آشنایی با انواع فولاد + نحوه نام‌گذاری و طبقه‌بندی

اینکه فولادها به چند دسته تقسیم می‌شوند و انواع فولاد کدام است، یکی از سوالات پرتکرار این صنعت محسوب می‌شود. باید بدانیم که عوامل مختلفی در طبقه‌بندی فولادها تاثیرگذار است. هر دسته براساس پارامترهای معینی مشخص می‌شود. در ادامه این مقاله، انواع فولاد و طبقه‌بندی آنها را بررسی خواهیم کرد. با میهن فولاد همراه باشید. 

فولاد چیست؟

فولاد ساده ترکیبی از آهن و کربن است، اما فولاد آلیاژی علاوه‌بر آهن و کربن به‌عنوان عناصر پایه، دارای عناصر آلیاژی دیگر مانند کروم، سیلیسیوم، منگنز، وانادیوم و… هستند. گریدهای متنوعی از فولاد آلیاژی تولید و عرضه شده که هرکدام ترکیب شیمیایی خاص خود را دارند. بر همین اساس، کاربردهای متنوعی نیز برای هر فولاد وجود دارد.

نحوه طبقه‌بندی انواع فولادها

پیش‌تر گفتیم که پارامترهای مختلفی برای طبقه‌بندی فولادها وجود دارد. به‌طور کلی، این پارامترها شامل موارد زیر است:

1. از نظر ترکیبات شیمیایی
2. برحسب ریزساختار
3. براساس شیوه تولید
4. براساس شکل فولاد
5. تمام‌کاری نهایی
6. روش اکسیژن‌زدایی
7. نوع عملیات حرارتی
8. براساس استحکام

انواع فولاد از نظر ترکیب شیمیایی

فولادها از نظر ترکیب شیمیایی به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند: 

1. فولاد کربنی
2. فولادهای آلیاژی (کم آلیاژ و پرآلیاژ)
3. فولاد ضدزنگ
4. فولاد ابزار

فولاد کربنی

فولاد کربنی همان فولاد ساده است که از ترکیب آهن و کربن تشکیل شده است. به این فولادها، فولاد غیرآلیاژی نیز می‌گویند. فولاد کربنی، خود نیز به دو گروه فولاد کربنی و فولاد کربنی دما پایین تقسیم می‌شود. مقدار کربن، نیکل و منگنز در این فولادها یکسان و فقط روش تولید آنها متفاوت است. زمانی که روی فولادهای کربنی، عملیات حرارتی‌های مشخص انجام دهیم، به فولادهای کربنی دما پایین خواهیم رسید. فولاد ساده کربنی به سه گروه زیر تقسیم می‌شود:

1. فولاد کربن پایین: فولادهایی که مقدار کربن آنها کمتر از 0.3% است، فولاد کم کربن می‌گویند.
2. فولاد کربن متوسط: مقدار کربن در این فولادها بین 0.3 تا 0.6 درصد قرار دارد.
3. فولاد کربن بالا: میزان کربن در فولادهای پرکربن، بالاتر از 0.6 درصد است.

فولادهای کم آلیاژ

استانداردهای مختلفی برای فولاد آلیاژی وجود دارد. براساس استاندارد آمریکا ASTM، به فولادهایی که مجموع عناصر آلیاژی آنها کمتر از 5% قرار دارد. همچنین، قیمت آنها نیز به‌همین خاطر، مناسب‌تر است. 

فولادهای پرآلیاژ

در سوی دیگر، براساس همین استاندارد، وقتی مجموع عناصر آلیاژی فولاد بیشتر از  5% باشد، به آنها فولاد پرآلیاژ می‌گوییم. برخی از فولادهای پرآلیاژ شامل موارد زیر است:

1. فولاد ضدزنگ
2. فولاد مارایجینگ
3. فولاد ابزار

فولاد ضدزنگ

به زبان ساده، فولادهایی که مقدار کروم آنها حداقل 10.5% است، فولاد ضدزنگ محسوب می‌شوند. این فولادها مقاومت به خوردگی بسیار خوبی دارند. نیکل نیز از جمله عناصری است که به مقاومت به خوردگی خوبی را در فولاد به‌وجود می‌آورد. انواع فولاد ضدزنگ عبارتند از:

1. آستنیتی (استیل نگیر)
2. فریتی (استیل بگیر)
3. رسوب سخت شده
4. دو فازی
5. مارتنزیتی

