پولاد تکین طلا تامین کننده آهن اسفنجی , گندله آهن , فرو سیلیکومنگنز , ضایعات آهن , شمش فولاد و میلگرد

فولاد آلیاژی، انواع و کاربرد های آن

فولاد آلیاژی زیر مجموعه ای از فولاد بوده که افزون بر کربن با عنصر های دیگری مثل منگنز، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، سیلسیوم و بور ترکیب شده و در ترکیب وزن این عناصر از ۱ تا ۵ درصد تغییر پذیر است. از عناصری که به نسبت کمتری معمول هستند، می‌توان به آلومینیوم، کبالت، مس، سریم، نیوبیوم، تیتانیوم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیوم نام برد.
جای داشتن مواد اضافی در آلیاژ فولاد منجربه ویژگیهای مکانیکی مختلفی می‌شود. فولادهای آلیاژی معمولا نسبت به فولادهای کربنی بدون آلیاژ در برابر نیروهای مکانیکی و حرارتی مقاومت زیادی از خودارائه میکند.

 

علاوه بر مزایا آلیاژ فولادی معایبی نیز دارند که شامل:

• امکان جوشکاری کمتر
• شکل‌پذیری کمتر
• امکان تراش کمتر

این سه علت باعث می‌شود از آلیاژ فولادی در صنایعی استفاده شود که نیاز کمتری به جوشکاری دارد. در جدول زیر درصد وزنی تعدادی از عناصر در آلیاژهای فولادی و تاثیر آن این عناصر را در ترکیب ساختمانی فولاد نشان داده است.

 

 

انواع فولاد آلیاژی

همانطور که گفته ایم، فولادهای آلیاژی ازانواع دسته بندی فولادها هستند که بر حسب مقدار عناصر در ترکیب شیمیایی فولاد انجام می‌شود. هزینه تولید فولادهای آلیاژی کم تر از دیگر فولادها است و با توجه به درصد عناصر به دو گروه زیر قابل تقسیم است:

• فولاد کم‌آلیاژ
• فولاد پرآلیاژ

منظور از آلیاژ فولادی بودن مواد ی در فولاد است که از مقاومت افزونتری در برابر خوردگی و نیروهای مکانیکی مقاومت برخوردار باشد. در این نوع از فولاد عناصری مثل آلومینیوم، مس، سیلیسیوم، نیکل و کروم به کربن و آهن اضافه خواهد شد.
هر کدام از این عناصر موجب ترکیبی منحصر به فرد و یک استفاده ویژه خواهد شد. به عنوان مثال موجود بودن سیلیسیم در ترکیب فولاد باعث تشکیل شدن فولادهای تریپ می‌شود. فولاد تریپ در صنایع اتومیبل‌سازی کاربرد دارد.
وجود عنصر تنگستن و کبالت منجر به فولاد آلیاژی میشود که در گروه فولاد ابزار کاربرد دارد. ترکیب آهن و کربن با آلومینیوم باعث تشکیل فولاد ساختمانی خواهد شد که برای مصالح ساختمانی کاربرد دارد. به همین صورت عناصر متفاوت منجربه تولید شکل مخصوصی از فولاد خواهد شد. همان‌طور که بیشتر نیز مطرح شد فولاد آلیاژی به دو دسته بندی مختلف تقسیم می‌شوند که این دو گروه را معرفی میکنیم.

 

فولادهای کم‌آلیاژ

فولادهای کم‌آلیاژ همانند فولادهای کم‌کربن ساختار فریتی دارند و از گرید آستنیتی متمایز می‌شوند. آن‌ها دارای درصد آلیاژی کمی هستند. ریزساختار این نوع از فولاد دارای تنوع زیادی است و تنها محدود به فریت نمی‌شود. فولادهای کم‌آلیاژ با اضافه کردن کروم، مولیبدون و دربعضی موارد نیکل از فولادهای آلیاژی دیگر متمایز می‌شوند. این عناصر در غلظت‌های بسیار کم به فولاد اضافه می‌شوند که مقدار آن از 5 درصد ذکر شده، کمتر است. فولادهای کم‌آلیاژ به گروه‌های زیر تقسیم بندی می‌شوند.

• فولادهای کم‌آلیاژ با مقاومت بالا

High Strength Low Alloy که به فولاد HSLA نیز معروف است، در زبان فارسی، فولاد کم‌آلیاژ پر استحکام نیز میگویند. این نوع از فولاد دارای آلیاژهای وانادیوم، کلمبیم و تیتانیوم است و به جهت استحکام زیاد این فولاد، تولید قطعات ظریف که نیاز به استحکام بالا است، با این فولاد انجام می‌شود. طبق استاندارد ASTM آمریکا جدول ترکیب فولاد کم‌آلیاژ پراستحکام به شرح زیر است.

خطوط  در جدول بالا به دلیل عدم وجود عنصر در آن نوع از فولاد است.

• فولاد کم‌آلیاژ کروم_مولیبدن

این قسم از فولادهای کم‌آلیاژ دارای مقدار کروم ۰/۵ تا نه درصد و مولیبدن نیز ۰/۵ تا یک درصد است. ترکیب  کم‌کربن در این آلیاژ موجب بیشتر شدن قابلیت انجام جوشکاری و سخت‌کارشدن فولاد کروم مولیبدن می‌گردد. علاوه بر این افزایش درصد مولیبدن در آلیاژ مقاومت در برابر کشش را بهبود میبخشد.
همواره در صنعت فولاد از عنصر Mo برای تولید فولاد مقاوم در برابر خزش استفاده شده که باعث می‌شود تحمل دمایی فولاد تا ۵۳۰ درجه بالا برود. همچنین مولیبدن مانع از تشکیل کاربیدها در دمای بالا می‌شود. با بودن این دو ویژگی، تناسب دمای بالا و مقاومت در برابر خزش این امکان را بوجود آورده است که از فولاد مولیبدن در ساخت نیروگاه‌های حرارتی و پتروشیمی استفاده شود.

ترکیب مولیبدن با کروم

ترکیب مولیبدن با کروم و تولید فولاد کروملی یک ویژگی منحصربفردی را موجب میشود که در دیگر فولادها کمتر به این ویژگی برمیخوریم. فولاد کم‌آلیاژ کروم_مولیبدن مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی دارد؛ کروم موجب می‌شود فولاد دارای نفوذناپذیری بسیار بالایی شود که باعث مقاومت در برابر خوردگی مخصوصاً خوردگی در برابر گوگرد می‌شود.
مقاومت در برابر خوردگی CrMo این حقیقت را اذعان می‌کند که وقتی از این آلیاژ استفاده می‌کنیم که کربن موجود در فولاد توان مقابله با خوردگی را ندارد و باید در سازه هایی با کاربردی متفاوت مثل نیروگاه‌های  حرارتی با دمای بالاتر از ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد یا در پالایشگاه‌های پتروشیمی از آن استفاده شود. در گروه کرومولی بعلت تعدد آلیاژها فقط یک نمونه از آلیاژهای این گروه را بررسی میکنیم.

• Mo40

این فولاد کم‌آلیاژ مولیبدن کرومی، در استاندارد AISI با شماره Steel 4140 از آن یاد میشود. این فولاد دارای خواص منحصر به فردی در برابر نیروی مکانیکی است و مقاومت خیلی خوبی در برابر تنش‌ها از خود نشان می‌دهد، به همین دلیل از این نوع آلیاژ در ساخت تیر، ستون و چرخ‌دنده‌ مورد استفاده قرار میگیرد.

 

وجود کروم در این فولاد سبب گردیده تا در دمای اتاق بتواند سرد شود و به روغن احتیاجی نباشد و مقاومت در برابر خوردگی را بالا ببرد. همچنین مقاومت در برابر سایش و برش نیز به علت وجود حداکثری کروم در ترکیب آلیاژ میباشد.
ماکزیمم عنصر سیلیسیم در ترکیب موجب افزایش مقاومت در برابر خوردگی را ایجاد می‌کند و این مقدار بالای منگنز باعث افزایش مقاومت در برابر سایش نیز می‌شود.

یکی از بیشترین کاربرد فولاد کم‌آلیاژ Mo40 تولید  میلگرد در قطر ۱۰mm تا ۱۰۰۰ mm است. از دیگر استفاده های این نوع فولاد کم آلیاژ در نیروگاه‌های حرارتی که دما بالای ۵۸۰ درجه سانتی‌گراد است. ساخت تیر، سنگ‌شکن‌های معدنی، میله‌های اتصال، غلتک‌های صنایع سیمان و فولاد از دیگر کاربردهای این نوع آلیاژ است.

• فولاد نیکل_مولیبدن

فولاد نیکل_مولیبدن نوعی دیگر از فولاد کم آلیاژ است. این نوع فولاد در دمای پایین مقاومت بیشتری دارد، ولی چقرمگی و شکنندگی بالایی به همراه خواهد داشت. لازم است مقدار نیکل را از 2 درصد به 5/3 درصد در ترکیب وزنی افزایش دهیم تا فولادی داشته باشیم که در دمای پایین مقاومت خوبی از خود نشان دهد.
در استاندارد ASTM این نوع از فولاد با سری FL نمایش داده می‌شود. برای فهم  بیشتر از ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی این فولاد مشخصات چند آلیاژ پراستفاده را برمیشریم.

 

کاربرد این نوع از آلیاژ بیشتر در بسته‌بندی‌های مواد دارویی و مواد کشاورزی بخصوصی است. این نوع از آلیاژ به صورت پودر به فروش میرسد و کمتر به شکل ورق در بازار عرضه میشود.

• فولاد هوازده

معمولاً دو روش برای ممانعت از زنگ‌زدگی در فولاد استفاده میشود. یکی از این روشها برای پوشش‌های زنگ‌نزن مثل رنگ، آبکاری و پوشش سرامیکی و هر نوع ماده ضدخوردگی که از خوردگی جلوگیری کند.
کاربرد دیگر استفاده از عناصری ضدخوردگی مانند کروم، نیکل، فسفر و مس است. استفاده از این عناصر با مقدار کربن متوسط می‌تواند مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داده و فولاد را برای همیشه به فولاد زنگ‌نزن تبدیل کند.
این نوع از فولاد یک وجه تمایز خاصی دارد و آن زنگ‌زدگی است که خود تبدیل به یک لایه زنگ‌نزن می‌شود. مواجه شدن فولاد با هوا باعث تبدیل یک لایه اکسید‌آهن و تغییر رنگ آن می‌شود که این اکسیداسیون خود به لایه درونی فولاد تبدیل شده و از خوردگی جلوگیری میکند. دو فولاد ASTM A242 و ASTM A588 از جمله فولادهای هوازده بوده که در ستون‌های ساختمانی کاربرد دارند.

 

فولاد پرآلیاژ

فولادهای پرآلیاژ به طور وسیعی برای مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های آبی و در محیط‌هایی که از گاز و مایعات با دمای بالای ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد مورد استفاده قرار میگیرند. این آلیاژهای فولادی در ترکیب ساختمانی خود بیش از ۸ درصد دیگر عناصر را داشته و همین عناصر باعث تغییرات مکانیکی در آن‌ها می‌شود.
عملیات حرارتی باعث تغییرخصوصیات مکانیکی این گریدها خواهد شد. البته در گریدهایی که آلیاژ نیکل و کروم بالای ۲۰ و ۳۰ درصد است، تغییر ویژگی های مکانیکی به عملیات حرارتی بسوابسته نبوده و با توجه به ترکیب و مقدار عناصر خصوصیات مکانیکی آن‌ها فرق خواهد کرد.
جهت شناسایی فولاد پرآلیاژ باید به این نکته توجه داشت که میزان عناصر در ساختار فولاد بیش از ۸ درصد است. یکی از مهم‌ترین و پراستفاده ترین نوع فولاد پرآلیاژ فولاد زنگ‌نزن است که حاوی فولادهای کروم‌دار است.

• فولادهای آلیاژی کروم‌دار

دارا بودن بیش از 13 درصد کروم در ترکیب فولاد باعث زنگ‌نزن شدن فولاد میگردد. فولاد کروم‌دار با مقدار بالا مقاومت بیشتری در برابر خوردگی نسبت آلیاژ فولاد کربن‌ ساده خواهد داشت. مجموع میزان کروم و نیکل در این نوع فولاد باید بیش از ۲۰ درصد باشد. از جمله فولادهای پراستفاده این گروه فولاد آلیاژی ۳۱۶ است. از این فولاد در مخازن شیمیایی و سیستم‌های لوله‌کشی کاربرد دارد.

یکی دیگر از انواع آلیاژهای که استفاده زیادی از آن میشود در گروه آلیاژ کروم‌دار، فولاد SPK است. برای درک بیشتر این آلیاژ پرکاربرد چند نمونه برای مثال توضیح خواهیم داد:

• فولاد SPK

این نوع فولاد آلیاژی 2080 Steel گفته میشود و با نماد X210Cr12 نشان داده می‌شود. به دلیل مقدار بالای کاربیدهای سخت‌شونده در ماتریس فولاد، مقاومت ابعادی، فشاری و پایداری به صورت قابل ملاحظه ای بالا است. همچنین به‌ دلیل بودن کروم بالا، 12 درصد، مقاومت در برابر سایش این فولاد نیز خیلی بالا است.
نحوه تولید این فولاد به سه نحوه کوره ‌بلند، کوره باز و احیای مستقیم است. فولادهای آلیاژی SPK به سه  دسته، نوع O (سخت‌شونده در روغن)، نوع A (سخت‌شونده در هوا) و نوع D که پرکاربردترین نوع فولاد بوده که دارای کروم و مقدار زیادی کربن است، دسته بندی می‌شوند.

در حالتی که در ترکیب این آلیاژ از وانادیم، نیکل، مولیبدون، تنگستن استفاده شود، فولاد آموتیت به دست خواهد آمد. آموتیت علاوه بر خصوصیت های فولاد SPK، دارای ویژگی‌های منحصربه ‌خود بوده که به ضدسایش بودن یکی ویژگی های مهم آن است. فولاد آموتیت درصد کمتری از کروم و کربن دارد.

کاربرد فولاد SPK

• تجهیزات خان‌کشی (broaching)
• قالب پانج و پولک‌زنی
• شکل‌دهی سرد فلزات
• قالب کشش سرد و گرم
• ساخت تیغه برش
• قالب‌ شکل‌دهی سرامیک
• خط تولید پروفیل

فرق بین فولاد آلیاژی و غیرآلیاژی در چیست؟

در دسته بندی وسیع تر فولادها یعنی در مرحله اول درختی دو نوع فولاد آلیاژی و فولاد غیرآلیاژی وجود دارد. این دو نوع فولاد در موارد زیر با هم متفاوتند:

• میزان کاربری فولاد آلیاژی بسیار بیشتر از فولاد غیرآلیاژی است. فولادهای آلیاژی از آشپزخانه‌ها گرفته تا شاتل‌های فضایی قابلیت استفاده دارند؛ بلعکس فولاد غیرآلیاژی استفاده های محدودی داشته و بیشتر در صنعت ساختمان‌سازی مورد استفاده قرار میگیرند.
• فولاد آلیاژی تنوع وسیعی داشته و امکان تولید انواع جدید با ترکیب متفاوت را ممکن میسازد؛ اما در فولاد غیرآلیاژی اینطور نیست و تنها با تغییر دادن میزان کربن امکان تولید فولاد دارند.
• فولاد آلیاژی با اضافه کردن عناصر به ترکیب فولاد در هنگام ذوب ایجاد می‌شود؛ اما فولاد غیرآلیاژی فقط با ترکیب کربن و آهن ایجاد می‌شود. در فولاد آلیاژی مقدار کربن بسیار کم است ولی در فولاد غیرآلیاژی مقدار کربن حداقل ۲۰ درصد است.
• فولاد آلیاژی خاصیت مقاومت به خوردگی دارد، اما فولاد غیرآلیاژی به آسانی با اکسیژن ترکیب شده و ایجاد اکسید آهن می‌کند.
• نفرم پیشرفته‌تر فولاد آلیاژی، فولاد سوپرآلیاژی است. فولادهای سوپرآلیاژی در برابر بیشتر از یک سوم حرارت نقطه ذوب خود مقاوم هستند. از این نوع سوپرآلیاژها برای ساخت توربین‌های حرارتی ساخته می‌شوند. در حالی‌که در فولاد غیرآلیاژی امکان تولید سوپرآلیاژ وجود ندارد.

