فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

فولاد ساده کربنی

فولاد ساده کربنی ( فولاد) ، مادر آلیاژهای صنعتی و یکی از ارکان علوم مهندسی به ویژه مهندسی متالورژی است.

فولاد ساده کربنی

در توصیف اهمیت این آلیاژ کافی است بگوییم که صنعت فولاد، یکی از مهم ترین صنایع مادر هر کشور توسعه یافته محسوب می شود . رشد در این صنعت، رشد و پیشرفت اقتصادی را برای کشورها به همراه خواهد داشت.

 صنعت فولاد

اهمیت این آلیاژ، نیاز به شناخت آن برای تمامی مهندسین به خصوص مهندسین مواد و دست اندرکاران این صنعت احساس می شود.

فولاد ساده کربنی

فولاد را می توان آلیاژی دانست که آهن، عنصر پایه واصلی ، کربن عنصر آلیاژی اصلی آن باشد .

فولاد ساده کربنی

درصد کربن در فولادهای مختلف متغیر بوده و حداکثر مقداری حدود 2 درصد وزنی خواهد داشت.

فولاد ساده کربنی

فولاد تماما از آهن و کربن تشکیل نشده است . ساده ترین نوع فولادها (فولاد ساده کربنی) نیز عناصر آلیاژی دیگری در کنار این دو عنصررا به همراه دارند.

فولاد ساده کربنی

با توجه به اهمیت و نیاز بسیار زیادی که ازتنوع این آلیاژ در صنایع احساس می شود .

carbon steel 7 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

هزاران گرید فولاد تولید شده اند . با توجه به نوع و مقدار عناصر آلیاژی، نوع عملیات حرارتی، ریزساختار، کاربرد و … نام گذاری های متفاوتی دارند .

carbon steel 6 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

اما این فولادها، نیاز به شناخت خوبی از دسته بندی و آشنایی با سیستم نام گذاری آنها دارد .

carbon steel 9 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

دسته بندی فولادها از منظرهای متفاوتی انجام می شود . اما در یک دسته بندی ساده، می توان فولادها را با توجه به عناصر آلیاژی موجود در آن ها به دو دسته  فولادهای ساده کربنی و فولادهای آلیاژی طبقه بندی کرد .

carbon steel 11 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

منظور از فولاد ساده کربنی چیست؟

فولاد کربنی یا همان فولاد ساده کربنی (Plain Carbon Steel) یک نام گذاری کلی است که معرف خانواده بزرگی از فولادها است که کربن، اصلی ترین عنصر آلیاژی سازنده آن ها است .

carbon steel 12 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

در این آلیاژها کربن نقش اصلی را به عنوان عنصر آلیاژی ایفا می کند و خواص فولاد به صورت ویژه ای به مقدار کربن موجود در آن ها وابسته است .

carbon steel 13 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

اما موسسه انجمن آهن و فولاد آمریکا تعریف ویژه ای برای معرفی این دسته از فولادها ارائه کرده است . در این تعریف، 3 شرط برای این که یک فولاد، با نام فولاد ساده کربنی شناخته شود، ارائه شده است .

carbon steel 15 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

هیچ حداقل مقداری برای عناصر آلومینیوم، کروم، کبالت، نیوبیوم، مولیبدن، نیکل، تیتانیوم، تنگستن، وانادیوم، زیرکونیوم و هر عنصر دیگری که به منظور ایجاد یک تاثیر آلیاژی مناسب اضافه می شود، مشخص نشده است.

فولاد ساده کربنی

حداقل مقدار مس موجود در فولاد نباید کمتر از 0.04% باشد.

فولاد ساده کربنی

حداکثر مقدار مشخص شده برای عنصر منگنز 1.65%، سیلیسیوم 0.6% و مس 0.6% تعریف شده است.

فولاد ساده کربنی

عنصر آلیاژی دیگر در فولاد ساده کربنی

همان طور که در این تعریف ملاحظه می کنید، یک فولاد ساده کربنی علاوه بر کربن می تواند شامل چندین نوع عنصر آلیاژی دیگری باشد. این عناصر به 3 طریق می توانند در فولاد وجود داشته باشند:

فولاد ساده کربنی

دسته اول 

عناصری هستند که برای فولاد مناسب نبوده و باید در حداقل مقدار ممکن نگه داشته شوند. این عناصر به طور اتفاقی در ترکیب فولاد وارد شده و وجود بیش از حد آن ها، به شدت خواص مکانیکی فولاد را ضعیف می کند. اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، گوگرد و فسفر مهم ترین این عناصر هستند.

