در دنیایی که فلزات نقش گسترده‌ای در پیشرفت و توسعه صنعتی دارند، فولاد یکی از پایه‌های اصلی ساخت و ساز و تولید شناخته می‌شود. در میان انواع مختلف فولاد، یکی از پرکاربردترین آنها فولاد نرم است که به فولاد کم کربن نیز معروف شهرت دارد. این فولاد با ترکیبات خاص و ویژگی‌های منحصر به فرد خود توانسته به جایگاهی ویژه در صنایع مختلف دست یابد. فولاد کم کربن دارای کربنی کمتر از 0/3 است و به همین دلیل خواص انعطاف‌پذیری، چکش‌خواری، جوشکاری بالا و… آن بالا هستند.
ترکیب شیمیایی فولاد نرم
ترکیب شیمیایی فولاد نرم یا کم کربن شامل عناصر زیر می‌شود.
- کربن (C): کمتر از 0.3 درصد
- منگنز (Mn): حدوداً 0.25 تا 0.6 درصد
- سیلیسیوم (Si): اغلب کمتر از 0.4 درصد
- فسفر (P): کمتر از 0.04 درصد
- گوگرد (S): کمتر از 0.05 درصد
- آهن (Fe): باقیمانده ترکیب را آهن تشکیل داده است.
این ترکیبات شیمیایی باعث شده‌اند که فولاد کم کربن از ویژگی‌هایی همچون انعطاف‌پذیری بالا، چکش‌خواری خوب و جوشکاری مناسب برخوردار باشد. به همین دلیل این نوع فولاد در اکثر کاربردهای صنعتی و ساختمانی کاربرد دارد.
ویژگی‌های فولاد نرم
میزان کربن به کار رفته در فولاد نرم کمتر از 0.2 درصد است. در صورتی که این مقدار افزایش یابد، فلز با نام چدن معرفی می‌شود. در واقع کربن روی ساختار فولاد تاثیر گذاشته و استحکام آن را بالا می‌برد. مقادیر بالای فریت و آهن موجود در ترکیبات فولاد کم کربن، به آن خاصیت مغناطیسی می‌بخشد. از دیگر ویژگی‌های فولاد نرم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- انعطاف‌پذیری بالا: این فولادها با انعطاف‌پذیری بالا، به راحتی قابل تغییر هستند و شکل می‌گیرند.
- چکش‌خواری و شکل‌پذیری: فولاد کم کربن بسیار چکش‌خوار بوده که همین موضوع سبب می‌شود تا بتوان به راحتی به آن شکل داد.
- قابلیت جوشکاری بالا: به دلیل درصد کم کربن در این فلز، فرآیند جوشکاری بسیار ساده و کارآمد‌تر اتفاق می‌افتد.
- مقاومت متوسط به نیروهای مکانیکی: این فولاد نسبت به نیروی مکانیکی مقاومت متوسطی از خود نشان می‌دهد و برای صنایعی که نیاز به مقاومت بالا ندارند، مناسب است.
- قابلیت سخت‌کاری و کربن‌دهی: این فولاد با فرآیندهای حرارتی مانند کربن‌دهی، سخت‌کاری و… سختی و مقاومتی سطحی پیدا می‌کند.
- ماشین‌کاری خوب: فولاد نرم به راحتی توسط ماشین‌ها پردازش و تولید می‌شود.
میزان استحکام فولاد نرم چقدر است؟
فولاد کم کربن دارای استحکام پایینی است و با انواع عملیات حرارتی نیز نمی‌توان مقاومت آن را خیلی بالا برد. این فولاد در مقایسه با سایر آلیاژ‌های، مقاومت بسیار پایینی دارد و در صنایعی که به استحکام بالایی نیاز ندارند و لازم است شکل‌دهی و انعطاف‌پذیری بالایی در آنها انجام شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
استانداردهای فولاد کم کربن
برای نام‌گذاری فولاد از سیستم AISI استفاده می‌کنند که دارای یک کد چهار رقمی است. این سیستم به طور خاصی ترکیب شیمیایی فولاد را نشان می‌دهد. در مورد فولادهای کم کربن کدهای زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- دو رقم اول ۱۰: دو رقم اول نشان‌دهنده نوع فولاد است که در فولاد نرم عدد ۱۰ نمادی از آن محسوب می‌شود.
- دو رقم بعدی میزان کربن: دو رقم بعدی نشان‌دهنده میزان تقریبی کربن است. به عنوان مثال، اگر ۲ رقم آخر ۱۰ باشند، فولاد دارای 0.10 درصد کربن است.
به طور کلی در فولادهای کم کربن به این دلیل که مقدار کربن کمتر از 0.2 درصد است، ۲ رقم آخر بیشتر از ۲۰ نمی‌شوند.
کاربرد فولاد نرم
فولاد نرم در صنایع مختلفی کاربرد دارد که برخی از آنها به شرح زیر هستند.
- صنعت ساختما‌ن‌سازی
- صنعت خودروسازی
- صنعت ساخت ماشین‌آلات
- ظروف و لوازم خانگی
- خطوط لوله و مخازن
- صنایع نفت و گاز
تفاوت فولاد کم کربن با فولاد آلیاژی چیست؟
فولاد کم کربن با فولادهای آلیاژی تفاوت زیادی دارد که برخی از این تفاوت‌ها در زیر بیان شده‌اند.
