معرفی انواع فولاد کم آلیاژ

فولاد کم آلیاژ پراستحکام که گاه «ریزآلیاژ» نیز نامیده می شود، نوعی آلیاژی است که با افزودن مقدار اندکی از عناصر آلیاژی مانند ، و تهیه می شود و برتری هایی بر معمولی دارد. اساساً این نوع فولادها با فولاد کربنی معمولی متفاوت بوده و از نظر دسته بندی شناسایی و انتخاب مواد فلزی در یک دسته بندی علمی جدیدی نسبت به فولاد کربنی معمولی قرار می گیرند. مشخصه عمومی و ویژگی کلی فولاد کم آلیاژ پراستحکام کم بودن درصد عناصر آلیاژی افزوده شده به آن جهت تولید فولاد کم آلیاژ پراستحکام است. به عنوان یک متد جدید برای تولید کردن فولاد کم آلیاژ پراستحکام از تکنولوژی وارد کردن مواد آلیاژی شیمیایی دقیق در هنگام تولید کردن فولاد کم آلیاژ پراستحکام می توان استفاده کرد.

به سبب استحکام زیاد ریزآلیاژها، این گونه فلزات را می توان در ساخت قطعات باریک به کار برد. در صنایعی که در درجه اول توجه قرار دارد (مانند ) استفاده از ریزآلیاژها رونق بیشتری دارد. استحکام محصولی که با این مواد ساخته می شود بدون از 415 تا 825 مگاپاسکال تغییر می کند.  با توجه به اینکه ریزآلیاژ در قطعه های فلزی باریک تر به کار می رود، باعث کاهش چشمگیر استحکام در این گونه فلزات می شود. اما، می توان با افزودن عناصری همچون ، ، ، و بر مقاومت قطعه در برابر خوردگی جوی افزود که این امر خود مستلزم صرف هزینه است. ، پوشش با و ضدزنگ دیگر می تواند ریزآلیاژها را در برابر خوردگی محافظت نماید.

ریزآلیاژها معمولاً محتوی 0٫15 تا 0٫55 درصد ، 0٫6 تا 1٫65 درصد ، 0٫15 تا 0٫65 درصد و مقادیر اندکی از ، ()، یا و هستند. وانادیم، کلمبیم و تیتانیم کاربید و/یا نیتریدهایی تولید می کنند که در اکثر دماهای در باقی می مانند، اما در فرایند سرد کردن که در سرعت های کنترل شده انجام می شود رسوب می شوند. پدیده رسوب سبب افزایش قدرت این فلزات پس از عملیات و سرد کردن کنترل شده می شود.  ریزآلیاژهای عنوان شده در بالا اصولاً برای استفاده در و به خصوص در قسمت هایی ساخته شده اند که کاهش وزن بدون از دست دادن قدرت اهمیت دارد. مثلاً قطعات ، سیستم هدایت کننده و تعلیق، و نمونه هایی از استفاده اینگونه ریزآلیاژها در اتومبیل های سواری است.  در دستگاه هایی همچون ، ، ، ، ، ، میل های ریزآلیاژی با حداقل قدرت 50٬000 تا 70٬000 استفاده می شوند. شکل دادن، کنده کاری، اره کردن و انجام دیگر بر روی ریزآلیاژها 25 تا 30 درصد بیشتر از فولادها انرژی می برد.

ریزآلیاژها بر خلاف اکثر فولادهای کربنی در مقابل خوردگی مقاومت زیادی دارند. برای مثال «فرشته شمال» در (که به طور عمده از آلیاژی با نام COR-TEN که از مقدار اندکی مس تشکیل شده است، ساخته شده) نمونه بارزی از ریزآلیاژهای بی رنگ است. ریزآلیاژها معمولاً 7800kg/m³ است.  فولادهایی که مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارند. مانند COR-TEN. این نوع آلیاژها در ترکیب ساخت خود مقدار کمی فسفر و مس دارند تا میزان مقاومت آن ها در برابر فرسایش های آب و هوایی افزایش یابد.   فولادهای رول شده با کنترل (Control-rolled steel)[] رول های داغ فولاد که ساختار بسیار گسیخته آستینیت دارند که به ساختار آهن و کربنی مکعبی خوبی ضمن فرایند سرد کردن تبدیل می شوند.  فولادهای با کربن کم یا بدون کربن که ساختار دانه ای آهن و کربن خوبی دارند که به وسیله ته نشینی افزایش قدرت می یابند.