فولاد ابزار

فولادهای ابزار به‌دلیل ترکیب شیمیایی منحصربه‌فرد خود، ویژگی‌هایی نظیر استحکام و سختی بسیار خوبی ارائه می‌دهند. درواقع، می‌توان گفت، جزو سخت‌ترین فولادها محسوب می‌شوند. از آنها بیشتر برای ساخت ابزار برش و شکل‌دهی استفاده می‌شود. انواع فولاد ابزار شامل موارد زیر است:

1. سخت‌شونده در آب (W)
2. سخت‌شونده در روغن (O)
3. سخت‌شونده در هوا (A)
4. کربن و کروم بالا (D)
5. پایه کروم H10-H19
6. پایه تنگستن H20-H39
7. پایه مولیبدن H40-H59 
8. پایه تنگستن (T)
9. پایه مولیبدن (M)

دسته‌بندی فولادها طبق ریزساختار

طبق ریزساختار یک متریال است که خواص و ویژگی‌های آن مشخص می‌شود. با تغییر ریزساختار می‌توان خواصی مانند چقرمگی، سختی، استحکام و… را کنترل کرد. انواع فولاد از لحاظ ریزساختار به دسته‌های زیر تقسیم می‌شود:

1. پرلیتی
2. فریتی
3. بینیتی
4. مارتنزیتی

انواع فولاد از نظر شیوه تولید آن

کیفیت و ریزساختار فولاد را می‌توان از طریق روش تولید فولاد کنترل کرد. به‌دلیل اینکه، شیوه تولید تاثیر کاملا مستقیم بر خواص و کیفیت فولاد خواهد گذاشت و این موضوع حتی روی قیمت فولاد نیز تاثیر دارد. فولاد معمولا از طریق روش‌های زیر تولید می‌شود:

1. روش بسمر
2. کوره باز
3. کوره الکتریکی
4. کوره اکسیژن قلیایی

شیوه تولید کوره اکسیژن قلیایی، درواقع، همان مدل بهینه‌سازی شده روش بسمر است. از روش کوره اکسیژن قلیایی برای تولید 70% از فولادها استفاده می‌کنند. فولادهای ابزار و ضدزنگ نیز با روش کوره الکتریکی تولید می‌شود. البته لازم به ذکر است که قیمت این روش نسبت به سایر روش‌ها کمی بیشتر قرار دارد اما به‌طبع کیفیت بسیار خوبی را نیز ارائه می‌دهد. این روش 30% از سهم تولید فولادها را به خود اختصاص داده است.

انواع فولاد از لحاظ شکل و ابعاد

فولادها به‌دلیل کاربرد گسترده و وسیعی که در صنایع مختلف دارند، در اشکال گوناگونی تولید و عرضه می‌شوند. هر کدام از اشکال با ابعاد متفاوتی ممکن است مورد استفاده قرار بگیرند. این اشکال شامل:

1. شمش فولادی
2. میلگرد
3. تسمه
4. تیرآهن
5. لوله
6. ورق
7. پروفیل
8. و…

دسته‌بندی فولادها از نظر تمام‌کاری نهایی

تاثیراتی که تمام کاری‌نهایی روی فولاد می‌گذارد شامل، حفظ کیفیت و توسعه آن، ایجاد یک سطح تمام شده مناسب است. فولاد از نظر مدل تمام‌کاری نهایی به دو دسته زیر تقسیم می‌شود:

1. فولاد نورد سرد
2. فولاد نورد گرم

انواع فولاد براساس شیوه اکسیژن‌زدایی

برخی فولادها دارای اکسیژن در حدود 0.02 تا 0.04 درصد هستند. حضور اکسیژن در ترکیبات فولاد، هرچند که مقدار آن کم باشد، باز هم مضر است. به‌دلیل اینکه اکسیژن در برابر کربن واکنش داده و تولید تخلخل و حفرات گازی CO می‌کند و حالتی مثل جوشیدن به‌وجود می‌آید. برهمین اساس، به آن فولاد جوشان (Rimmed Steel) نیز می‌گویند. انواع فولادها از نظر روش اکسیژن‌زدایی، به شرح زیر است:

1. فولاد نیمه آرام (Semi killed Steel): درصدی از اکسیژن در این روش حذف شده است.
2. فولاد سردار (Capped Steel): حالتی بین فولاد نیمه آرام و آرام است.
3. فولاد آرام (Killed Steel): به فولادی که اکسیژن آن به‌طور کامل حذف شود، فولاد آرام می‌گویند.

