فولاد آلیاژی چیست

فولاد آلیاژی که در انگلیسی به آن ” Alloy steel” می‌گویند، فولادی است که از ترکیب با عنصرهای گوناگون به‌صورت آلیاژ درآمده است. برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی فولاد، می‌توان از ۱ تا ۵۰ درصد از وزن آن را آلیاژ کرد.

فولاد در واقع نوعی آلیاژ است. اما تمام گونه‌های فولاد را آلیاژ نمی‌خوانند. ساده‌ترین نوع فولاد که تقریباً می‌توان گفت آهن است (نزدیک به ۹۹٪) خود با عنصر کربن آلیاژ شده‌است. منظور از آلیاژ فولاد، ترکیبی از فولاد، کربن و دیگر عنصرها است. عنصرهایی که بیشتر برای این هدف کاربرد دارند، عبارتند از: منگنز (پرکاربردترین)، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، سیلیسیم و بور. و عنصرهای کم کاربردتر عبارتند از: آلومینیم، کبالت، مس، سریم، نیوبیم، تیتانیم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیم.

سعی ما بر این است که در این مطلب، شما را با فولاد آلیاژی و تمام آنچه در مورد این محصول باید بدانید، آشنا کنیم. با ما در وب‌سایت سراج توس همراه باشید. 

انواع فولاد آلیاژی

همان‌طور که گفتیم، فولاد، آلیاژی است که از ترکیب آهن و کربن تشکیل شده است. اما تمام گونه‌های فولاد، فولاد آلیاژی نیستند. ساده‌ترین نوع فولاد، فولادی است که از ترکیب آهن و کربن تشکیل شده است ولی نسبت ترکیب این دو عنصر بسته به نوع فولاد متغیر است.

آلیاژهای فولاد به دو دسته تقسیم می‌شوند: فولاد کم‌آلیاژ و فولاد پرآلیاژ. در مورد تفاوت این دو نوع از فولاد آلیاژی اختلاف نظر وجود دارد. برخی این تفاوت را ۴ درصد و گروهی دیگر ۸ درصد دانسته‌اند. بطور کلی باید گفت زمانی که صحبت از فولاد آلیاژی می‌کنیم، منظور ما فولاد کم‌آلیاژ است.

از ترکیب عنصرهای ذکر شده با فولاد و آلیاژسازی، برخی ویژگی‌های فولاد کربن مانند مقاومت، سختی، چقرمگی، سایش، سخت شدگی و سختی در دمای بالا، به‌گونهٔ درخور توجهی بهبود می‌یابد. برای دستیابی به بعضی از این ویژگی‌ها باید عملیات حرارتی روی فلز انجام شود.

برای خرید آنلاین و در لحظه فولاد آلیاژی به سایت سراج توس مراجعه کنید.

کاربرد فولاد آلیاژی

فولاد، کاربردهای متعددی در علم و صنعت دارد. از فولاد به‌منظور ساختن انواع قطعات آهنی و انواع ورق‌های فولادی، تیرآهن، میلگرد و … استفاده می‌شود. فولاد نرم نوع متوسط ۰.۲ الی ۰.۶ درصد کربن دارد و فولاد سخت ۰.۶ الی ۱.۵ درصد کربن دارد و از آنها برای ساخت ابزار آلات فولادی، فنر و کارد و چنگال، استفاده می‌شود.

فولادهای مقاوم حرارتی در محیط‌هایی با دمای بالا و خورنده، تحت شرایط تنش استاتیکی و دینامیکی به‌کار می‌روند. فولاد در ساخت دریچه‌های موتور هواپیما، حامل‌های کوره، واحدهای کراکینگ نفت و توربین‌های گازی به‌کار می‌رود.

ویژگی‌های یادشده در بالا در کاربردهای ویژه‌ای چون پرّه‌های توربین، موتور جت، فضاپیماها و رآکتورهای هسته‌ای بسیار مورد نیاز است. به‌دلیل ویژگی‌های فرومغناطیس آهن، بعضی آلیاژهای فولاد و پاسخی که این آلیاژها در محیط مغناطیسی می‌دهند، اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. در موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها نیز چنین است.

فرآیند تولید فولاد آلیاژی

همانطور که گفته شد فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگر همراه‌اند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام‌شده برروی آن و فلزهای آلیاژ دهنده‌ی موجود در آن بستگی دارد.

فولاد، پر مصرف‌ترین فلز صنعتی است و مصارفش پیوسته افزایش می‌یابد. امروزه، تولید فولاد جهان نزدیک به هزار و سیصد میلیون تن در سال است. گفته می‌شود فولاد سازی از هندوستان به ایران آمده است، زیرا در دوران باستان، فولاد هندی معروف بوده است.

فولاد چند جوشی است. برای ساختن فولاد، کربن آهن خام سفید را می‌سوزانند، تا از۵.۳ تا ۶ درصد به ۱.۵ تا ۲ درصد وزنش کاهش یابد، عنصر‌های دیگر را در آن اندازه می‌کنند تا فولاد خواسته شده ساخته شود. فولاد، کربور آهن است که با عنصرهای دیگر هم‌جوش شده باشد. با سوزاندن کربن آهن خام سفید و همجوش کردن آن با کمی کربن و اندازه‌کردن عنصر‌های دیگر در آن، به دو روش خمیری‌کردن و آب‌کردن فولاد را می‌سازند.

روش‌خمیری: در آغاز صنعت فولاد سازی، فولاد را به این روش می‌ساختند که این روش، دیگر به‌کار نمی‌رود. در این روش آهن خام را در تشت کوره‌ی شعله‌ای می‌گذاشتند و روی آن شعله می‌دمیدند تا آب شود. آهن خام آب‌شده را به‌هم می‌زدند تا کربن آن بسوزد. به تدریج که کربن آهن خام می‌سوخت، درجه‌ی آب‌شدنش بالا می‌رفت و خمیری می‌شد. خمیر فولاد را تکه‌‌تکه با گازانبر از کوره بیرون می‌آوردند و آنها را با پتک درهم می‌کوبیدند که سرباره‌شان بریزد و یکپارچه شوند. فولاد یکپارچه شده را نورد می‌زدند تا به‌شکل شمش درآید. چند شمش را دسته کرده و در کوره، گرما می‌دادند تا سرخ‌شود و با یک پتک‌سنگین آنها را درهم می‌کوبیدند تا یک تکه گردند و به‌آن شکل می‌دادند. سر باره‌ای که در کوره می‌ماند و آنچه هنگام کوبیدن خمیر فولاد از آن می‌ریخت چون آهن داشت، از نو همراه موادخام به کوره‌ی آهن گدازی می‌ریختند.

روش آب‌کردن: امروزه، همهٔ‌ی فولاد جهان به روش آب‌کردن، ساخته می‌شود. آهن‌خام آبکی که از کوره‌ی آهن به بیرون روان می‌گردد، نخست به تغارهای فولادی می‌ریزد، از آنجا آن را در تانک مخلوط کن گهواره‌ای می‌ریزند. برای آن‌ که گرمای آهن‌خام به بدنه‌ی تغار و تانک فولادی نرسد، درون آنها را با آجر نسوز آستر می‌کنند.

تفاوت فولاد آلیاژی و غیرآلیاژی

فولادهای آلیاژی

انواع فولاد آلیاژی به‌طور کل در دو دسته فولاد کم‌آلیاژ و فولاد پرآلیاژ قرار دارند. فولاد کم‌آلیاژ به‌آن نوع از فولاد آلیاژی اطلاق می‌‌شود که کم‌تر از ۸ درصد عناصر آلیاژی در محتوای خود داشته باشند. فولاد پر آلیاژ برخلاف دسته قبلی بیشتر از ۸ درصد عناصر آلیاژی در آنها وجود دارد. فولاد ضدزنگ در دسته‌ی فولاد پرآلیاژ قرار می‌گیرد. تعداد فولادهای آلیاژی کم نیستند. از جمله فولادهای آلیاژی می‌توان از موارد زیر نام برد: فولاد آلیاژی کروم‌دار، فولاد آلیاژی وانادیوم‌دار، فولاد آلیاژی تنگستن‌دار، فولاد آلیاژی منگنزدار، فولاد آلیاژی کبالت‌دار، فولاد آلیاژی نیکل‌دار، فولاد آلیاژی مولیبیدن‌دار. 

فولادهای غیر آلیاژی

اگر هنگام ذوب، هیچ عنصری به فولاد اضافه نشود، به آن فولاد غیر آلیاژی گفته می‌شود. ساخت فولاد غیرآلیاژی با قرار دادن سنگ‌معدن در کوره، و ذوب آن انجام می‌شود. روند ذوب هرگونه ناخالصی موجود در سنگ‌آهن را از بین می‌برد. پس از انجام اولین فرآیند ذوب، فولاد هنوز مقدار کربن زیادی برای تبدیل شدن به فولاد غیرآلیاژی را دارد. روند ذوب بارها و بارها انجام می‌شود تا زمانی که میزان کربن موجود در سنگ معدن به زیر ۱.۵ درصد از محتوای کل فولاد کاهش یابد.

 عناصر تشکیل دهنده‌ی فولاد آلیاژی

نامگذاری فولادهای آلیاژی، تنها براساس ترکیب شیمیایی آنها می‌باشد. در ذیل به معرفی چند عنصر پرکاربرد در فولاد آلیاژی می‌پردازیم.

