۱۴۰۳ ۱۱ ۰۲
۰ دیدگاه
13 دقیقه
نویسنده: کیمیا حسینی
فولاد کم کربن چیست؟
فولاد کم کربن چگونه ساخته میشود؟
انواع فولاد کم کربن
کاربردهای فولاد کم کربن
ویژگیها و خواص فولاد کربن پایین
گریدهای فولاد کم کربن
ترکیب شیمیایی فولاد کم کربن
میزان استحکام فولاد کم کربن
استانداردهای فولاد کم کربن
فرق فولاد کم کربن با فولاد آلیاژی چیست؟
سوالات متداول
مطلب مفیدی بود
چاپ مطلب
اشتراک گذاری مطلب
فولاد کم کربن مانند فولاد کربن متوسط و کربن بالا، یکی از انواع فولاد کربنی است. دارای کربن کمتر از 0.25 درصد است. این نوع فولاد، در مقایسه با فولادهای پرکربن، سختی و استحکام کمتری دارد، اما قابلیت شکلپذیری، جوشکاری و ماشینکاری آن بسیار بالا است. به همین دلیل، در کاربردهای گستردهای مانند ساخت ورقهای فولادی، قطعات خودرو و لوازم خانگی مورد استفاده قرار میگیرد. مقاومت در برابر سایش و خوردگی نیز از دیگر مزیتهای این فولاد محسوب میشود. در ادامه این مقاله به بررسی کامل این فولاد میپردازیم. با میهن فولاد همراه باشید.
در حقیقت، فولاد کم کربن به آلیاژی از آهن و کربن گفته میشود که درصد کربن موجود در آن بهصورت معمول کمتر از 0.3٪ است. این مقدار کم کربن، نقش تعیینکنندهای در خواص و کاربردهای این فولاد دارد. با وجود اینکه هر دو زیرمجموعهی فولاد نرم هستند، اما تفاوتهای ظریفی آنها را از یکدیگر متمایز میکند.
دستهی اول، فولاد کم کربن خالص (Low Carbon Steel) است که بر اساس استاندارد ASTM، کمتر از 0.15٪ کربن دارد. دستهی دوم، فولاد نرم (Mild Steel) است که مقدار کربن آن بین 0.15٪ تا 0.3٪ متغیر است. فولادهای با استحکام بالا و کمآلیاژ (HSLA) نیز در خانوادهی فولادهای کم کربن قرار میگیرند. اما این فولادها، علاوهبر کربن، دارای عناصر دیگری مانند مس، نیکل، وانادیم و مولیبدن نیز هستند.
این عناصر آلیاژی، که حداکثر 10٪ وزن فولاد را تشکیل میدهند، باعث بهتر شدن استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت شکلپذیری فولاد میشوند. فولاد HSLA، با خواص استحکام بالا و قابلیت شکلدهی آسان، گزینه خوبی برای ساخت سازهها و قطعات محسوب میشود.
اولین قدم، استخراج سنگ آهن از معادن است. سنگ آهن استخراج شده، به همراه زغالسنگ به عنوان سوخت و عامل احیاکننده، به کوره بلند وارد میشود. درون کوره بلند، در دمای بسیار بالا، واکنشهای شیمیایی باعث احیای اکسید آهن و تولید آهن خام مذاب میشود. آهن خام حاصل، دارای ناخالصیهایی مانند کربن، سیلیسیم، منگنز و فسفر است.
برای حذف این ناخالصیها و تبدیل آهن خام به فولاد کم کربن، مذاب به کورههای تصفیه مانند کوره قوس الکتریکی یا کوره اکسیژن بازی منتقل میشود. در این کورهها، با دمیدن اکسیژن به درون مذاب، کربن اضافی اکسید شده و به صورت گاز دیاکسید کربن خارج میشود. سایر ناخالصیها نیز با اکسیژن واکنش داده و به شکل سرباره از مذاب جدا میشوند. در این مرحله، عناصر آلیاژی مورد نیاز، برای تنظیم ترکیب شیمیایی و دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب، به مذاب اضافه میشوند. کنترل دقیق میزان کربن، برای تولید فولاد کربن پایین با حداکثر 0.25 درصد کربن، مهم است.
پس از تصفیه، فولاد مذاب به قالبهایی ریخته میشود تا به شکل شمش درآید. شمشهای فولادی، در فرآیند نورد گرم، در دمای بالا و تحت فشار غلتکها، به صورت ورق، میلگرد، یا پروفیلهای مختلف شکل میگیرند. نورد گرم، نه تنها ابعاد فولاد را تغییر میدهد، بلکه ساختار داخلی آن را نیز توسعه داده و خواص مکانیکی آن را بهتر میکند. در برخی موارد، برای دستیابی به ابعاد دقیقتر و سطح صافتر، فولاد تحت فرآیند نورد سرد نیز قرار میگیرد. نورد سرد، استحکام و سختی فولاد را افزایش میدهد.
انواع مختلفی از فولاد کم کربن با ترکیب شیمیایی و خواص متفاوت وجود دارد که عبارتند از:
نوع فولاد |
کاربرد |
فولاد ساختمانی کم کربن |
ساختمانها، پلها |
ورق و نوار فولادی کم کربن |
بدنه خودرو، لوازم خانگی |
لولههای فولادی کم کربن |
لولههای انتقال سیالات |
فولاد مخازن تحت فشار کم کربن |
مخازن تحت فشار، بویلرها |
فولاد گالوانیزه کم کربن |
سقف، بدنه خودرو |
فولاد کمآلیاژ با مقاومت بالا (HSLA) |
قابهای ساختمان، پلها |
عدم حضور عناصر آلیاژی گرانقیمت مانند کروم، نیکل و مولیبدن، فولاد کم کربن را به گزینهای اقتصادی تبدیل کرده است. اما در چه حوزههایی از این دسته از فولادها استفاده میشود؟
در صنعت ساختمانسازی، فولاد نرم برای سازههای فلزی، میلگردها و تیرآهنها به کار میرود. ساختمانهای مسکونی و پروژههای عظیم تجاری، برخی از کاربردهای آن است.
صنعت حمل و نقل، وابستگی زیادی به فولاد کم کربن دارد. بدنهی خودروها، قطارها و کشتیها اغلب از ورقهای فولادی کم کربن ساخته میشوند. این فولاد بهخاطر مقاومت در برابر ضربه و خمش، باعث ایمنی سرنشینان میشود. همچنین، در ساخت قطعات داخلی خودروها مانند داشبورد و قسمتهایی از موتور نیز از فولاد کربن پایین استفاده میشود.
برخی از گریدهای فولاد کم کربن که استحکام بالاتری دارند، در ساخت لولهها و مخازن مورد استفاده قرار میگیرند. این لولهها برای انتقال سیالات مانند آب، نفت و گاز بهکار میروند. مخازن ساخته شده از فولاد نرم نیز برای ذخیرهسازی مایعات و گازها مناسب هستند. مقاومت در برابر فشار و خوردگی، از ویژگیهای مهم فولاد کربن پایین در این کاربردها است.
فولاد کم کربن، متریال اولیهی ساخت بسیاری از تجهیزات و ادوات صنعتی است. برای مثال، ماشینآلات صنعتی، ابزارهای دستی و… برخی از این تجهیزات است. قابلیت شکلپذیری و ماشینکاری آسان، در این صنایع مدنظر بوده و به همین دلیل کاربرد زیادی پیدا کرده است.
خواص فولاد کربن پایین شامل:
فولاد کم کربن، به دلیل درصد کربن پایین در ترکیباتش، استحکام و سختی کمی دارد. به همین سبب، به فولاد نرم نیز معروف است. اما نرمی و انعطافپذیری این فولاد، به معنای ضعف آن نیست. بلکه این ویژگی همانطور که پیشتر اشاره کردیم، امکان شکلدهی و ماشینکاری آسان را فراهم میکند.
ریزساختار فولاد کربن پایین، بیشتر شامل فریت و پرلیت است. این دو فاز، نرم و انعطافپذیر هستند و به فولاد، قابلیت شکلپذیری بالایی میدهند. فریت، فازی با ساختار کریستالی مکعبی مرکز پر (BCC) است. پرلیت نیز ترکیبی از فریت و سمنتیت است که ساختاری لایهای دارد. این ریزساختار، در کنار درصد کربن پایین، دلیل اصلی نرمی و انعطافپذیری فولاد کم کربن است.