فولاد ساده کربنی

دسته دوم

 عناصری هستند که برای فولاد قابل قبول بوده و به صورت اتفاقی در فولاد وارد شده اند. مانند سیلیسیم و منگنز که در همه فولادها یافت می شوند.

فولاد ساده کربنی

دسته سوم 

عناصری هستند که به صورت عمدی به فولاد اضافه می شوند تا خاصیت ویژه ای به آن ببخشند. این خاصیت، می تواند به صورت بهبود استحکام، سختی، در جوش پذیری، مقاومت خوردگی و سایشی، کنترل اندازه دانه ها، بهبود مقاومت خزشی و … ظاهر شوند. نیکل، کروم، مولیبدن، آلومینیوم، وانادیم و … نمونه هایی از این عناصر هستند.

carbon steel 22 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی


دسته بندی فولادهای کربنی

بر اساس مقدار کربن، روش تولید و کاربردهای فولاد، دسته بندی های مختلفی را می توان برای این دسته از فولادها ارائه کرد. با توجه به درصد کربن، می توان طبقه بندی این فولادها را از دو جنبه در نظر گرفت:

carbon steel 23 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

حالت اول

 در صورتی که درصد کربن فولاد کمتر از 0.2% باشد، با نام فولاد کم کربن (low carbon steel , mild steel) شناخته می شود. در صورتی که کربن فولاد بین 0.2% تا 0.6% باشد، به نام فولاد کربن متوسط (medium carbon steel) معروف بوده و در صورتی که درصد کربن فولاد بیشتر از 0.6% باشد، با نام فولاد پر کربن (high carbon steel) شناخته می شود.

carbon steel 24 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

حالت دوم

استحاله یوتکتوئید در فولادها زمانی رخ می دهد که با کاهش دما، فاز آستنیت (γ) به دو فاز فریت (α) و سمنتیت (Fe3C) تجزیه شود. بر همین اساس، فولادهایی که درصد کربن کمتر از نقطه یوتکتوئید (0.76%) داشته باشند، به نام فولادهای هیپویوتکتوئید (Hypoeutectoid)، فولادهایی که درصد کربن برابر با 0.76% درصد داشته باشد با نام یوتکتوئید (Eutectoid) و فولادهایی که کربنی بیش از این مقدار داشته باشند، با نام فولادهای هایپریوتکتوئید (Hypereutectoid) شناخته می شوند.

carbon steel 25 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص فولاد کربنی
carbon steel 27 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

کربن

کربن مهم ترین عنصری است که خواص مکانیکی را در فولادهای کربنی رقم می زند. در واقع می توانیم بگوییم که ساختارفولادهای کربنی، تابع مقدار کربن موجود در آن ها است. با افزایش کربن، سختی فولادهای کربنی افزایش می یابد. هم چنین برای فولادهای هیپویوتکتوئید، با افزایش درصد کربن شاهد افزایش استحکام کششی فولاد خواهیم بود. اما این موضوع در مورد فولادهای هایپریوتکتوئید صادق نیست. افزایش کربن، انعطاف پذیری این دسته از فولادها را به شدت کاهش می دهد. به گونه ای که فولادی با 1.3% کربن، به شدت ترد و شکننده است.

carbon steel 26 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

سیلیسیوم

سیلیسیوم در مقادیر مختلف در تمامی فولادها حضور دارد. اضافه کردن این عنصر در قالب فروسیلیس باعث اکسیژن زدایی فولاد و کاهش تاثیرات نامطلوب آن می شود. این عنصر با انحلال در فاز فریت باعث افزایش استحکام فولاد از طریق تشکیل محلول جامد می شود. علاوه بر این موارد، سیلیسیوم با جلوگیری از تشکیل حفرات گازی، باعث افزایش تولید قطعات سالم ریختگی می شود.

