معرفی انواع فولاد کم آلیاژ

فولاد کم‌آلیاژ پراستحکام که گاه «ریزآلیاژ» نیز نامیده می‌شود، نوعی آلیاژی است که با افزودن مقدار اندکی از عناصر آلیاژی مانند ، و تهیه می‌شود و برتری‌هایی 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، این‌گونه فلزات را می‌توان 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 می‌شود بدون از ۴۱۵ تا ۸۲۵ مگاپاسکال تغییر می‌کند.  با توجه به اینکه ریزآلیاژ در قطعه‌های فلزی باریک‌تر به کار می‌رود، باعث کاهش چشمگیر استحکام در این‌گونه فلزات می‌شود. اما، می‌توان با افزودن عناصری همچون ، ، ، و بر مقاومت قطعه در برابر خوردگی جوی افزود که این امر خود مستلزم صرف هزینه‌است. ، پوشش با و ضدزنگ دیگر می‌تواند ریزآلیاژها را در برابر خوردگی محافظت نماید.

ریزآلیاژها معمولاً محتوی ۰٫۱۵ تا ۰٫۵۵ درصد ، ۰٫۶ تا ۱٫۶۵ درصد ، ۰٫۱۵ تا ۰٫۶۵ درصد و مقادیر اندکی از ، ()، یا و هستند. وانادیم، کلمبیم و تیتانیم‌کاربید و/یا نیتریدهایی تولید می‌کنند که در اکثر دماهای در باقی می‌مانند، اما در فرایند سرد کردن که در سرعت‌های کنترل شده انجام می‌شود رسوب می‌شوند. پدیده رسوب سبب افزایش قدرت این فلزات پس از عملیات و سرد کردن کنترل شده می‌شود.  ریزآلیاژهای عنوان شده در بالا اصولاً برای استفاده در و به خصوص در قسمت‌هایی ساخته شده‌اند که کاهش وزن بدون از دست دادن قدرت اهمیت دارد. مثلاً قطعات ، سیستم هدایت‌کننده و تعلیق، و نمونه‌هایی از استفاده اینگونه ریزآلیاژها در اتومبیل‌های سواری است.  در دستگاه‌هایی همچون ، ، ، ، ، ، میل‌های ریزآلیاژی با حداقل قدرت ۵۰٬۰۰۰ تا ۷۰٬۰۰۰ استفاده می‌شوند. شکل‌دادن، کنده‌کاری، اره کردن و انجام دیگر بر روی ریزآلیاژها ۲۵ تا ۳۰ درصد بیشتر از فولادها انرژی می‌برد.

ریزآلیاژها بر خلاف اکثر فولادهای کربنی در مقابل خوردگی مقاومت زیادی دارند. برای مثال «فرشته شمال» در (که به‌طور عمده از آلیاژی با نام COR-TEN که از مقدار اندکی مس تشکیل شده‌است، ساخته شده) نمونه بارزی از ریزآلیاژهای بی‌رنگ است. ریزآلیاژها معمولاً ۷۸۰۰kg/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 آن‌ها در برابر فرسایش‌های آب و هوایی افزایش یابد.   فولادهای رول شده با کنترل (Control-rolled steel)[] رول‌های داغ فولاد که ساختار بسیار گسیخته آستینیت دارند که به ساختار آهن و کربنی مکعبی خوبی ضمن فرایند سرد کردن تبدیل می‌شوند.  فولادهای با کربن کم یا بدون کربن که ساختار دانه‌ای آهن و کربن خوبی دارند که به وسیله ته‌نشینی افزایش قدرت می‌یابند.

این فولادها به وسیله ساختار آهن و کربنی سوزنی، مقدار بسیار کمی کربن و سخت سازی خوبی افزایش قدرت داده می‌شوند. درصد کربن در این نوع فولادها بسیار اندک است و خواصی همچون جوش پذیری و شکل‌پذیری 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 شکل‌پذیری خوب می‌شود. [۱]. فولادهای دو فاز شکل‌پذیری خوبی را دارند و همچنین آن‌ها بالاست.  فولادی که دارای مقدار کمی نوبیوم، وانادیوم و/یا تیتانیوم می‌باشد که باعث بهبود اندازه دانه و/یا سخت شدن به وسیله ته‌نشینی می‌شود.  کاربرد وسیعی در صنعت داشته و معمولاً در حالت آنیل و یا نرمالیزه بکار می‌روند ولی در موارد خاص در حالت سخت کاری و تمپر شده نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. 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 می‌گردد. کربن نقش اساسی را در فولادها داراست و آبکاری آنها را ممکن می‌سازد. فولاد با کمتر از 0.2 درصد کربن عملاً آبکاری نمی‌شود. بیش از این مقدار تا حدود 1.2 درصد سختی فولاد پس از آبکاری به سرعت زیاد می‌‎شود. از این میزان بیشتر، سختی فولاد افزایش نیافته و خصوصیات چکش‌خواری خود را از دست می‌دهد. 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 می‌باشد. به‌طورکلی بالا بودن مقدار منگنز باعث درشت شدن دانه‌های فولاد می‌شود. با حضور منگنز عملیات آهنگری راحت‌تر انجام می‌گیرد. منگنز مقاومت و سختی را بالا برده و فولاد را جهت آبکاری آماده‌تر می‌نماید، منگنز اضافی فولاد را شکننده می‌کند.

