آلیاژ موجود در تیر آهن

آلیاژ موجود در تیر آهن ، از آلیاژهای تیرآهن به منظور افزایش مقاومت و بهبود خواص مکانیکی تیرآهن استفاده می شود. آلیاژهای تیرآهن موادی هستند که به منظور افزایش مقاومت و بهبود خواص مکانیکی تیرآهن استفاده می گردد. این آلیاژها در زمان ساخت تیرآهن و در هنگام ذوب و ریخته گری، به شمش افزوده می شوند. هر کدام از این آلیاژها در مقاومت، استحکام، نوع کاربرد و همچنین قیمت تیرآهن تاثیرگذار هستند. از پرکاربردترین آلیاژهای فولادی در ساخت تیرآهن، می توان به فولاد کربن و فولاد ضدزنگ اشاره کرد که هر یک باعث ایجاد ویژگی خاصی در تیرآهن می شوند.

آلیاژ

آلیاژ موجود در تیر آهن ، از ترکیب یک یا چند عنصر فلزی یا غیرفلزی با یک فلز اصلی (فلز پایه)، آلیاژ به وجود می آید. در آلیاژهای فولادی، معمولا فلز پایه کربن است و سایر عناصر با کربن ترکیب شده و آلیاژ مورد نظر را به وجود می آورند.عناصر پرکاربرد در فولاد آلیاژی عبارتند از کروم، نیکل، مولیبدن، تیتانیوم و … که تغییر در میزان کربن ترکیب شده با هریک از این عناصر، می تواند باعث تغییر در خواص مکانیکی و فیزیکی تیرآهن شود.

آلیاژ موجود در تیر آهن ، انواع تیرآهن بر اساس نوع آلیاژ

تیرآهن تولید شده باید به نحوی باشد که از استحکام و دوام بالایی برخوردار بوده و بارهای وارد شده به سازه را به خوبی تحمل کند، از این رو انتخاب آلیاژ مناسب برای ساخت تیرآهن بسیار اهمیت دارد.

۱- تیرآهن فولاد کربنی

فولاد معمولی یا فولاد کربنی (Carbon steel)، یک نوع فولاد با میزان کربن بین ۰.۰۵ % تا ۲.۱ % بوده که پرکاربردترین آلیاژ برای ساخت انواع مقاطع فولادی، به خصوص تیرآهن است.طبق استاندارد AISI در فرآیند تولید فولاد کربنی نباید هیچ “حداقل مقداری” برای عناصر کروم، کبالت، مولیبدن، نیکل، نیوبیوم، تیتانیوم، تنگستن، وانادیم، زیرکونیم مشخص شده باشد. همچنین حداقل میزان مس مشخص شده نباید از ۰٫۴ درصد جرمی بیشتر باشد. علاوه بر این حداکثر درصد جرمی عناصری که در زیر ذکر می شوند نباید از مقادیر مشخص شده بیشتر باشند:

• منگنز ۱٫۶۵ درصد
• سیلیکن ۰٫۶ درصد
• مس ۰٫۶ درصد

در استاندارد AISI ، پیشوند “۱۰” نشان دهنده فولاد کربنی خالص است. بعد از آن، دو عدد دیگر استفاده می شوند که نشان دهنده درصد اسمی کربن در محصول هستند. به طور مثال عبارت C1045 به معنی فولاد کربنی با ۰.۴۵ درصد کربن  است و یا C1018 به معنی وجود ۰.۱۸ درصد کربن در ساختار فولاد است.همان ‌طور که از اسم تیرآهن فولاد کربنی مشخص است، عنصر غالب در این نوع تیرآهن، کربن است که باعث می شود تیرآهن ساخته شده، از سختی و دوام بالایی برخوردار باشد. به طور کلی با افزایش درصد کربن در فولاد، امکان سختکاری و استحکام آن نیز از طریق عملیات حرارتی افزایش پیدا می کند. در عین حال کم بودن کربن در فولاد باعث می شود قابلیت ماشین‌کاری، جوشکاری و شکل پذیری آن بهتر شود.