carbon steel 28 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

منگنز

این عنصر نیز به صورت خواسته یا ناخواسته در تمامی فولادها حضور دارد. اصلی ترین نقش این عنصر نیز اکسیژن زدایی از فولاد است. این عنصر با گوگرد فولاد ترکیب شده و سولفید منگنز (MnS) را تشکیل می دهد که یک ترکیب دیرگداز است. به علاوه منگنز، نقطه تسلیم فولاد را بالا برده و استحکام کششی و چقرمگی آن را افزایش می دهد. توجه داشته باشید در صورتی که مقدار این عنصر از حد مجاز بیشتر شود، باعث اعوجاج و ترک در فولاد می شود.

carbon steel 29 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

مس

حضور این عنصر تا حدود 0.04%، خواص مکانیکی فولاد را به طور قابل توجه تحت تاثیر قرار نمی دهد، اما مقاومت در برابر خوردگی به خصوص در اتمسفر را بهبود می بخشد. در صورتی که مقدار مس بیش از حد مجاز باشد، قابلیت کارگرم فولاد کاهش می یابد.

carbon steel 30 1 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

گوگرد

این عنصر غالبا در فولادها به صورت سولفید آهن (FeS) یا سولفید منگنز (MnS) یافت می شود. در صورتی که گوگرد به صورت سولفید آهن در ساختار حضور یابد، با رسوب در مرزدانه ها خواص مکانیکی فولاد را به شدت تضعیف می کند. در صورتی که عملیات نورد یا آهنگری بر روی این فولاد در دمای بالای 1000 درجه سانتیگراد انجام شود، سولفید آهن ذوب شده و در مرزدانه ایجاد پارگی داغ (Hot shortness) می کند. اما سولفید منگنز ضرر کمتری دارد و با رسوب به صورت تکه تکه، از رشد ترک جلوگیری می کند .

carbon steel 31 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

فسفر

فسفر معمولا در فولاد ساده کربنی به صورت فاز فسفید آهن (Fe3C) مشاهده می شود. تشکیل این فاز باعث ایجاد ترک های سطحی در حین عملیات کار مکانیکی فولاد می شود که به پارگی سرد (Cold shortness) معروف است. این عنصر استحکام کششی و استحکام تسلیم فولاد را بالا می برد، اما کاهش شدیدی در انعطاف پذیری آن به وجود می آورد .

carbon steel 32 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

نیتروژن

منبع نیتروژن اتمسفر هوا است. بنابراین برای کنترل مقدار نیتروژن فولاد، باید کنترل مناسبی روی اتمسفر بالای آن داشته باشیم. مهم ترین تاثیر این عنصر، افزایش نقطه تسلیم فولاد با تشکیل باندهای لودر است. هم چنین هنگام اکسیژن زدایی توسط آلومینیوم، نیترید آلومینیوم (AlN) تشکیل می شود که با محدود ساختن رشد دانه، سبب ریزدانگی فولاد می شود.

carbon steel 33 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

هیدروژن

یکی از مضرتری عناصر گازی که در فولاد وجود دارد، هیدروژن است. این عنصر به دلیل سرعت نفوذ بالایی که دارد، در داخل ساختار نفوذ کرده و باعث ایجاد ترک هایی مویی یا ورقه ای می شود. فولادهای ساده کربنی بیشترین استعداد تردی هیدروژنی و ایجاد ترک را در بین فولادها دارند. تاثیر مضر این عنصر را می توان با عملیات کارگرم یا آنیل فولاد در دمای حدود 600 درجه سانتیگراد به حداقل رساند.

carbon steel 34 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

اکسیژن

اکسیژن در ترکیب با آهن، منگنز، سیلیسیوم و آلومینیوم آخال های اکسیدی غیرفلزی ایجاد می کند که پیوستگی ساختار را از بین می برد و باعث ایجاد خواص جهت دار در آن می شود. این عنصر هم چنین دمای انتقال را در فولاد افزایش داده و باعث کاهش انعطاف پذیری و چقرمگی آن می شود.

carbon steel 35 1 - فولاد ساده کربنی ، اساسی ترین فولاد در صنعت ، پدر فولادهای صنعتی

ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید:

اینستاگرام : https://www.instagram.com/folad_karan_tehran

فیسبوک: https://www.facebook.com/jamal.fazli.948

لینکدین: https://www.linkedin.com/in/jamal-fazli-65890a1b6

پینترست: https://nl.pinterest.com/fuladk

آپارات: https://www.aparat.com/FuladKaran

مطالعه مطالب بیشتر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *