارند. كاربرد فولادهاي ساده كربني نامحدود بوده و مي تواند شامل ورق، نوار، ميله، سيم، محصولات لوله اي، شكل هاي ساختماني، آهنگري شده، ريخته گري و ... باشد.

طبقه بندي فولادهاي ساده كربني

فولادهاي ساده كربني بسته به نوع و كاربردشان در چند سيستم مختلف دسته بندي مي شوند و دسته بندي منحصر به فردي كه در مورد تمامي فولادهاي ساده كربني به كار رود، وجود ندارد. دو سيستم مختلفي كه در اين زمينه بيشترين كاربرد را دارند عبارتند از: ASTM و AISI-SAE

سيستم دسته بندي AISI-SAE براي فولادهاي ساده كربني

اين سيستم در مورد ميلگردهاي نورد سرد و نورد گرم شده، سيم ها، ميله ها و لوله هاي بدون درز و محصولات نيمه تمام براي آهنگري به كار برده مي شود. از آنجا كه در فولادهاي ساده كربني، درصد كربن نقش اصلي و تعيين كننده ميزان استحكام آنها مي باشد، در اين سيستم از درصد كربن براي شناسايي فولادهاي مختلف استفاده مي شود.

براي نامگذاري از چهار عدد استفاده شده كه دو عدد اول 10 مشخص كننده فولاد ساده كربني است. دو رقم بعدي مشخص كننده صدم درصد كربن است.

به عنوان مثال؛ عدد 1020 مشخص كننده فولاد ساده كربني با 0.2% اسمي كربن است.

اثر عناصر آلياژي بر فولادهاي ساده كربني

فولادهاي ساده كربني ، علاوه بر كربن حاوي عناصر زير نيز مي باشند:

منگنز تا 1%

گوگرد تا 0.05%

فسفر تا 0.04%

سيليسيم تا 0.3%

منگنز

محدوده استفاده از منگنز در فولادهاي ساده كربني مي تواند از حداكثر 0.35% در فولاد 1005 تا حداكثر 1% در فولادهاي 1085 AISI متغير باشد. منگنز با گوگرد موجود در فولاد تركيب شده و سولفيد منگنز را ايجاد مي كند. منگنز با ريزكردن پرليت و ايجاد محلول جامد با فريت موجب افزايش استحكام تسليم فولادهاي ساده كربني مي شود.

گوگرد

گوگرد مي تواند حداكثر تا 0.05% در فولاد ساده كربني وجود داشته باشد. معمولا با منگنز تركيب شده و تشكيل آخال MnS مي دهد. اگر گوگرد با آهن تركيب شود، تشكيل FeS داده كه معمولا در مرزدانه ها رسوب مي كند. از آنجايي كه FeS تركيبي سخت بوده و داراي نقطه ذوب پاييني مي باشد، لذا ممكن است در حين كارسرد و يا كارگرم فولاد ايجاد ترك كند. به همين دليل و براي جلوگيري از تشكيل اين تركيب نامطلوب مي بايست نسبت منگنز به گوگرد فولادها حدود 5 به 1 باشد.

فسفر

از آنجايي كه فسفر تركيب خيلي تردي با آهن تشكيل مي دهد(Fe3P)، لذا ميزان فسفر فولادهاي كربني در حد 0.04% محدود مي باشد.

سيليسيم

سيليسيم به عنوان اكسيژن زدا، حين فولادسازي به مذاب اضافه شده و تشكيل آخال هاي SiO2 مي دهد. ميزان سيليسيم فولاد ساده كربني مي تواند از 0.1 تا 0.3% متغير باشد.

در مقايسه با فولادهاي كم كربن عمليات حرارتي ناپذير كه كربني بين 0.06 تا 0.1 درصد دارند، فولادهاي دسته اول داراي سختي و استحكام بيشتري بوده ولي شكل پذيري سرد كمتري دارند. استحكام اين دسته فولادها را مي توان با عمليات حرارتي بالا برد اما اين روش اقتصادي نمي باشد. جهت افزايش سختي اين فولادها، آنها را كربوره كرده يا به طور سطحي سخت مي كنند. براي كربوره كردن معمولا فولادهاي AISI 1016,1018,1019 انتخاب شده و براي مقاطع بزرگتر، فولادهاي AISI1015,1020,1022 به كار مي رود.

دسته دوم، فولادهاي كربن متوسط، كربن بيشتري داشته و معمولا با كوئنچ و تمپر (آب دهي و برگشت)، استحكام مي يابند. اگر انتخاب محلول و دماي كوئنچ (آبدهي) مناسب باشد، مي توان محدوده وسيعي از خواص مكانيكي را بدست آورد. در بين اين سه گروه از فولادهاي ساده كربني سختي پذير، دسته دوم بيشترين و وسيع ترين كاربرد را داشته و بيشتر قطعات خودرو از اين فولادها ساخته مي شوند.

دسته سوم فولادهاي ساده كربني كه كربني بالاتر از 0.55% دارند، نسبت به فولادهاي كربن متوسط كاربرد كمتري دارند زيرا هزينه توليد و ساخت آنها گران تر بوده و قابليت جوشكاري و شكل پذيري كمتري دارند. و چون كربن بيشتري دارند در اثر فرايند آبدهي، حداكثر سختي را به دست مي آورند.

فولادهاي آلياژي

اگرچه توليد فولادهاي ساده كربني ارزان مي باشد اما در كاربردهاي مختلف مهندسي، اين فولادها هميشه جوابگو نيستند. فولادهاي آلياژي اگرچه از لحاظ قيمت گران تر از فولادهاي ساده كربني هستند اما در عمل استفاده از آنها در صنعت اقتصادي تر مي باشد. عناصر آلياژي كه در توليد فولادهاي آلياژي استفاده مي شود عبارتند از: نيكل، كرم، موليبدن، منگنز، سيليسيم و واناديم. در بعضي موارد عناصري ديگري مثل كبالت، مس و سرب نيز اضافه مي شود.

عناصر آلياژي جهت حصول خوا ص متالورژيكي مطلوب به فولادها اضافه مي شود كه بعضي از مهم ترين آنها عبارتند از:

1- بهبود خواص مكانيكي در دماهاي مختلف

2- افزايش دماي باز پخت با حفظ استحكام و بهبود شكل پذيري

3- بهبود مقاومت به خوردگي در دماهاي بالا

و ساير موارد.

طبقه بندي فولادهاي آلياژي

در تعريف كلي، فولادهاي حاوي تا 50% عناصر آلياژي را فولاد آلياژي مي گويند. اما از از نقطه نظر فني، فولاد آلياژي به فولادهاي ماشين سازي و ساختماني عمليات حرارتي پذير كه حاوي 1 تا 4 درصد عناصر آلياژي هستند، اطلاق مي شود.

اين فولادها در ايالات متحده امريكا عموما با سيستم نامگذاري AISI-SAE مشخص مي شوند. در اين سيستم براي نامگذاري هر فولاد آلياژي از يك عدد چهار رقمي استفاده شده كه دو رقم اول مشخص كننده عنصر آلياژي اصلي يا گروه عناصر آلياژي و دو رقم آخر مشخص كننده تقريبي درصد اسمي كربن در آلياژ است.

كاربرد انواع مختلف فولاد

از فولادي كه تا ??? درصد كربن دارد، براي ساختن سيم، لوله و ورق فولاد استفاده مي‌شود. فولاد متوسط ??? تا ??? درصد كربن دارد و آن را براي ساختن ريل، ديگ بخار و قطعات ساختماني بكار مي‌برند. فولادي كه ??? تا ??? درصد كربن دارد، سخت است و از آن براي ساختن ابزارآلات، فنر و كارد و چنگال استفاده مي‌شود.

ناخالصي‌هاي آهن و توليد فولاد

آهني كه از كوره بلند خارج مي‌شود، چدن ناميده مي‌شود كه داراي مقاديري كربن، گوگرد، فسفر، سيليسيم، منگنز و ناخالصي‌هاي ديگر است. در توليد فولاد دو هدف دنبال مي‌شود:

سوزاندن ناخالصي‌هاي چدن

افزودن مقادير معين از مواد آلياژ دهنده به آهن

منگنز، فسفر و سيليسيم در چدن مذاب توسط هوا يا اكسيژن به اكسيد تبديل مي‌شوند و با كمك ذوب مناسبي تركيب شده، به صورت سرباره خارج مي‌شوند. گوگرد به صورت سولفيد وارد سرباره مي‌شود و كربن هم مي‌سوزد و مونوكسيد كربن (CO) يا دي‌اكسيد كربن (CO?) در مي‌آيد. چنانچه ناخالصي اصلي منگنز باشد، يك كمك ذوب اسيدي كه معمولاً دي‌اكسيد سيلسيم (SiO?) است، بكار مي‌برند:

(MnO + SiO? ——-> MnSiO?(l

و چنانچه ناخالصي اصلي سيلسيم يا فسفر باشد (و معمولاً چنين است)، يك كمك ذوب بازي كه معمولاً اكسيد منيزيم (MgO) يا اكسيد كلسيم (CaO) است، اضافه مي‌كنند:

(MgO + SiO? ——-> MgSiO?(l

(?MgO + P?O?? ——-> ?Mg?(PO?)?(l

كوره توليد فولاد و جدا كردن ناخالصي‌ها

معمولاً جداره داخلي كوره‌اي را كه براي توليد فولاد بكار مي‌رود، توسط آجرهايي كه از ماده كمك ذوب ساخته شده‌اند، مي‌پوشانند. اين پوششي مقداري از اكسيدهايي را كه بايد خارج شوند، به خود جذب مي‌كند. براي جدا كردن ناخالصي‌ها، معمولاً از روش كوره باز استفاده مي‌كنند. اين كوره يك ظرف بشقاب مانند دارد كه در آن ??? تا ??? تن آهن مذاب جاي مي‌گيرد. بالاي اين ظرف، يك سقف مقعر قرار دارد كه گرما را روي سطح فلز مذاب منعكس مي‌كند. جريان شديدي از اكسيژن را از روي فلز مذاب عبور مي‌دهند تا ناخالصي‌هاي موجود در آن بسوزند.

در اين روش ناخالصيها در اثر انتقال گرما در مايع و عمل پخش به سطح مايع مي‌آيند و عمل تصفيه چند ساعت طول مي‌كشد، البته مقداري از آهن، اكسيد مي‌شود كه آن را جمع‌آوري كرده، به كوره بلند باز مي‌گردانند.