۲- تیرآهن آلیاژی

تیرآهن آلیاژی از فولاد آلیاژی (Alloy steel) که به وسیله عنصرهای گوناگون به صورت آلیاژ درآمده است، ساخته می شود.برای بهبود ویژگی ‌های مکانیکی فولاد می ‌توان از ۱٫۰ % تا ۵۰٪ از وزن آن را آلیاژ کرد. به طور کلی آلیاژ های فلزی، ۸۵ درصد تیرآهن های فولادی را تشکیل می دهند. همانطور که گفتیم از آلیاژهای مختلفی می توان برای ساخت تیرآهن استفاده کرد؛ پرکاربردترین آلیاژهای تیرآهن، فولاد ضدزنگ است، دیگر آلیاژها در مرتبه بعدی قرار دارند.

تیرآهن آلیاژ فولاد ضدزنگ

بعد از تیرآهن فولاد کربنی، دومین تیرآهن پرکاربرد، تیرآهن آلیاژ فولاد ضد رنگ است. به تیرآهن های تولید شده از نورد گرم که از جنس فولاد کربن دار با روکش گالوانیزه هستند، تیرآهن آلیاژ ضد زنگ می گویند. فولاد ضد زنگ از پرکاربردترین آلیاژهای تیرآهن است که جهت محافظت از تیرآهن در برابر خوردگی و زنگ زدن مورد استفاده قرار می ‌گیرند. میزان کربن موجود در این نوع فولاد در مقایسه با فولاد کربنی، به وضوح کمتر است و کمبود این عنصر، با عناصر دیگری مثل کروم، منگنز، سیلیسیوم، مولیبدن و نیکل جبران می شود. این عناصر علاوه بر افزایش مقاومت فولاد در برابر خوردگی، استحکام کششی و حد تسلیم فولاد ضدزنگ را کاهش داده و انعطاف ‌پذیری آن را افزایش می ‌دهند.

انواع آلیاژ موجود در تیر آهن

آلیاژ موجود در تیر آهن ، به طور کل عناصر پر استفاده در ساخت تیرآهن آلیاژی شامل موارد زیر می شود:

کربن (Carbon)

کربن مهم ترین عنصر مورد استفاده در تیرآهن است. همانطور که گفتیم در آلیاژهای فولادی، معمولا کربن فلز پایه است و سایر عناصر با آن ترکیب می شوند. این عنصر میزان سختی، کشش، مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی، سایش و ساییدگی را در فولاد تنظیم می کند. هنگامی که نیاز به جوشکاری در تیرآهن های ضد زنگ باشد از فولاد کم کربن در ساخت تیرآهن استفاده می شود.

کروم (chrome)

استفاده از کروم در فولاد، منجر به خاصیت ضد زنگ و ضد خوردگی می شود و به دلیل وجود همین خاصیت ضدخوردگی و همچنین سختی بالای آن نسبت به سایر آلیاژها است که از محبوب ترین پوشش های فلزی برای ساخت تیرآهن محسوب می شود.وجود عنصر کروم در تیرآهن باعث ایجاد لایه نازک و سطحی محافظ در تیرآهن می گردد. برای رسیدن به این ویژگی، در فرآیند تولید تیرآهن، میزان کروم را از ۱۰.۵ تا ۲۷ درصد افزایش می دهند.

 نیکل (Nickel)

یکی از روش های ساخت تیرآهن فولادی ضد زنگ، افزودن بیش از ۸۰ درصد نیکل به فولاد است که منجر به مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون می شود. همچنین ترکیب نیکل و کروم، منجر به تشکیل مهم‌ ترین دسته فولادهای ضدزنگ شده و باعث افزایش مقاومت تیرآهن در برابر گرما و خوردگی می شوند.

منگنز (Manganese)

منگنز از عناصر تشکیل دهنده آستینت می باشد و جایگزین مناسبی برای نیکل (به دلیل قیمت بالای نیکل) در تیراهن است و اضافه کردن عنصر منگنز به فرآیند تولید تیرآهن باعث بهبود خواص مکانیکی، افزایش سختی و مقاومت در محصول می شود. آستنیت (Austenite)، به معنای حرارت دادن آهن یا آلیاژهای پایه آهن تا رسیدن به دمای تغییر ساختار کریستالی از فریت به آستنیت می باشد. آستنیتی کردن فولاد اغلب اولین مرحله عملیات حرارتی است که برای یکنواخت کردن غلظت کربن درکریستال‌های آستنیت ضروری است.