- ترکیبات شیمیایی: فولاد نرم از درصد کمتر کربن و درصد بیشتر آهن تشکیل شده، اما فولاد آلیاژی از کروم، نیکل، مولیبدن، وانادیم و… تشکیل شده است.
- خواص مکانیکی: فولاد کم کربن استحکام و سختی متوسط و کمی دارد و به راحتی قابل ماشین‌کاری و چکش‌خواری است، اما فولاد آلیاژی با افزایش سختی و مقاومت در برابر خوردگی، استحکام بالایی از خود نشان می‌دهد.
- کاربردها: فولاد کم کربن در صنایع خودروسازی، ظروف لوازم خانگی و لوله‌ها کاربرد دارد، اما نوع آلیاژی در صنایعی مانند هوافضا، تجهیزات نظامی، ابزارآلات و قالب‌سازی و… مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- قیمت: فولاد نرم در مقایسه با فولاد آلیاژی قیمت پایین‌تری دارد و فرآیند تولید آن نسبت به نوع آلیاژی ساده‌تر است.
روش تولید فولاد نرم چیست؟
برای تولید فولاد نرم لازم است تا سه مرحله زیر به ترتیب انجام گیرند.
- فولادسازی: در مرحله نخست سنگ آهن، زغال سنگ و آهک مخلوط شده را در کوره بلندی با ظرفیت ۱۰۰ تا ۴۰۰ تن حرارت می‌دهند. در این مرحله سنگ آهن را به آهن خام تبدیل می‌کنند.
- مرحله دوم فولادسازی: در مرحله دوم فولادسازی به وارد کردن اکسیژن به کنورتور مواد می‌پردازند و کربن اضافه از آهن جدا شده و تبدیل به فولاد خام می‌شود. در این مرحله از گاززدایی، کوره پاتیلی، تزریق پاتیلی و هم زدن استفاده می‌کنند.
- ریخته‌گری و شکل‌دهی: فولاد خامی که با میزان کربن مشخص تولید شده را به ماشین‌های ریخته‌گری انتقال داده و آن را شکل می‌دهند. در آخر آن را بعد از سرد شدن به شکل‌هایی مانند اسلوب، بیلت و بلوم درمی‌آورند.
انواع فولاد؛ کم کربن، کربن متوسط و با کربن بالا
فولادها بر اساس درصد کربنی که دارند به سه دسته اصلی کم کربن، کربن متوسط و کربن زیاد تقسیم می‌شوند که هر کدام دارای ویژگی‌ها و خواص مخصوص به خود هستند.
- فولاد کم کربن: فولاد کم کربن با درصد کربن 0.3 دارای انعطاف‌پذیری بالایی است و به راحتی جوشکاری می‌شود. این فولادها دارای شکل‌پذیری خوبی هستند و استحکام متوسطی نیز دارند.
- فولاد کربن متوسط: این فولاد با کربنی بین 0.3 تا 0.6 درصد، از استحکام و سختی بیشتری نسبت به کم کربن برخوردار است و قابلیت جوشکاری متوسطی دارد. این فولاد بیشتر برای ماشین‌آلات چرخ‌دنده‌ها به کار می‌رود.
- فولاد با کربن بالا: این فولادها با کربنی بین 0.6 تا 0.14، بسیار محکم و مقاوم هستند. این کربن‌ها قابلیت جوشکاری بسیار پایین و شکل‌پذیری کمتری دارند و در برابر سایش از خود مقاومت نشان می‌دهند.
تفاوت استنلس استیل با فولاد نرم چیست؟
فولاد ضدزنگ و فولاد نرم دارای تفاوت‌های بسیاری نیز هستند که برخی از آنها در زیر بیان شده‌اند.
- ترکیب شیمیایی: فولاد ضدزنگ با حداقل ۱۰ درصد نیکل و مولیبدن، دارای مقاومت بالایی است، اما فولاد نرم با کربن کمتر و مقداری منگنز، استحکام کمتری از خود نشان می‌دهد.
- مقاوم در برابر خوردگی: استیل استنلس نسبت به ضربه و خوردگی مقاوم است و با توجه به خاصیت اکسیداسیونی خود، در محیط‌های اسیدی و خورنده دچار آسیب نمی‌شود، اما فولاد نرم با کربن کم، بسیار حساس بوده و نیازمند پوشش محافظتی است.
- قابلیت جوشکاری: فولاد نرم دارای خاصیت جوشکاری بسیار راحتی است و به آسانی شکل می‌گیرد. استنلس استیل نیز از قابلیت جوشکاری خوبی برخوردار است.
مهمترین دلیل استحکام فولاد نرم چیست؟
استحکام فولاد نرم عمدتاً به ساختار میکروسکوپی آن وابسته است، اما مهمترین دلیل آن نحوه آرایش اتم‌های آهن بوده که ساختار کریستالی دارد و با فرآیندهای حرارتی مانند نورد گرم و نورد سرد می‌تواند استحکام آن را کمی افزایش دهد.
سخن پایانی
در جهان فلزات، فولاد نرم که از 0.3 درصد کربن تشکیل شده، از کاربردی‌ترین فلزات شناخته می‌شود. این فولاد با انعطاف‌پذیری بالا و چکش‌خواری خوب، برای صنایع مختلف کاربرد دارد. به طور کلی این استیل برای شرایط و محیط‌های نیازمند به استحکام کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ زیرا از مقاومت کمتری برخوردار است.