یکی از مهمترین ویژگیهای فولاد کم کربن، جوشپذیری عالی آن است. بهخاطر درصد کم کربن و نرمی فولاد، در هنگام جوشکاری، ترک ایجاد نمیشود. این ویژگی، امکان اتصال قطعات فولادی با استحکام بالا را فراهم میکند. برای جوشکاری فولاد نرم، میتوان از فیلرهای مناسبی مانند ER70S-6 و ER70S-3 استفاده کرد.
فولاد نرم، مقاومت خوردگی ضعیفی دارد. در مجاورت هوا و رطوبت، به راحتی زنگ میزند. این نقطه ضعف، استفاده از پوششهای محافظتی مانند رنگ و یا گالوانیزه را ضروری میکند. با اعمال این پوششها، میتوان عمر قطعات فولادی را افزایش داد و از خوردگی آنها جلوگیری کرد.
فولاد کم کربن، در گریدهای مختلفی تولید میشود. هر گرید، ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارد. انتخاب گرید مناسب، بستگی به نیازهای پروژه و شرایط کاری دارد.
گرید A36، یکی از پرکاربردترین گریدهای فولاد کربن پایین است.بهخاطر استحکام متوسط، شکلپذیری خوب و قیمت مناسب، در ساختمانسازی، پلسازی و سایر سازههای فلزی مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین، جوشپذیری خوب A36، کار با آن را آسان میکند.
گرید A283، گریدی اقتصادی با استحکام کمتر نسبت به گرید A36 است. درواقع، برای کاربردهایی که تنش زیادی وجود ندارد، مناسب است. در ساخت مخازن کمفشار، قطعات ماشینآلات و سایر کاربردهای سبک از A283 استفاده میشود.
A516، گریدی مقاوم در برابر فشار و دمای بالا است. در ساخت مخازن فشار، دیگهای بخار و سایر تجهیزات صنعتی که در معرض دمای بالا قرار دارند، مورد استفاده قرار میگیرد. A516، در گریدهای مختلفی با سطح مقاومت متفاوت تولید میشود.
A572، گریدی با استحکام بالاتر نسبت به A36 است. این فولاد، برای کاربردهایی که نیاز به استحکام و مقاومت بیشتر دارند، مناسب است. در ساخت پلها، ساختمانهای بلند و سایر سازههای سنگین از A572 استفاده میشود.
فولادهای 1008، 1010، 1018 و 1020، به خانوادهای از فولادهای کم کربن تعلق دارند. این گریدها، بر اساس مقدار کربن موجود در آنها نامگذاری شدهاند. برای مثال، فولاد 1020، حاوی 0.20 درصد کربن است. این فولادها، در کاربردهای مختلفی مانند ساخت قطعات ماشینآلات، لولهها و پروفیلها مورد استفاده قرار میگیرند.
AISI 1018 (یا C15)، یکی از گریدهای معروف فولاد کم کربن است. همچنین 0.1 تا 0.2 درصد کربن و 0.6 تا 0.9 درصد منگنز را در ترکیبات خود دارد.
ترکیب شیمیایی فولاد نرم برای هر گرید متفاوت است. اما بهصورت کلی عناصر زیر در ترکیبات آنها اغلب بهکار میرود:
آهن، عنصر اصلی و پایه در ترکیب شیمیایی فولاد کربن پایین است. بخش اعظم این آلیاژ را آهن تشکیل میدهد و به فولاد استحکام و مقاومت میبخشد.
کربن، اگرچه به مقدار کم در فولاد کم کربن وجود دارد، اما نقش بسیار مهمی دارد. میزان کربن در این فولاد، بین 0.02 تا 0.25 درصد وزنی است. همین مقدار کم کربن، باعث نرمی و شکلپذیری فولاد میشود.
منگنز، به مقدار کم در فولاد اضافه میشود تا استحکام و سختی آن را افزایش دهد. همچنین، منگنز به بهبود جوشپذیری فولاد نیز کمک میکند. میزان منگنز در فولاد کربن پایین، معمولاً کمتر از 1 درصد است.
علاوه بر آهن، کربن و منگنز، عناصر دیگری نیز به مقدار بسیار کم در فولاد کم کربن وجود دارند. این عناصر شامل سیلیسیم، فسفر، گوگرد و گاهی اوقات عناصر آلیاژی دیگر هستند. این عناصر، باعث توسعه خواص مکانیکی، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و بهتر کردن قابلیت ماشینکاری و… میشوند.