 

 

فولادهای ساختمانی آلیاژی

یکی از موارد کاربرد فولادها استفاده در ساختمان‌ها به‌عنوان مصالح ساختمانی است. فولادهای ساختمانی که به فولادهای نرمه نیز مشهور هستند. به دو صورت کربنی و آلیاژی در بازار وجود دارد. فولادهای کربنی، از گروه ساده ‌کربن هستند که میزان کربن آن حدود ۳ درصد است. گونه دیگری از فولادهای ساختمانی فولادهای آلیاژی است؛ این نوع از فولاد که به دلیل ترکیب با دیگر عناصر خصوصیت فیزیکی آن‌ها ارتقا یافته و کاربرد بیشتری در صنعت و ساختمان دارند.
فولادهای ساختمانی آلیاژی اصولا جز فولادهای HSLA هستند، فولادهای مقاوم، اما با آلیاژ کم که خاصیت چقرمگی و ضدخوردگی دارند.
این فولادها در کشورهای گوناگون با استانداردهای مختلفی شناسایی می‌شوند. در کشور ایران معمول ترین استاندارد، استاندارد آلمان است که با DIN 17006 نام‌گذاری فولاد انجام می‌شود. ST کدی است که برای فولادها کاربرد دارد. از جمله معروف‌ترین و رایج ترین فولادها عبارت است از:

• ST37-2
• ST37-3
• ST44-2
• ST44-3

استاندارد ASTM

استاندارد دیگری که در فولادهای ساختمانی استفاده فراوانی دارد استاندارد آمریکایی یا ASTM است. در این استاندارد فولادها با کد A نمایش داده می‌شود و عددهای بعدی صرفا به کارآمدی و نوع کاربری ورق فولادی است که برای مهندسان و طراحان صنعتی استفاده می‌شود.
فولادهای زیر از نوع فولادهای آلیاژی HSLA هستند که در ساختمان‌سازی کاربرد دارند.

• A441
• A572
• A618
• A992
• A913
• A588

فولادهای ساختمانی آلیاژی به دو شکل در بازار معامله میشوند.

• فولادهای فرگوته
• فولادهای آنیل‌شده

فرگوته و آنیلینگ دو روش عملیات حرارتی مجزا است که نسبت به نوع کاربری فولاد، روش تولید متفاوتی خواهد داشت.
فرگوته که به سخت‌کاری نیز شناخته میشود، روشی است که در آن فولاد بیشتر از دمای ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد حرارت می‌بیند. بیشترین نوع فولاد که با این روش تولید می‌شود، فولادهای ابزار سردکاری است که باید در ماشین‌کاری از آن استفاده شود و فولاد باید علاوه بر تغییر شکل، مقاومت مکانیکی خوبی نیز داشته باشد.
در روش فرگوته فولاد معمولا تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود. پس از آنکه فولاد حرارت داده شد، مواد مذاب در روغن، آب و یا در مجاورت دمای محیط خنک (کونچ) می‌شود.
آنیلینگ نوع دیگری از عملیات حرارتی است که در آن فولادهایی که در حین کار دچار تنش‌های پس‌ماند شده‌اند، مجددا بازپخت یا آنیل‌کاری می‌شوند. این عملیات روی فولادهایی انجام می‌شود که در حین ماشین‌کاری، ریخته‌گری یا آهنگری دچار تنش مقاومتی شده‌اند.

کلام پایانی

تولید فولاد آلیاژی در سال های اخیر در بسیاری از کشورهای جهان رشد روزافزونی داشته است. شکل‌پذیری، مقاومت بالا در برابر خوردگی و استحکام خوب باعث شده است تا فولاد آلیاژی نسبت به انواع دیگر فولادها تولید بیشتری داشته باشد. متاسفانه کشور ما همگام با کشورهای دیگر در صنعت فولاد پیشرفتی نداشته است که بتوان انواع فولادها را تولید کرد. اما شرکت‌های فولادی ایران امروزه تعدادی از این فولادهای آلیاژی را تولید می‌کنند، مخصوصا فولادهای آلیاژی ساختمانی که کشور را از واردات این بخش از مصالح ساختمانی بی‌نیاز کرده است.
بی‌تردید با رشد تکنولوژی در ایران و سرمایه‌گذاری بخش خصوصی شاهد آن خواهیم بود که تولیدات فولاد آلیاژی نیز در کشور بیش از همیشه خواهد بود. برای این اتفاق باید ابتدا تحریم‌ها برداشته شده و علاوه بر سرمایه‌گذاران داخلی، بخش خارجی نیز وارد این عرصه شود.

شرکت پولاد تکین طلا تامین کننده مواد اولیه کارخانه های ذوب و نورد