کربن (C)

کربن، مهم‌ترین و موثرترین عنصر آلیاژی در فولادها می‌باشد و بالاترین تاثیر را در ساختار فولاد دارد. هر فولاد آلیاژشده علاوه بر کربن، عناصر آلیاژی دیگری نظیر سیلیسیم، منگنز، فسفر و گوگرد را به‌همراه دارد. به‌طوری که این عناصر به شکلی ناخواسته به‌هنگام فرآیند تولید در فولاد باقی خواهند ماند. کربن، یک آستنیت‎زای قوی است که استحکام مکانیکی را افزایش می‌دهد. این عنصر، مقاومت به خوردگی مرزدانه‎ای را به‌علت تشکیل کاربید، کاهش می‎‌دهد. در فولادهای زنگ‌نزن، فریتی مقاومت به خوردگی و چقرمگی را به‌شدت کاهش می‎‌دهد. در فولادهای زنگ نزن، مارتنزیتی استحکام و سختی را افزایش اما چقرمگی را کاهش می‎‌دهد.

کروم  (cr)

 نقش کروم، بیشتر در دماهای بالای ۵۰۰ درجه سلسیوس مشخص می‌شود. این عنصر، باعث شکل‌گرفتن یک لایه اکسید غنی از کروم مقاوم، برروی سطح می‌شود که از رسیدن بیشتر اکسیژن به لایه‌های زیرین و درنتیجه زنگ‌زدگی جلوگیری می‌کند.

نیکل  (Ni)

عنصر نیکل باعث تغییر ساختار کریستالی از BCC (فریتی) به FCC (آستنیتی) می‎‌شود و پایدار کننده‎ی آستنیت است. این عنصر می‎‌تواند مقاومت به خوردگی را خصوصاً در محیط‎های کاهنده، افزایش دهد. نیکل در گریدهای مارتنزیتی و فریتی باعث بهبود چقرمگی می‎‌شود. در گریدهای مارتنزیتی با مقادیر کم‌کربن، اضافه‌کردن نیکل باعث بهبود قابلیت جوش‎پذیری می‌شود. بنابراین نیکل باعث افزایش چقرمگی، استحکام دمابالا و افزایش مقاومت در مقابل کربوریزه‌شدن و نیتریده‌شدن می‌شود.

منگنز (Mn)

این عنصر در دماهای پایین، تثبیت کننده‌ی‎ آستنیت ولی در دماهای بالا تثبیت کننده‎ی فریت است. این عنصر انعطاف‎پذیری گرم را افزایش می‎‌دهد.

سیلیسیم  (Si)

سیلیس استحکام فولاد را افزایش می‌دهد وسختی‌پذیری را زیاد می‌کند و همچنین مقاومت سایشی را افزایش می‌دهد. در مقادیر بالای سیلیس، سختی‌پذیری و استحکام فولاد افزایش می‌یابد ولی این افزایش، همراه با کاهش شکل‌پذیری و انرژی ضربه است.

گوگرد  (S)

نقطه‌ی تسلیم و مقاومت در برابر کشش فولاد را تغییر نمی‌دهد. در فولادهای خوش‌تراش وجود گوگرد، عامل مهمی است. درواقع، یکی از راه‌های افزایش قابلیت ماشینکاری، اضافه‌کردن گوگرد به ترکیب فولاد است. وقتی ابزار برش روی سطح قطعه کار می کنند، به علت وجود سولفات منگنز، طول پلیسه‌ها کوتاه‌تر می‌شوند و در نتیجه صافی سطح بیشتر می‌شود.

مولیبدن  (Mo)

باعث افزایش استحکام ترکیدگی ناشی از خزش می‌شود. این عنصر باعث افزایش مقاومت به خوردگی یکنواخت و موضعی را به‌طور قابل توجهی افزایش می‎‌دهد. باعث پایداری ریزساختار فریتی شده و مقداری استحکام مکانیکی را افزایش می‎‌دهد. در فولاد کروم، نیکل دار و فولاد منگنزدار سبب ریزدانه‌سازی می‌شود و باعث بهبود قابلیت جوشکاری می‌شود.

تیتانیوم  (Ti)

درصد کمی تیتانیوم، در حدود ۰.۳ تا ۰.۷ درصد، می‌تواند در فولادهای آستنیتی باعث افزایش استحکام شود و همچنین برای ازبین‌بردن اثر مخرب کاربید کروم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نیوبیم  (Nb)

در فولادهای ضدزنگ، اثری مشابه تیتانیوم را داشته و به‌تنهایی و یا به‌همراه تیتانیوم، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آلومینیوم  (Al)

یکی از قوی‌ترین اکسیژن‌زداها و نیتروژن زداهاست و بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، تأثیر بسیار زیادی برای مقابله با کرنش‌های ناشی از پیری دارد. در ترکیب با نیتروژن، تشکیل نیترور سخت می‌دهد که باعث افزایش مقاومت در برابر پوسته‌شدن می‌شود. به همین دلیل به‌عنوان عنصری آلیاژی برای مقاومت حرارتی فولادها به‌کار می‌رود.