روش ديگر جدا كردن ناخالصي‌ها از آهن در روش ديگري كه از همين اصول شيميايي براي جدا كردن ناخالصي‌ها از آهن استفاده مي‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و كمك ذوب در كوره‌اي بشكه مانند كه گنجايش ??? تن بار را دارد، مي‌ريزند.

جريان شديدي از اكسيژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدايت مي‌كنند و با كج كردن و چرخاندن بشكه، همواره سطح تازه‌اي از فلز مذاب را در معرض اكسيژن قرار مي‌دهند. اكسايش ناخالصي‌ها بسيار سريع صورت مي‌گيرد و وقتي محصولات گازي مانند CO? رها مي‌شوند، توده مذاب را به هم مي‌زنند، بطوري كه آهن ته ظرف، رو مي‌آيد. دماي توده مذاب، بي آنكه از گرماي خارجي استفاده شود، تقريباً به دماي جوش آهن مي‌رسد و در چنين دمايي، واكنشها فوق‌العاده سريع بوده، تمامي‌ اين فرايند، در مدت يك ساعت يا كمتر كامل مي‌شود و معمولاً محصولي يكنواخت و داراي كيفيت خوب بدست مي‌آيد.

استيل چيست؟

آلياژي كه پايه آن از آهن است و كمتر از ۲% كربن دارد استيل يا فولاد ناميده مي شود . بسته به نوع و مقدار ديگر عناصر موجود در آن خواص مكانيكي نظير سختي و شكل پذيري مشخص مي شود . فولاد نقره اي

فولاد هاي ساده كربني و آلياژي چيست ؟

فولاد ها به دو دسته ساده كربني و آلياژي دسته بندي مي شوند . در فولاد ساده كربني بجز كربن و بعضي عناصر معمول ( مثل سيليسيم ، منگنز ، گوگرد و فسفر ) عنصر ديگري وجود ندارد . دسته بندي فولاد هاي ساده كربني به شكل جدول زير است .

با افزودن برخي عناصر به آهن آلياژ هايي توليد مي شود كه خواص بسيار عالي دارند . به عنوان مثال با اضافه نمودن كروم به آهن ، استيل ضد زنگ يا استينلس استيل بدست مي آيد كه در مقابل خوردگي ها ي مختلف مقاومت بالايي دارد . استيل 304 چه چيز باعث مي شود استينلس استيل ضد زنگ باشد ؟

استيل وقتي ضد زنگ است كه حداقل ۱۰٫۵ % كروم داشته باشد . كروم پس از تركيب با اكسيژن هوا اكسيد كروم تشكيل ميدهد كه لايه اي روي استينلس استيل تشكيل مي دهد . اين لايه ديده نمي شود ولي باعث مي شود ارتباط بين هوا و فلز از بين رفته و استيل سالم بماند . مقدار بيشتر كروم و نيز برخي ديگر از عناصر موجود در آلياژ شبيه نيكل و موليبدن اين لايه را تقويت كرده و خاصيت ضد زنگ بودن را افزايش مي دهد . استيل 321 فرق استيل ۳۰۴ و ۳۱۶ چيست ؟ استيل ۳۰۴ حاوي ۱۸% كروم و ۸% نيكل است در صورتيكه استيل ۳۱۶ داراي ۱۶% كروم ، ۱۰% نيكل و ۲% موليبدن است . موليبدن براي كمك به مقاومت در برابر خوردگي ناشي ا ز كلرايد (مثل آب دريا ) به آن اضافه مي شود .

آيا استينلس استيل ها جذب آهنربا مي شوند ؟

اسينلس استيل هاي سري ۳۰۰ كه داراي نيكل هستند جذب آهنربا نمي شوند در صورتيكه سري ۴۰۰ كه داراي نيكل نبوده و فقط كروم دارند جذب آهنربا مي شوند . فولاد CK75 حرف L بعد از نام استينلس استيل (مثل ۳۱۶L ) نشانه چيست ؟

حرف L نشانه كلمه Low carbon بوده ، بيانگر آنست كه مقدار كربن آلياژ به كمتر از ۰٫۰۳% كاهش پيدا كرده است . اين مقدار كم كربن باعث مي شودبعد از عمليات جوشكاري ، همچنان لايه اكسيد محافظتي روي سطح حضور داشته باشد .

آيا استينلس استيل قابل بازيافت است ؟

استينلس استيل ۱۰۰% قابل بازيافت است . استيل ضايعاتي ذوب شده و دوباره قالب گيري مي شود . بين ۶۸ تا ۸۰ درصد از توليد استينلس استيل به روش بازيافت ضايعات صورت مي گيرد .

آيا استينلس استيل مي تواند در دماهاي بالا و پائين كار كند ؟

بله ، استينلس استيل مقاومت بسيار خوبي در مقابل دماهاي بسيار بالا ( تا هزار درجه سانتيگراد ) و بسيار پائين (تا منفي ۲۰۰ درجه سانتيگراد )دارد.

نام گذاري استيل ها( ۳۰۴ ، ۳۱۶ ، …) توسط چه كسي صورت گرفته ؟

انجمن آهن و فولاد آمريكا(AISI) براي اولين بار اقدام به دسته بندي و نامگذاري استينلس استيل ها نمود و مشخصات فيزيكي و شيميائي و نيز دستورالعمل توليد آنها را عرضه نمود .