مس (Copper)

افزودن مس به فرآیند ساخت تیرآهن، آن را در برابر اسیدسولفوریک و آب دریا مقاوم می کند. در کل استفاده از مس به عنوان آلیاژ تیرآهن، منجر به افزایش میزان مقاومت تیراهن در برابر خوردگی و رطوبت می‌شود.

مولیبدن و نیتروژن (Nitrogen & Molybdenum)

استفاده از آلیاژ مولیبدن باعث مقاومت تیرآهن در محیط هایی با دوز بالای گوگرد و کلر می شود و عنصر نیتروژن نیز باعث می شود تیرآهن مقاومت بالایی در برابر خوردگی داشته باشد.

تیتانیوم (Titanium)

برای بالا رفتن قابلیت جوش پذیری تیرآهن از عنصر تیتانیم در ساخت آن استفاده می شود، همچنین افزودن تیتانیوم در بازه ۰.۲۵ تا ۰.۶ درصد، باعث مقاومت تیرآهن در برابر خوردگی می گردد.

فسفر و گوگرد (Phosphorus and sulfur)

اصلی ترین دلیل استفاده از فسفر و گوگرد در آلیاژ تیرآهن، بهبود خواص ماشین ‌کاری آن است. به طور کلی استفاده از فسفر در فولاد ضد زنگ باعث افزایش استحکام تیرآهن می شود، اما مقاومت آن را در برابر ضربه کاهش می دهد و باعث تُردی فولاد در دمای پایین شده که به آن «تردی سرد» می‌ گویند. تردی سرد، فرآیندهای سرد کاری و جوشکاری را مشکل می ‌کند. گوگرد نیز با اینکه باعث افزایش قابلیت ماشین کاری تیرآهن می شود، اما نقطه تسلیم (شکنندگی) و مقاومت آن را در برابر کشش تغییر نمی دهد.

سیلیکون و نیوبیوم (Silicon  Niobium and)

سیلیکون معمولا به عنوان یک عامل اکسیدکننده در فرآیند ذوب فولاد و تولید تیرآهن های فولادی به کار می رود. نیوبیوم نیز مقاومت در برابر حرارت بالا را به خصوصیات فیزیکی تیرآهن اضافه می ‌کند.

قیمت تیرآهن آلیاژی

استفاده از عناصر مختلف در ساخت تیرآهن آلیاژی علاوه بر بهبود خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی آن، بر قیمت تیرآهن نیز تاثیر می گذارد، اما علاوه بر عناصر به کار رفته در تولید تیرآهن، عوامل متعدد دیگری نیز در قیمت این مقطع فولادی تاثیرگذار هستند. این عوامل شامل قیمت آهن، استاندارد و کیفیت تولید و همچنین نرخ ارز و طلا، تورم و … می شود که باعث می گردد قیمت این محصول به صورت روزانه دستخوش تغییرات شود و نوسان داشته باشد. از این رو لازم است به صورت روزانه قیمت آن بررسی و سپس برای خرید اقدام کرد.

انواع پرکاربرد آلیاژ تیرآهن بر اساس استاندارد ASTM

آلیاژ موجود در تیر آهن ، ASTM  مخفف عبارت American Society for Testing and Materials به معنای موسسه مواد و تست آمریکا است. این موسسه یکی از بزرگترین توسعه دهنده گان استاندارد در سراسر دنیا بوده که به منظور بهبود عملکرد در تولید مواد، محصولات و فرآیندها، سیستم ها و خدمات فعالیت می کند. در حوزه فولاد نیز استاندارد ASTM از شناخته شده ترین استانداردها می باشد که مشخصه، روش آزمون و بسیاری از ویژگی های انواع مختلف فولاد را تعیین می کند.

