الفولاذ وانواعه
الفولاذ وأنواعه، هذا الاسم يطلق على نوع الصلب المقاوم للصدأ وهذا لأن صلب الفولاذ لا يصدأ بسهولة بنفس السرعة التي يصدأ بها الصلب العادي الكربوني والفولاذ يكون قابلاً للصدأ في عدد من الظروف الخاصة.
وذلك باختلاف قدرته على مقاومة الصدأ وذلك تبعاً لنسبة الكروم فيه، ولذلك يلزم اختيار النوع السليم والمناسب من نوع الفولاذ و الصلب المقاوم تبعاً للعمل الذي سيدخل في استخدامه.
ما هو الفولاذ
هكذا الفولاذ Steel هو سبيكة من الحديد تحتوي على ما يقل عن 2% من عنصر الكربون و 1% من عنصر المنجنيز.
ونسبة عنصر الكروم من 5% إلى 30% وعنصر النيكل و المولبيدنيوم حوالي 8.5% وأيضًا يحتوي على نسب قليلة من كلاً من:
- عنصر السيليكون.
- هكذا عنصر الفوسفور.
- عنصر الكبريت.
- الأكسجين.
والفولاذ يسمى الصلب المقاوم للصدأ Stainless Steel هو من العناصر التي غير قابلة للصدأ والتآكل وهذا يرجع بسبب تكوين طبقات رقيقة غير مرئية متماسكة من عنصر أكسيد الكروم.
هكذا تكون ملتصقة على سطح المعدن وهي التي تعمل على مقاومة الصدأ والتآكل، كلما كثرت نسبة الكروم في الفولاذ تكون بمثابة طبقة وقائية بدرجة كبيرة.
شاهد أيضًا: أنواع المعادن واستخداماتها
أنواع الفولاذ
أولاً الفولاذ الكربوني
الفولاذ الكربوني يصنف إلى ثلاثة أصناف وهي:
- فولاذ يحتوي على نسبة أقل من 0,3% من الكربون.
- هكذا فولاذ يحتوي على نسبة متوسطة 0,3% إلى 0,6% من الكربون.
- فولاذ يحتوي على نسبة أكثر من 0،6% من الكربون.
فولاذ السبائك يحتوي على العديد من العناصر مثل:
- عنصر المنجنيز.
- عنصر السيليكون.
- هكذا عنصر النيكل.
- عنصر التيتانيوم.
- هكذا عنصر النحاس.
- وعنصر الكروم.
- هكذا عنصر الألمنيوم
وكل هذه العناصر تكون بنسب متفاوتة.
أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ
هكذا يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على من 10% إلى 20% من عنصر الكروم كعنصر رئيسي، وله القدرة على مقاومة الصدأ بنسبة كبيرة.
الفولاذ المقاوم للصدأ له ثلاثة أنواع وهي:
- الفولاذ الاوستينيتى يحتوي على نسبة 18% من عنصر الكروم، ونسبة 8% من عنصر النيكل، وأقل من 0,8% من عنصر الكربون.
- هكذا الفولاذ الفيريتىِ يحتوي على نسبة 12% إلى نسبة 17% من عنصر الكروم وأقل من نسبة 0,1% من عنصر الكربون، وكمية قليلة جداً من عنصر النيكل.
- والفولاذ المارتينسيتىِ يحتوي على نسبة 11% إلى نسبة 17% من عنصر الكروم، وأقل من نسبة 0,4% من عنصر النيكل، وعلى نسبة 1,2% من عنصر الكربون.
فولاذ المعدات يحتوي على عنصر التَنجستين، عنصر المُوليبدينوم، عنصر الكوبالت، عنصر الفاناديوم وكل هذا بكميات متفاوتة تعمل على زيادة المقاومة للحرارة، تفوق قوة عنصر الفولاذ بكثير عن قوة عنصر الحديد ألف مرة.
والحديد وهو من العناصر الرئيسية في صناعة وعنصر الفولاذ من المكونات المتوافرة في القشرة الأرضية بعد عنصر الأكسجين، الألومنيوم، والسيليكون، وذلك ما يجعله عنصر مثالي لصناعة معدات القطع والحفر.
المعادن الأكثر شيوعاً في عنصر الفولاذ
هكذا من المعادن الموجودة بكثرة في عنصر الفولاذ هي:
- معدن الكربون: حيث يدخل بمثابة عنصر للتقوية على باقي العناصر ويتم الحفاظ على معدن الكربون تتبعاً لقابلية السبيكة للمرونة والّحام.
- معدن المنغنيز: يعمل على زيادة القوة والصلابة والمتانة.
- هكذا معدن الفسفور والنحاس: يقوم كلاً منهما بزيادة القوة، والعمل على مقاومة الصدأ والتآكل بسبب عوامل الغلاف الجوي.
- معدن الكبريت: المستويات العالية من عنصر الكبريت تعمل التأثير في نقص المرونة والصلابة، وتؤثر على قابلية اللّحام.
- هكذا معدن السيليكون: هو من المؤكسدات القوية، المستخدمة في صناعة معدن الفولاذ، السيليكون يؤثر في مدى القوة والصلابة والمتانة.
يحتوي معدن الفولاذ على كمية قليلة من معدن الألمنيوم، والأكسجين، والنيتروجين، وكميات أخرى مضافة بشكل متعمد من كلاً من:
- النيكل.
- الكروم.
- التيتانيوم.
- البورون.
- الموليبدينوم.
- النيوبيوم.