CK45 چه نوع فولادي است ؟

يك نوع فولاد ساده با كربن متوسط ( در حدود ۰٫۴۵%) كه بخاطر قيمت پائين بعضا براي ساخت محور پمپ مورد استفاده قرار مي گيرد .به علت كم بودن مقدار كروم در مقابل زنگ زدگي و خوردگي مقاوم نيست .

فولاد داپلكس چيست ؟

اين نوع فولاد بين ۱۹ تا ۲۸ درصد كروم و تا ۵% موليبدن داشته و داراي ماومت بسيار بالايي در برابر خوردگي مي باشد و به اين لحاظ بهترين گزينه براي ساخت قطعات در معرض خوردگي ناشي از آب دريا مي باشد .

استنلس استيل چيست ؟

نوعي فولاد آلياژي است كه درصد عناصر نيكل و كروم آن نسبت به بقيه عناصر تشكيل دهنده آن بالاتر است . به طور كلي اگر ميزان كروم فولاد از ۵/۱۰ درصد بيشتر باشد آن را استنلس استيل مي نامند . اين مقدار كروم باعث مي شود كه هنگام خوردگي لايه نازكي روي فولاد تشكيل شود و همين لايه باعث جلوگيري از خوردگي هاي بعدي مي شود و عملاً باعث ترميم خوردگي مي شود . ضمناً كربن آن كمتر از ۵/۱ درصد مي باشد .

انواع گريد هاي استنلس استيل

سري ۳۰۰ يا استيل نگير ( غير مغناطيسي ) : آلياژ آهن ، كروم ، نيكل با كربن كمتر از ۱/۰ درصد .سري ۴۰۰ يا استيل بگير ( مغناطيسي ) : آلياژ آهن ، كروم با كربن كمتر از ۱/۰ درصد .

سري ۳۰۰ و موارد كاربرد آن

۳۰۴ رايجترين گريد استنلس استيل است كه همان ۸/۱۸ كلاسيك مي باشد .۳۱۶ بعد از ۳۰۴ رايجترين گريد است و در صنايع غذايي و جراحي كاربرد دارد ، به علاوه آلياژ موليبدن موجود در آن از فرسايش جلوگيري مي كند . همچنين بخاطر مقاومت زياد در بربر كلر در مقايسه با گريد ۳۰۴ در صنايع دريايي هم بكار مي رود .

سري ۴۰۰ و موارد كاربرد آن

۴۱۰ مقاوم در برابر سايش است اما در برابر خوردگي مقاومت كمي دارد .۴۲۰ گريد مخصوص كارد و چنگال ، قابليت پوليش خوبي دارد .۴۳۰ گريد مخصوص دكوراسيون است به عناون مثال در تزئينات داخلي اتومبيل كاربرد دارد . قابليت شكل پذيري خوبي در درجه حرارت كم دارد و مقاوم در برابر خوردگي است .

خواص استنلس استيل

مقاوم در برابر خوردگي

ظاهر جذاب

مقاومت در برابر حرارت

به صورت كامل قابل بازيافت

عمر طولاني و مفيد در قياس با هزينه پرداختي

فولاد زنگ نزن آليا‍ژي از فولاد است كه از ۱۰٫۵ درصد يا بيشتر كروم و بيش از ۵۰ درصد آهن تشكيل شده باشد .كروم موجود در استيل باعث به وجود آمدن يك سطح سخت و يكپارچه در برابر زنگ زدگي مي شود .قابليت ضد زنگ بودن با اضافه كردن درصد بيشتر كروم و همچنين آلياژهاي ديگر نظير بهبود مي يابد .

تكنولوژي TITANIUM ION PLATING

دربها و نرده هاي طلايي , رنگ نشده و با استفاده از اين روش پيشرفته يونهاي تيتانيوم بر روي استيل قرار گرفته و رنگ آن را تغيير مي دهند . قابل توجه است كه بر خلاف نمونه هاي مشابه ديگر مادام العمر تغيير رنگ نداده و زنگ نمي زنند و دليل آن هم استفاده از همين تكنولوژي جديد مي باشد .

فولاد ضد زنگ چيست و مخترع آن چه كسي است؟

فولاد ضد زنگ به گروهي از آلياژها با پايه آهني گفته مي‌شود كه حاوي حداقل ۱۱ درصد كروم (Cr) مي‌باشد. كروم عنصري اساسي است كه با تشكيل يك فيلم اكسيد كروم در سطح فولاد آن را ضد زنگ مي‌سازد.هنگامي كه فولاد ضد زنگ بريده يا خراش داده مي‌شود، كروم موجود در سطح سريعاً اكسيد مي‌شود و فيلم اكسيد ناحيه صدمه ديده را ترميم مي‌كند. به دليل همين خاصيت خود ترميمي (خودشفايي/ Self healing) است كه فولاد را بدون زنگ (Stainless) مي‌نامند.اولين فولاد ضد زنگ به صورت آلياژ، مارتنزيتي Fe-Cr-C توسط دانشمند انگليسي به نام هاري بررلي (Harry Brearley) در ۱۹۱۲ تهيه گرديد. اولين ريخته‌گري تجارتي فولاد ضد زنگ در سال ۱۹۱۳ در شفيلد انگلستان به توليد رسيد و حق ثبت آمريكايي جهت اين اختراع در سال ۱۹۱۶ به آقاي هاري بررلي اهدا گرديد.