درصورتی که علاقه مند به کسب اطلاعات از یا منگنزی هستید، کلیک نمایید. گوگرد: گوگرد در فولاد بعنوان یک ناخالصی محسوب می‌شود. وجود منگنز در فولاد به‌علت میل ترکیبی بیشتر آن با گوگرد نسبت به آهن باعث تشکیل ترکیب MnS میگردد. MnS دارای نقطه ذوب بالاتری نسبت به FeS می‌باشد (1610 درجه‌ی 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 می‌کنند. آخالهای گوگرد اثرات بسیار مضری داشته و قابلیت جوشکاری و مقاومت در مقابل خوردگی را نیز کاهش می‌دهند.

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 می‌یابد و از این محدوده نباید تجاوز کند. کاهش مقدار گوگرد باعث افزایش مقاومت به ضربه فولاد می‌گردد.. فسفر: فسفر در آهن بشدت حد الاستیک و حد گسیختگی را بالا برده، در حالیکه قابلیت پلاستیسیته را به‌طور قابل توجهی کاهش میدهد. کاهش شکل‌پذیری 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 می‌گردد 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 می‌دهیم. گروه اول که فولادهای ساده کم کربن نام دارند، برای عموم قطعات مهندسی، ساختمان کشتی‌ها، راه‌آهن بکار می‌روند. همچنین این فولادها از خواص مغناطیسی بالا و قابلیت جوشکاری خوبی برخوردار بوده و در مواردی که قطعات تحت عملیات سختی سطحی قرار می‌گیرند، کاربرد خوبی دارند. برای فولادهای کربن متوسط می‌توان به صنایع حمل و نقل، راه‌آهن، ماشین‌آلات و دستگاه‌های نورد اشاره کرد و همچنین زمانی که سایش در حد متوسط مدنظر باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مواردی که قطعات ریخته‌شده می‌بایستی از سختی بالایی برخوردار باشند، فولادهای ساده پرکربن کاربرد بسیار خوبی داشته همچنین در ساخت غلتک‌ها، ابزار و آلات ماشین‌های صنعتی، قطعات مقاوم به سایش نیز بکار می‌روند.

فولادهای کم آلیاژ

فولادهای کم آلیاژ را می‌توان فولادهای کربنی در نظر گرفت که جهت بهبود خواص ویژه، عناصری به آنها اضافه می‌گردد. درصد عناصر آلیاژی برای فولادهای کم آلیاژ، عموماً از 5 درصد تجاوز نمی‌کند. کربن مهمترین عنصر در فولادهای کربنی و آلیاژی می‌باشد و سختی فولاد با میزان کربن تعیین می‌شود. افزایش عناصر آلیاژی در فولاد، خواص زیر را به دنبال دارد:وجود عناصر نیکل، کروم، فسفر و مولیبدن در محدوده‌های مورد استفاده در فولادهای کم آلیاژ در برخی از محیط‌ها، مقاومت در مقابل خوردگی را افزایش می‌دهد. 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 نمی‌شوند و ترکیب شیمیایی آنها به نحوی انتخاب می‌گردد که به این مسئله اهمیت ویژه‌‎ای 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 می‌تواند 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 می‌گیرند. کاربردهای دیگر این فولادها قطعات راه‌آهن، چرخ ماشین‌های سنگین و چهار چرخه‌ها و تجهیزات دستگاه‌هایی که با سیستم بادی عمل می‌کنند، می‌باشد و بطورکلی در دستگاه‌ها و ماشین‌هایی که در معرض تکان‌های مداوم هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. 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 می‌شوند.  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 مؤثرند.