در استاندارد  ASTM با استفاده از یک سری حروف همراه با عدد، توصیفی از محصول ارائه می شود. به طور مثال حرف A  نشان دهنده فلز آهنی و عدد ۳۶ یک شماره سریال یا کد است. ( این شماره سریال یک عدد متوالی ۱ تا ۴ رقمی بوده و هیچ رابطه ای با خواص فلز ندارد). در ادامه به معرفی ۴ نمونه از آلیاژهای تیرآهن بر اساس استاندارد ASTM   می پردازیم:

۱- استاندارد ASTM A36

یکی از رایج ترین فولادهای کربنی در ساخت تیرآهن، فولاد A36 است. فولاد ASTM A36 علاوه بر ساخت تیرآهن در ساخت انواع ورق، میلگرد، نبشی، ناودانی و پروفیل نیز استفاده می شود. فولاد A36 کمتر از ۰.۳ درصد کربن دارد و در دسته فولادهای کم کربن قرار می گیرد. این آلیاژ تیرآهن دارای مقاومت فشاری در حدود ۲۰۰ گیگا پاسکال بوده و تراکم ۷۸۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب دارد. همچنین حداکثر استحکام کششی آن در حدود ۵۸۰۰۰ تا ۷۹۸۰۰ پوند بر اینچ است.

جدول ترکیبات شیمیایی ASTM A36

۲- استانداردASTM A53

مشخصات این استاندارد مربوط به فولاد کربن گالوانیزه است. در فولاد گالوانیزه برای جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی از روکش زینک (روی) استفاده می شود که به آن فرآیند گالوانیزه گرم می‌گویند. روکش استاندارد روی بین ۱.۶ الی ۱.۸ اونس در هر فوت مربع است.

جدول ترکیبات شیمیایی ASTM A53

۳- استاندارد ASTM A572

ASTM A572 مشخصات استاندارد برای فولاد کم آلیاژ با مقاومت بالا است. ساخت تیرآهن در این حالت با استفاده از فرآیند نورد گرم و عملیات آبکاری و روکش دهی سطح (به طور مثال گالوانیزه) می باشد. انواع تیرآهن INP و  IPE مطابق  استاندارد اروپایی از این روش استفاده می کنند. در این نوع تیرآهن ها  عرض جان از ۴۲ تا ۲۱۵ میلی متر و عمق آن ۸۰ تا ۶۰۰ میلی متر است. همچنین ضخامت تیرآهن می تواند ۳.۸ تا ۲۱.۶ میلی متر باشد.

جدول ترکیب شیمیایی درجات مختلف A572

۴- استاندارد ASTM A992

استاندارد  ASTM A992نیز تعیین کننده مشخصات آلیاژ فولاد سازه ای بوده و دارای مقدار کمی از عناصر وانادیوم، کلومبیوم، نیکل، کروم، مولیبدنیوم و … می ‌باشد که در ساخت تیرآهن آلیاژی استفاده می شود. تراکم فولاد ASTM A992 تقریباً ۷۸۵۰ کیلوگرم در متر است.

جدول ترکیبات شیمیایی ASTM A992

سخن آخر پایانی

آلیاژ موجود در تیر آهن ، در فرآیند تولید تیرآهن علاوه بر فولاد کربن دار از ترکیب عناصر دیگر نیز استفاده می شود. استفاده از عناصر مختلف در تولید تیرآهن که به آنها آلیاژهای تیرآهن گفته می شود باعث تغییر و بهبود خواص مکانیکی و شیمیایی تیرآهن می گردد.در این مقاله تمامی آلیاژهایی که در هنگام ذوب و ریخته‌گری ممکن است به تیرآهن اضافه شود بررسی شد. همچنین انواع آلیاژ تیرآهن بر اساس استاندارد ASTM که جزء الیاژهای پرکاربرد هستند معرفی گردید.

گروه صنعتی فولاد کاران از سال ۱۳۷۰فعالیت خود را در زمینه‌ی تولید و تامین مقاطع مختلف فولادی و آهن, از قبیل میلگردهای فولادی و آلیاژی , میلگردهای ساختمانی, انواع مقاطع ترانسمیسیون , ورق‌های آلیاژی , ورق‌های روغنی و سیاه و گالوانیزه‌ی هفت الماس ,آغاز نموده است . تلاش مجموعه فولادکاران در این مدت در جهت رضایتمندی و تامین دقیق سفارشات معطوف بوده است.
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