آيا فولاد ضد زنگ، زنگ مي‌زند؟

در وا­قع اين موضوع كه فولاد ضد زنگ، زنگ نمي‌‌زند يك تصور نادرستي است. اين برداشت ناصحيح برخي موارد منجر به مشاجرات و حتي تعقيب قانوني بين كارفرمايان و پيمانكاران مي‌شود. فولادهاي ضد زنگ فقط در شرايطي خاص نظير محيط‌هاي غيرآلوده و آب شيرين يا آب دريا (به صورت جاري) بدون زنگ باقي مي‌مانند. در هواي مرطوب دريايي يا در داخل آب ساكن (راكد) فولاد ضد زنگ نوع ۳۰۴ زنگ مي‌زند، و اغلب به صورت موضعي دچار خوردگي حفره‌اي مي‌گردد. به طور كلي ماهيت محيط و تركيب شيمايي فولاد هر دو در تشكيل زنگ و خوردگي حفره‌اي فولاد ضد زنگ نقش تعيين كننده‌اي دارند.

دليل پاك شدن لايه كروم در عمليات حرارتي چيست؟

در عمليات حرارتي و يا جوش‌كاري، دماي فولاد ضد زنگ به حدود ۸۵۰-۵۵۰ درجه سانتيگراد مي‌رسد. كروم و كربن با يكديگر وارد واكنش مي‌شود و كاربايدكروم( Chromium Carbide)توليد مي‌گردد كه در امتداد مرز دانه‌ها رسوب مي‌كند. به همين دليل كروم موجود در منطقه اطراف مرزدانه (ناحيه مرزي) تخليه مي‌شود. ناحيه مرزي كه كروم آن تخليه شده (فقير نسبت به كروم) نسبت به ساير مناطق سالم سطح فلز كه كروم آن مناطق تخليه نشده‌اند در برابر خوردگي مقاومت كمتري دارد.

فولاد ضد زنگي را كه در ساختار بلوري آن كار بايد كروم به وجود آمده باشد “حساس شده (Sensitized)” مي‌نامند. فولاد‌هاي حساس شده نسبت به خوردگي مرزدانه‌اي يا فساد جوش بيشتر مستعد مي‌شوند.

استيل هاي بگير و نگير

به فولاد زنگ نزني كه خاصيت جذب توسط آهن ربا را داشته باشد بگير و به فولاد زنگ نزني كه توسط آهن ربا جذب نشود نگير مي گويند. فولاد هاي زنگ نزن سري ۳۰۰ (مانند ۳۰۴ و ۳۱۶ ) داراي كروم هستند كه منجر به نگير بودن استيل مي شوند. و اين درحالي است كه استيل هاي سري ۴۰۰ تنها داراي كروم است كه خاصيت مغناطيسي فولاد زنگ نزن را حفظ مي كند.

يكي از روش هاي تشخيص استينلس استيل از كربن استيل نيز اين مي باشد كه در صورتي كه آهن ربا به آن نچسبيد اين قطعي است كه فولاد زنگ نزن است ولي اگر آهن ربا به آن بچسبيد هنوز دليل بر تشخيص فولاد زنگ نزن از فولاد كربن دار نيست..

پس براي انتخاب يك استينلس استيل مناسب كاربري بايد به موارد زيادي از جمله گريد استيل ، سطح استيل ، كاربري آن و خاصيت مغناطيسي استيل توجه كرد.

تاريخچه استيل ضد زنگ stainless steel

در علم فلزات ، استيل ضد زنگ (stainless steel) به اسم استيل inox steel يا inox شناخته مي شود.inox از لغت فرانسوي “inoxydable” به معني “ضد زنگ” گرفته شده است.

استيل ضد زنگ به آساني زنگ نمي زند .پوسيدگي و يا زنگ زدگي به وسيله آب در استيل معمولي وجود دارد اما علارغم اسمش stainless steel بطور كامل مقاوم در برابر زنگ زدگي نيست ، اين فولاد براي مكانهاي كم اكسيژن مناسب است ، همچنين آليازي ديگري از استيل با نام استيل مقاوم در برابر خوردگي يا CRES وجود دارد. زماني كه جزيياتي از نوع و درجه فولاد موجود نبود. اين نوع استيل در صنايع هواپيمايي استفاده مي شد. اكنون درجه هاي مختلفي از استيل وجود دارد با نمايي زيبا و مناسب استفاده در محيط اطراف مبتني بر نياز مصرف كننده. استيل ضد زنگ يا همان stainless steel مكانهايي مصرف مي شود كه ما نياز به هر مزيت مقاومت بالا و ضد زنگ زدگي را خواستار باشيم.