این فولادها به وسیله ساختار آهن و کربنی سوزنی، مقدار بسیار کمی کربن و سخت سازی خوبی افزایش قدرت داده می شوند. درصد کربن در این نوع فولادها بسیار اندک است و خواصی همچون جوش پذیری و شکل پذیری خوبی را دارند.  این فولادها میکرو ساختار آهن و کربنی متشکل از مقدار کم و بکنواخت دارند. این میکرو ساختار باعت کاهش قدرت تسلیم، افزایش درجه سختی و شکل پذیری خوب می شود. [1]. فولادهای دو فاز شکل پذیری خوبی را دارند و همچنین آن ها بالاست.  فولادی که دارای مقدار کمی نوبیوم، وانادیوم و/یا تیتانیوم می باشد که باعث بهبود اندازه دانه و/یا سخت شدن به وسیله ته نشینی می شود.  کاربرد وسیعی در صنعت داشته و معمولاً در حالت آنیل و یا نرمالیزه بکار می روند ولی در موارد خاص در حالت سخت کاری و تمپر شده نیز مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین فولادهای کم کربن بدلیل خواص هدایت مغناطیسی کاربرد زیادی در صنعت برق دارند. جهت اطلاع از  کلیک نمایید.

تاثیر عناصر آلیاژی

کربن: در فولادهای کربنی میزان کربن ممکن است از چند صدم درصد تا نزدیک به 2 درصد تغییر کند. افزایش میزان کربن باعث بالا رفتن خواص سختی و استحکام فولاد می گردد. کربن نقش اساسی را در فولادها داراست و آبکاری آنها را ممکن می سازد. فولاد با کمتر از 0.2 درصد کربن عملاً آبکاری نمی شود. بیش از این مقدار تا حدود 1.2 درصد سختی فولاد پس از آبکاری به سرعت زیاد می شود. از این میزان بیشتر، سختی فولاد افزایش نیافته و خصوصیات چکش خواری خود را از دست می دهد. جهت اطلاع از کلیک نمایید. منگنز: این عنصر خاصیت اکسیژن زدایی خوبی دارد. اصولا میزان منگنز در فولاد کربنی بین 0.5 تا 0.8 درصد می باشد. به طورکلی بالا بودن مقدار منگنز باعث درشت شدن دانه های فولاد می شود. با حضور منگنز عملیات آهنگری راحت تر انجام می گیرد. منگنز مقاومت و سختی را بالا برده و فولاد را جهت آبکاری آماده تر می نماید، منگنز اضافی فولاد را شکننده می کند.

درصورتی که علاقه مند به کسب اطلاعات از یا منگنزی هستید، کلیک نمایید. گوگرد: گوگرد در فولاد بعنوان یک ناخالصی محسوب می شود. وجود منگنز در فولاد به علت میل ترکیبی بیشتر آن با گوگرد نسبت به آهن باعث تشکیل ترکیب MnS میگردد. MnS دارای نقطه ذوب بالاتری نسبت به FeS می باشد (1610 درجه ی سانتیگراد)، و به همین دلیل در اثر حضور منگنز، مسئله گسیختگی و ترک به حداقل ممکن می رسد. عناصری نظیر Be، Zr، Cr و Ti اثرات مضر گوگرد را کاهش داده ولی عناصری چون Ni، Co و Mo اثر مضر گوگرد را تشدید می کنند. آخالهای گوگرد اثرات بسیار مضری داشته و قابلیت جوشکاری و مقاومت در مقابل خوردگی را نیز کاهش می دهند.

به همین دلیل مقدار گوگرد در فولاد باید بسیار محدود و کم باشد و بسته به نوع فولاد درصد گوگرد از 0.04 تا 0.06 درصد بوده و در فرآیند جوشکاری تا حد 0.02 درصد تقلیل می یابد و از این محدوده نباید تجاوز کند. کاهش مقدار گوگرد باعث افزایش مقاومت به ضربه فولاد می گردد.. فسفر: فسفر در آهن بشدت حد الاستیک و حد گسیختگی را بالا برده، در حالیکه قابلیت پلاستیسیته را به طور قابل توجهی کاهش میدهد. کاهش شکل پذیری در در اثر وجود فسفر خود، به مقدار کربن موجود در فولاد بستگی داشته و هر چه مقدار آن بیشتر باشد، اثر فسفر بر روی کاهش خاصیت پلاستیسیته بیشتر است. برای اکثر فولادها، فسفر یک ناخالصی محسوب می گردد و مقدار درصد آن بسته به مرغوبیت فولاد، نباید از 0.0025 تا 0.05 درصد تجاوز کند.