فولادها براساس عملیات حرارتی

عملیات حرارتی، فرآیندی است که با کمک آن فولاد ساده را با عناصر آلیاژی نظیر کروم، مولیبدن، وانادیوم ترکیب کرده و فولاد آلیاژی به‌دست می‌آید. درواقع با استفاده از عملیات حرارتی می‌توان خواص فولادها را کنترل و تعیین کرد. این فرایند و دمای مورد نیاز هر مرحله برای هر گرید متفاوت است. انواع فولاد از لحاظ عملیات حرارتی انجام شده به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند:

1. فولادهای آنیل شده
2. فولادهای تمپر شده
3. فولاد کوئنچ شده

انواع فولاد از لحاظ استحکام

می‌توان گفت خصوصیت استحکام، مهم‌ترین ویژگی فولاد است. درواقع هدف از تولید فولاد، داشتن فلزی با استحکام بیشتر از آهن است. به‌دلیل همین خصوصیت است که نیاز صنایع مختلف را برطرف می‌کند. فولاد از نظر استحکام به دسته‌های زیر تقسیم می‌شود:

فولاد استحکام کم

فولاد استحکام متوسط

فولاد استحکام بالا

فولاد استحکام بالا نیز خود به گروه‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شود که مهم‌ترین آنها عبارتند از:

1. فولاد TRIP (Transformation Induced Plastic)
2. فولاد دو فازی DP (Dual Phase)
3. فولاد میکرو آلیاژ استحکام بالا HSLA (High Strength Low Alloy)
4. فولاد BH (Bake Hardening)

نحوه نامگذاری فولادها

برای نام‌گذاری انواع فولاد، از دو دو سیستم اصلی استفاده می‌شود. اولین سیستم نام‌گذاری توسط موسسه فولاد و آهن آمریکا (AISI) و دومین سیستم توسط جامعه مهندسان اتومبیل (SAE) بهینه شده است. در هر دو سیستم، روش نام‌گذاری طوری است تا پایه کربن و عناصر آلیاژی قابل شناسایی باشد. در این روش‌ها از عددگذاری چهاررقمی (xxxx) استفاده می‌کنند. البته در برخی موارد خاص نیز از اعداد 5 رقمی برای شناسایی و نام‌گذاری استفاده می‌شود. مفهوم این اعداد به ترتیب از چپ به شرح زیر است:

XXXX:

عدد اول X: عنصر اصلی(کربن، کروم و…)

عدد دوم X: غلظت عنصر اصلی (یا عدد عنصر دوم)

عدد سوم و چهارم XX : درصد کربن به‌صورت صدم درصد

در سیستم SAE-AISI، رقم اول عددگذاری انواع فولاد آلیاژی به شرح زیر است:

دنیای فولاد، دنیای گسترده‌ای از انواع و اقسام آلیاژهاست که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خودشان را دارند. از ساختمانی که در آن زندگی می‌کنیم تا خودرویی که سوار می‌شویم، رد پای فولاد در همه جا دیده می‌شود. اما شناخت این تنوع و پیچیدگی‌ها، اولین قدم برای انتخاب درست فولاد در هر پروژه صنعتی است. برای اینکه در این مسیر بهترین انتخاب را داشته باشید، می‌توانید با کارشناسان باتجربه و متخصص میهن فولاد ارتباط بگیرید. کافیست با ما تماس بگیرید تا ضمن اطلاع از قیمت روز انواع فولاد، از مشاوره تخصصی ما برای انتخاب بهترین گرید بهره‌مند شوید.

سوالات متداول

1. فولادها بر چه اساسی طبقه‌بندی می‌شوند؟
   از نظر ترکیبات شیمیایی، ریزساختار، شیوه تولید، شکل فولاد، تمام‌کاری نهایی، روش اکسیژن‌زدایی، نوع عملیات حرارتی، براساس استحکام.
2.  سیستم نام‌گذاری AISI-SAE  در فولاد  چگونه عمل می‌کند؟
   این سیستم  با  استفاده از  یک عدد  چهار  یا  پنج رقمی،  نوع  و  ترکیب  شیمیایی  فولاد  را  مشخص می‌کند.  دو  رقم  اول  نشان‌دهنده  عنصر  آلیاژی  اصلی  و  دو  رقم  آخر  نشانگر  درصد  کربن  هستند.
3.  استاندارد ASTM  چه نقشی در طبقه‌بندی  فولاد  دارد؟
   ASTM  استانداردهای  بین‌المللی  برای  مواد  مختلف  از  جمله  فولاد  ارائه می‌دهد.  این  استانداردها  شامل  مشخصات  فنی،  خواص  مکانیکی،  ترکیب  شیمیایی  و  روش‌های  آزمایش  برای  هر  نوع  فولاد  هستند  و  به  اطمینان  از  کیفیت  و  عملکرد  محصولات  کمک می‌کنند.