استيل ضد زنگ (Stainless steel) با فولاد كربن دار و مقدار متفاوت درصد كروم عرضه مي گردد. كربن موجود در استيل اگر محافظت نشود زماني كه در مجاورت اكسيژن و رطوبت قرار بگيرد به آساني زنگ مي زد. زنگ زدگي باعث تسريع در خوردگي و زنگ زدگي مي شود و در طولاني مدت باعث پوسته پوسته شدن و پوسيدگي و خورد شدن فلز مي شود. استيل زد زنگ داراي مقدار كافي از كرم است كه به شكل يك لايه غير فعال از كرم است كه مانع از خوردگي سطح و نفوذ آن به داخل سطح فلز مي شود.

فولادها از نظر آلياژي به چهار گروه اصلي تقسيم مي شوند:

1- فولادهاي ساده كربني

2- فولادهاي كم آلياژ

3- فولادهاي متوسط آلياژ

4- فولادهاي پر آلياژ

در فولادهاي ساده كربني، كربن اصلي ترين عنصر آلياژي بوده و عناصري مانند منگنز و سيليسيوم و آلومينيوم به مقدار جزيي و براي گاز زدايي به آن ها اضافه مي شود. ميزان كربن اين فولادها نقش اصلي در ميزان افزايش استحكام آنها پس از عمليات حرارتي دارد.

اين فولادها به سه گروه كم كربن، كربن متوسط و پر كربن تقسم مي شوند:

1- فولادهاي كم كربن با حداكثر 0.25 درصد كربن Low Carbon Steel

2- فولاد كربن متوسط با 0.55-0.25 درصد كربن Medium carbon steel

3- فولاد پر كربن با 0.5 >درصد كربن High carbon steel

پس از فولادهاي كربني، فولادهاي كم آلياژ و متوسط آلياژ بوده كه ميزان منگنز و سيليسيوم آنها بيشتر از مقدار لازم براي اكسيژن زدايي مي باشد و عناصر ديگري مثل نيكل، كرم و موليبدن نيز به آنها اضافه شده است. عناصري مانند تيتانيوم، نيوبيوم، مس و بر نيز در صورت لزوم و به ميزان جزيي ممكن است به آنها اضافه شود. افزودن اين عناصر آلياژي به فولادها جهت بهبود عمليات حرارتي پذيري آنها و افزايش برخي خواص فيزيكي و مكانيكي مي باشد.

لازم به ذكر است كه جهت طبقه بندي فولادهاي كم آلياژ، متوسط آلياژ و پر آلياژ محدوديتي وجود نداشته و عموما به فولادهاي حاوي بيش از 10% عناصر آلياژي، فولادهاي پرآلياژ مي گويند.

دياگرام آهن - كربن

دياگرام فازي دوتايي آهن – كربن، دياگرامي تعادلي از كربن در محلول جامد آهن است كه نشان دهنده تغييرات ساختاري آلياژهاي آهن – كربن نسبت به درجه حرارت مي باشد. اين دياگرام بر حسب درصد كربن آلياژ، درجه حرارت، سرد كردن يا گرم كردن بسيار آهسته رسم شده و به همين علت به آن دياگرام تعادلي آهن – كربن مي گويند.

از آنجايي كه آهن و كربن تشكيل يك تركيب واسطه به نام سمنتيت Fe3C مي دهد، اين دياگرام را دياگرام آهن – سمانتيت نيز مي نامند.

آهن ماده اي آلوتروپيك (چند ساختاري) بوده و در حين انجماد از حالت مذاب تا رسيدن به دماي محيط، تبديل به ساختارهاي مختلف مي شود. در نمودار آهن - كربن سمانتيت، آستنيت، لدبوريت، آهن آلفا، آهن گاما و آهن بتا ديده مي شود.

در نمودار آهن-كربن سه نوع فولاد با تركيب و ريزساختار مختلف ديده مي شود (يوتكتوئيدي، هيپويوتكتوئيدي، هايپريوتكتوئيدي) كه توضيحات آن در لينك زير به تفصيل آمده است.

فولادهاي ساده كربني

فولادهاي ساده كربني مهمترين گروه آلياژهاي مهندسي هستند. اين فولادها به علت هزينه نسبتا كم توليد و داشتن گستره وسيعي از خواص در بين مواد مهندسي در درجه اول اهميت قرار دارند. كاربرد فولادهاي ساده كربني نامحدود بوده و مي تواند شامل ورق، نوار، ميله، سيم، محصولات لوله اي، شكل هاي ساختماني، آهنگري شده، ريخته گري و ... باشد.

طبقه بندي فولادهاي ساده كربني

فولادهاي ساده كربني بسته به نوع و كاربردشان در چند سيستم مختلف دسته بندي مي شوند و دسته بندي منحصر به فردي كه در مورد تمامي فولادهاي ساده كربني به كار رود، وجود ندارد. دو سيستم مختلفي كه در اين زمينه بيشترين كاربرد را دارند عبارتند از: ASTM و AISI-SAE

سيستم دسته بندي AISI-SAE براي فولادهاي ساده كربني

اين سيستم در مورد ميلگردهاي نورد سرد و نورد گرم شده، سيم ها، ميله ها و لوله هاي بدون درز و محصولات نيمه تمام براي آهنگري به كار برده مي شود. از آنجا كه در فولادهاي ساده كربني، درصد كربن نقش اصلي و تعيين كننده ميزان استحكام آنها مي باشد، در اين سيستم از درصد كربن براي شناسايي فولادهاي مختلف استفاده مي شود.