وكل هذه العناصر والمعادن تقوم بالتأثير على خصائص الصلابة، والمتانة والمرونة.
عملية تصنيع الفولاذ
- هكذا بعد استخراج معدن الحديد الخام نجد أن يحتوي على نسب عالية من الكربون، وهذا الأمر الذي يعمل على صعوبة الحصول على النتائج المرجوة منه
- يتم صهر عنصر الحديد الخام، والقيام بمعالجته وذلك من أجل تقليل كمية عنصر الكربون فيه ويضاف آلية الكثير من العناصر المختلفة بنسب متفاوتة وبعد ذلك يتم صب الفولاذ، وتصنيعه على هيئة سبائك.
- هكذا الفولاذ الحديث يتم صنعة من حديد الزهر pig iron، حيث يتم إنتاج نسبة 40% من الفولاذ الحديث من خلال عملية الفرن الأكسجيني القاعدي basic oxygen furnace (BOF) process
- يتم إنتاج مقدار ربع الفولاذ الموجود في العالم بأكمله من خلال عملية القوس الكهربائي electric-arc method ويكون مقدار إنتاجه سدس الفولاذ الموجود عالمياً بطريقة فرن المجمرة المكشوفة Open-hearth
- هكذا يتم استبدال هذه الطريقة بطريقة الفرن الأكسجيني القاعدي، وطريقة القوس الكهربائي وذلك من خلال الدول الصناعية المتقدمة.
شاهد أيضًا: عيوب ومميزات سخان غاز تورنيدو
حقائق عن الفولاذ
يوجد العديد من الحقائق عن الفولاذ مثل:
- متوسط عمر معدن الفولاذ أربعين عام تقريباً.
- المنتج الحديث من الفولاذ يحتوي في المتوسط على 37% من الفولاذ الذي تم إعادة تدويره.
- كمية الفولاذ المستخدمة في العالم في عام 2017م نحو 1,587 مليون طن.
استخداماته الفولاذ توسعت بشكل كبير في كلاً من:
- 51 % في المباني والبنية التحتية.
- 12 %في صناعة السيارات ووسائل النقل.
- 11 % في صناعة المعادن.
- 15 % في صناعة المعدات والأجهزة الميكانيكية.
يدخل الفولاذ في الكثير من الصناعات الستانليس ستيل من العناصر المثالية في الاستخدام حيث يدخل في صناعة المعدات الطبية وذلك يرجع لسهولة تنظيفه، والتعقيم، والقدرة على مقاومة التآكل والصدأ والخدش.
اهم استخدامات الفولاذ
استخدامات الفولاذ منخفض الكربون
الفولاذ الكربوني من أنواع الفولاذ كثيرة الاستخدام حيث يستخدم في كلاً من:
- يستخدم صناعة هياكل ومكونات السيارات.
- يستخدم في كافة أنواع البناء.
- ويستخدم في صناعة قضبان السكك الحديدية.
- يستخدم في صناعة خطوط أنابيب الغاز والنفط والسفن.
- يستخدم في صناعة أدوات المنشآت البحرية.
- ويستخدم في صناعة خزانات التخزين.
- يستخدم في صناعة المسامير والبراغي والصواميل.
- يستخدم في صناعة محركات الطائرات.
- ويستخدم في صناعة توربينات الغاز.
- يستخدم في صناعة السكاكين والأدوات المنزلية.
- يستخدم في عمليات توليد الطاقة الكهربائية.
الفولاذ والخصائص الكيميائية
الفولاذ له أكثر من 3,500 نوعاً وهذا تبعاً لما جاء في تقرير الاتحاد العالمي للصلب World Steel Association، ويحتوي على العديد من الخصائص البيئية.
والفيزيائية والكيميائية المميزة تؤثر كمية الكربون، الشوائب، على مستوى السبيكة حيث يندرج تصنيف الفولاذ التجاري تحت أربعة أنواع تجارية رئيسة تبعاً لمحتوى السبيكة المعدنية وهي:
الفولاذ الكربوني Carbon Steels
يمثل تلك النوع من معدن الفولاذ نسبة 90% من إنتاج الفولاذ العالمي حيث تقل نسبة المنجنيز فيه عن 1.65%، وتكون نسبة السيليكون 0.6%، ونسبة النحاس 0.6%، ويلزم لا يزيد مجموع العناصر المضافة عن 2%،
الفولاذ منخفض الكربون low Carbon Steel
تتمثل نسبة الكربون فيه بين 0.05-0.19%.
الفولاذ متوسط الكربون medium Carbon Steel
يمثل نسبة الكربون فيه 0.2-0.49%.
فولاذ مرتفع الكربون high Carbon Steel
يمثل نسبة الكربون فيه 0.5%.
الفولاذ السبائكي Alloy steel
يضم العديد من المعادن مثل: المنغنيز، والنيكل، والسيليكون، والكروم.
الفولاذ منخفض السبائكية High-Strength Low-Alloy (HSLA) Steel)
يمثل نسبة تقل عن 0.05% من الكربون.
الفولاذ مقاوم للصدأ: Stainless Steel
يمثل نسبة 10% من الكروم.
فولاذ العُدَد Tool Steels
فولاذ يتم خلطه مع عدد من المعادن الصلبة.
شاهد أيضًا: الكيمياء الحرارية في معالجة المواد
ها نحن أحبائنا ومتابعينا الكرام قدمنا لكم مقالتنا عن الفولاذ وأنواعه تفصيلياً.