میزان استحکام فولاد کم کربن به موارد زیر بستگی دارد:
گفتیم که افزایش میزان کربن، استحکام فولاد را نیز افزایش میدهد. فولاد نرم، به دلیل داشتن کربن کم، استحکام کمتری نسبت به سایر انواع فولاد دارد.
ممکن است بپرسید که آیا میتوان با عملیات حرارتی، استحکام فولاد نرم را افزایش داد؟ پاسخ خیر است. به دلیل کم بودن میزان کربن، عملیات حرارتی مانند کوئنچ و تمپر، تاثیر چندانی بر استحکام فولاد نرم ندارد.
ریزساختار فولاد نرم، شامل فریت و پرلیت است. این دو فاز، نرم و انعطافپذیر هستند و به همین دلیل، فولاد نرم استحکام بالایی ندارد.
در میان گریدهای مختلف فولاد نرم، AISI 1020 (یا C22)، بیشترین میزان کربن را دارد. به همین دلیل، این گرید، پُر استحکامترین نوع فولاد نرم محسوب میشود. همچنین، AISI 1020 نسبت به سایر گریدهای فولاد نرم، شکلپذیری کمتری دارد.
فولاد کم کربن، در استانداردهای مختلفی طبقهبندی میشود. یکی از متداولترین سیستمهای نامگذاری فولاد نرم، سیستم AISI است. این سیستم، از یک کد چهار رقمی برای شناسایی هر گرید استفاده میکند. این کد، مانند یک شناسنامه برای فولاد عمل میکند و اطلاعات مهمی دربارهی ترکیب شیمیایی آن میدهد. دو رقم اول این کد، همیشه 10 هستند. این دو رقم، به ما میگویند که با یک فولاد کربن پایین سروکار داریم. دو رقم بعدی کد، میزان تقریبی کربن موجود در فولاد را نشان میدهند.
برای مثال، در فولاد AISI 1020، دو رقم آخر 20 هستند، که نشان از وجود تقریباً 0.20 درصد کربن در این فولاد است. به یاد داشته باشید که میزان کربن در فولاد کم کربن، معمولاً کمتر از 0.25 درصد است. بنابراین، دو رقم آخر کد AISI برای این نوع فولاد، هرگز از 25 بیشتر نمیشود.
یکی از مهمترین تفاوتها، ترکیب شیمیایی آنهاست. فولاد کم کربن، عمدتاً از آهن و کربن تشکیل شده است، در حالی که فولاد آلیاژی علاوهبر این دو عنصر، دارای عناصر آلیاژی دیگری مانند کروم، نیکل و مولیبدن نیز است. تفاوت در ترکیب شیمیایی، به تفاوت در خواص مکانیکی نیز منجر میشود. فولاد آلیاژی، بهخاطر وجود عناصر تقویتکننده، استحکام و سختی بیشتری نسبت به فولاد کربن پایین دارد. در مقابل، فولاد نرم، شکلپذیری و ماشینکاری بهتری را ارائه میدهد. فولاد کم کربن در ساخت قطعاتی که نیاز به شکلدهی و ماشینکاری زیاد دارند، مانند بدنه خودروها، مورد استفاده قرار میگیرد. فولاد آلیاژی در کاربردهایی که به استحکام و مقاومت بالا نیاز دارند، مانند ساخت ابزار و قطعات ماشینآلات صنعتی، بیشتر استفاده میشود.
عامل دیگری که این دو نوع فولاد را از هم متمایز میکند، قیمت آنهاست. فولاد کم کربن، به دلیل فرایند تولید سادهتر و عدم نیاز به عناصر آلیاژی گرانقیمت، معمولاً ارزانتر از فولاد آلیاژی است.در مقابل، هزینه تولید فولاد آلیاژی بهخاطر افزودن عناصر آلیاژی و کنترل دقیق ترکیب شیمیایی، بیشتر است.
در آخر، سعی کردیم مفصل مفهوم و انواع فولاد کم کربن را شرح دهیم. اگر جزو فعالان یا علاقهمندان این حوزه هستین، مدنظر قرار دادن نکات و موارد گفته شده میتواند برای شما در تصمیمگیریهای پروژههایتان کمک کند. همچنین، شما میتوانید برای دریافت مشاوره تخصصی یا استعلام قیمت فولاد با کارشناسان ما نیز تماس بگیرید.
بخش های مرتبط:
۰نظر ارسال شده است
نظر خود را در مورد مطلب هر آنچه باید درمورد فولاد کم کربن بدانید! بنویسید