براي نامگذاري از چهار عدد استفاده شده كه دو عدد اول 10 مشخص كننده فولاد ساده كربني است. دو رقم بعدي مشخص كننده صدم درصد كربن است.

به عنوان مثال؛ عدد 1020 مشخص كننده فولاد ساده كربني با 0.2% اسمي كربن است.

اثر عناصر آلياژي بر فولادهاي ساده كربني

فولادهاي ساده كربني ، علاوه بر كربن حاوي عناصر زير نيز مي باشند:

منگنز تا 1%

گوگرد تا 0.05%

فسفر تا 0.04%

سيليسيم تا 0.3%

منگنز

محدوده استفاده از منگنز در فولادهاي ساده كربني مي تواند از حداكثر 0.35% در فولاد 1005 تا حداكثر 1% در فولادهاي 1085 AISI متغير باشد. منگنز با گوگرد موجود در فولاد تركيب شده و سولفيد منگنز را ايجاد مي كند. منگنز با ريزكردن پرليت و ايجاد محلول جامد با فريت موجب افزايش استحكام تسليم فولادهاي ساده كربني مي شود.

گوگرد

گوگرد مي تواند حداكثر تا 0.05% در فولاد ساده كربني وجود داشته باشد. معمولا با منگنز تركيب شده و تشكيل آخال MnS مي دهد. اگر گوگرد با آهن تركيب شود، تشكيل FeS داده كه معمولا در مرزدانه ها رسوب مي كند. از آنجايي كه FeS تركيبي سخت بوده و داراي نقطه ذوب پاييني مي باشد، لذا ممكن است در حين كارسرد و يا كارگرم فولاد ايجاد ترك كند. به همين دليل و براي جلوگيري از تشكيل اين تركيب نامطلوب مي بايست نسبت منگنز به گوگرد فولادها حدود 5 به 1 باشد.

فسفر

از آنجايي كه فسفر تركيب خيلي تردي با آهن تشكيل مي دهد(Fe3P)، لذا ميزان فسفر فولادهاي كربني در حد 0.04% محدود مي باشد.

سيليسيم

سيليسيم به عنوان اكسيژن زدا، حين فولادسازي به مذاب اضافه شده و تشكيل آخال هاي SiO2 مي دهد. ميزان سيليسيم فولاد ساده كربني مي تواند از 0.1 تا 0.3% متغير باشد.

در مقايسه با فولادهاي كم كربن عمليات حرارتي ناپذير كه كربني بين 0.06 تا 0.1 درصد دارند، فولادهاي دسته اول داراي سختي و استحكام بيشتري بوده ولي شكل پذيري سرد كمتري دارند. استحكام اين دسته فولادها را مي توان با عمليات حرارتي بالا برد اما اين روش اقتصادي نمي باشد. جهت افزايش سختي اين فولادها، آنها را كربوره كرده يا به طور سطحي سخت مي كنند. براي كربوره كردن معمولا فولادهاي AISI 1016,1018,1019 انتخاب شده و براي مقاطع بزرگتر، فولادهاي AISI1015,1020,1022 به كار مي رود.

دسته دوم، فولادهاي كربن متوسط، كربن بيشتري داشته و معمولا با كوئنچ و تمپر (آب دهي و برگشت)، استحكام مي يابند. اگر انتخاب محلول و دماي كوئنچ (آبدهي) مناسب باشد، مي توان محدوده وسيعي از خواص مكانيكي را بدست آورد. در بين اين سه گروه از فولادهاي ساده كربني سختي پذير، دسته دوم بيشترين و وسيع ترين كاربرد را داشته و بيشتر قطعات خودرو از اين فولادها ساخته مي شوند.

دسته سوم فولادهاي ساده كربني كه كربني بالاتر از 0.55% دارند، نسبت به فولادهاي كربن متوسط كاربرد كمتري دارند زيرا هزينه توليد و ساخت آنها گران تر بوده و قابليت جوشكاري و شكل پذيري كمتري دارند. و چون كربن بيشتري دارند در اثر فرايند آبدهي، حداكثر سختي را به دست مي آورند.

فولادهاي آلياژي

اگرچه توليد فولادهاي ساده كربني ارزان مي باشد اما در كاربردهاي مختلف مهندسي، اين فولادها هميشه جوابگو نيستند. فولادهاي آلياژي اگرچه از لحاظ قيمت گران تر از فولادهاي ساده كربني هستند اما در عمل استفاده از آنها در صنعت اقتصادي تر مي باشد. عناصر آلياژي كه در توليد فولادهاي آلياژي استفاده مي شود عبارتند از: نيكل، كرم، موليبدن، منگنز، سيليسيم و واناديم. در بعضي موارد عناصري ديگري مثل كبالت، مس و سرب نيز اضافه مي شود.

عناصر آلياژي جهت حصول خوا ص متالورژيكي مطلوب به فولادها اضافه مي شود كه بعضي از مهم ترين آنها عبارتند از:

1- بهبود خواص مكانيكي در دماهاي مختلف

2- افزايش دماي باز پخت با حفظ استحكام و بهبود شكل پذيري

3- بهبود مقاومت به خوردگي در دماهاي بالا

و ساير موارد.