کاربرد فولادهای کربنی ساده

در این بخش، کاربرد فولادهای کربنی ساده را در سه گروه کم کربن، کربن متوسط و پر کربن مورد بررسی قرار می دهیم. گروه اول که فولادهای ساده کم کربن نام دارند، برای عموم قطعات مهندسی، ساختمان کشتی ها، راه آهن بکار می روند. همچنین این فولادها از خواص مغناطیسی بالا و قابلیت جوشکاری خوبی برخوردار بوده و در مواردی که قطعات تحت عملیات سختی سطحی قرار می گیرند، کاربرد خوبی دارند. برای فولادهای کربن متوسط می توان به صنایع حمل و نقل، راه آهن، ماشین آلات و دستگاه های نورد اشاره کرد و همچنین زمانی که سایش در حد متوسط مدنظر باشد، مورد استفاده قرار می گیرند. در مواردی که قطعات ریخته شده می بایستی از سختی بالایی برخوردار باشند، فولادهای ساده پرکربن کاربرد بسیار خوبی داشته همچنین در ساخت غلتک ها، ابزار و آلات ماشین های صنعتی، قطعات مقاوم به سایش نیز بکار می روند.

فولادهای کم آلیاژ

فولادهای کم آلیاژ را می توان فولادهای کربنی در نظر گرفت که جهت بهبود خواص ویژه، عناصری به آنها اضافه می گردد. درصد عناصر آلیاژی برای فولادهای کم آلیاژ، عموماً از 5 درصد تجاوز نمی کند. کربن مهمترین عنصر در فولادهای کربنی و آلیاژی می باشد و سختی فولاد با میزان کربن تعیین می شود. افزایش عناصر آلیاژی در فولاد، خواص زیر را به دنبال دارد:وجود عناصر نیکل، کروم، فسفر و مولیبدن در محدوده های مورد استفاده در فولادهای کم آلیاژ در برخی از محیط ها، مقاومت در مقابل خوردگی را افزایش می دهد. در هر حال هنگام حضور این عناصر باید مس در حداقل میزان ممکن نگهداری گردد.

• افزایش سختی پذیری
• افزایش استحکام و مقاومت در مقابل سایش
• مقاومت در برابر خوردگی و حرارت

خواص فولادهای کم آلیاژ

فولادهای کم آلیاژ با توجه به نوع عملیات حرارتی که روی آنها صورت می گیرد، می توانند دارای طیف وسیعی از خواص مکانیکی باشند. در هر حال عموما سختی بالاتر با چقرمگی کمتر و استحکام بالاتر همراه با انعطاف پذیری کمتر خواهد بود. مقاومت در مقابل خوردگی فولادهای ریختگی کم آلیاژ فولادهای ریختگی کم آلیاژ عموما به عنوان ماده مقاوم در مقابل خوردگی در نظر گرفته نمی شوند و ترکیب شیمیایی آنها به نحوی انتخاب می گردد که به این مسئله اهمیت ویژه ای ندهد. در هر حال برخی از فولادهای کم آلیاژ دارای مقاومت به خوردگی بیشتری از سایر فولادهای این خانواده هستند. به عنوان مثال وجود مس حتی در حد 0.05 درصد می تواند مقاومت در مقابل خوردگی این آلیاژها را به میزان زیادی افزایش دهد.

کاربرد فولادهای کم آلیاژ

این نوع فولادها در ساخت قطعات مقاوم به سایش از قبیل تجهیزات مربوط به خاک برداری و حفر معدن مورد استفاده قرار می گیرند. کاربردهای دیگر این فولادها قطعات راه آهن، چرخ ماشین های سنگین و چهار چرخه ها و تجهیزات دستگاه هایی که با سیستم بادی عمل می کنند، می باشد و بطورکلی در دستگاه ها و ماشین هایی که در معرض تکان های مداوم هستند، مورد استفاده قرار می گیرند. مقاومت در درجه حرارت بالا از میان عناصر آلیاژی مورد استفاده در فولادهای کم آلیاژ دو عنصر کرم و مولیبدن برای بالا بردن مقاومت این فولادها در مقابل پدیده خزش به کار گرفته می شوند.  قیمت آهن آلات آهن رسان امروز را میتوانید با وارد شدن در سایت آهن رسان مشاهده کنید . عناصر دیگر نظیر وانادیم، تیتانیم و نیوبیم نیز در افزایش مقاومت در مقابل خزش فولادهای کم آلیاژ موثرند.