طبقه بندي فولادهاي آلياژي

در تعريف كلي، فولادهاي حاوي تا 50% عناصر آلياژي را فولاد آلياژي مي گويند. اما از از نقطه نظر فني، فولاد آلياژي به فولادهاي ماشين سازي و ساختماني عمليات حرارتي پذير كه حاوي 1 تا 4 درصد عناصر آلياژي هستند، اطلاق مي شود.

اين فولادها در ايالات متحده امريكا عموما با سيستم نامگذاري AISI-SAE مشخص مي شوند. در اين سيستم براي نامگذاري هر فولاد آلياژي از يك عدد چهار رقمي استفاده شده كه دو رقم اول مشخص كننده عنصر آلياژي اصلي يا گروه عناصر آلياژي و دو رقم آخر مشخص كننده تقريبي درصد اسمي كربن در آلياژ است.

كاربرد انواع مختلف فولاد

از فولادي كه تا ??? درصد كربن دارد، براي ساختن سيم، لوله و ورق فولاد استفاده مي‌شود. فولاد متوسط ??? تا ??? درصد كربن دارد و آن را براي ساختن ريل، ديگ بخار و قطعات ساختماني بكار مي‌برند. فولادي كه ??? تا ??? درصد كربن دارد، سخت است و از آن براي ساختن ابزارآلات، فنر و كارد و چنگال استفاده مي‌شود.

ناخالصي‌هاي آهن و توليد فولاد

آهني كه از كوره بلند خارج مي‌شود، چدن ناميده مي‌شود كه داراي مقاديري كربن، گوگرد، فسفر، سيليسيم، منگنز و ناخالصي‌هاي ديگر است. در توليد فولاد دو هدف دنبال مي‌شود:

سوزاندن ناخالصي‌هاي چدن

افزودن مقادير معين از مواد آلياژ دهنده به آهن

منگنز، فسفر و سيليسيم در چدن مذاب توسط هوا يا اكسيژن به اكسيد تبديل مي‌شوند و با كمك ذوب مناسبي تركيب شده، به صورت سرباره خارج مي‌شوند. گوگرد به صورت سولفيد وارد سرباره مي‌شود و كربن هم مي‌سوزد و مونوكسيد كربن (CO) يا دي‌اكسيد كربن (CO?) در مي‌آيد. چنانچه ناخالصي اصلي منگنز باشد، يك كمك ذوب اسيدي كه معمولاً دي‌اكسيد سيلسيم (SiO?) است، بكار مي‌برند:

(MnO + SiO? ——-> MnSiO?(l

و چنانچه ناخالصي اصلي سيلسيم يا فسفر باشد (و معمولاً چنين است)، يك كمك ذوب بازي كه معمولاً اكسيد منيزيم (MgO) يا اكسيد كلسيم (CaO) است، اضافه مي‌كنند:

(MgO + SiO? ——-> MgSiO?(l

(?MgO + P?O?? ——-> ?Mg?(PO?)?(l

كوره توليد فولاد و جدا كردن ناخالصي‌ها

معمولاً جداره داخلي كوره‌اي را كه براي توليد فولاد بكار مي‌رود، توسط آجرهايي كه از ماده كمك ذوب ساخته شده‌اند، مي‌پوشانند. اين پوششي مقداري از اكسيدهايي را كه بايد خارج شوند، به خود جذب مي‌كند. براي جدا كردن ناخالصي‌ها، معمولاً از روش كوره باز استفاده مي‌كنند. اين كوره يك ظرف بشقاب مانند دارد كه در آن ??? تا ??? تن آهن مذاب جاي مي‌گيرد. بالاي اين ظرف، يك سقف مقعر قرار دارد كه گرما را روي سطح فلز مذاب منعكس مي‌كند. جريان شديدي از اكسيژن را از روي فلز مذاب عبور مي‌دهند تا ناخالصي‌هاي موجود در آن بسوزند.

در اين روش ناخالصيها در اثر انتقال گرما در مايع و عمل پخش به سطح مايع مي‌آيند و عمل تصفيه چند ساعت طول مي‌كشد، البته مقداري از آهن، اكسيد مي‌شود كه آن را جمع‌آوري كرده، به كوره بلند باز مي‌گردانند.

روش ديگر جدا كردن ناخالصي‌ها از آهن در روش ديگري كه از همين اصول شيميايي براي جدا كردن ناخالصي‌ها از آهن استفاده مي‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و كمك ذوب در كوره‌اي بشكه مانند كه گنجايش ??? تن بار را دارد، مي‌ريزند.

جريان شديدي از اكسيژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدايت مي‌كنند و با كج كردن و چرخاندن بشكه، همواره سطح تازه‌اي از فلز مذاب را در معرض اكسيژن قرار مي‌دهند. اكسايش ناخالصي‌ها بسيار سريع صورت مي‌گيرد و وقتي محصولات گازي مانند CO? رها مي‌شوند، توده مذاب را به هم مي‌زنند، بطوري كه آهن ته ظرف، رو مي‌آيد. دماي توده مذاب، بي آنكه از گرماي خارجي استفاده شود، تقريباً به دماي جوش آهن مي‌رسد و در چنين دمايي، واكنشها فوق‌العاده سريع بوده، تمامي‌ اين فرايند، در مدت يك ساعت يا كمتر كامل مي‌شود و معمولاً محصولي يكنواخت و داراي كيفيت خوب بدست مي‌آيد.