فولاد ساختمانی از پرکاربردترین مصالح موجود در جهان است که دارای خواصی چون مقاومت و سختی بالا می باشد. عنصر اصلی بکار رفته در فولاد کربن می باشد، که علاوه بر آن عناصر آلیاژی دیگر همچون تنگستن، کروم، وانادیوم، منیزیم و مقادیر جزیی از گوگرد، سیلیسیم، فسفر و اکسیژن نیز در فولاد حضور دارند.

در ساخت فولاد از کربن و سایر آلیاژها به منظور ایجاد سختی و جلوگیری از بهم خوردن آرایش اتم ها استفاده می شود. مشخصات فولاد همچون شکل پذیری، سختی و مقاومت کششی به مقدار آلیاژهای مصرفی و نحوه چیدمان آنها در آهن بستگی دارد. افزایش مقدار کربن در فولاد باعث افزایش سختی و مقاومت آن می شود ولی از شکل پذیری آن می کاهد.

بزرگترین مزیت فولاد امکان بازیافت آن به دفعات متعدد بدون از دست رفتن خواص آن می باشد.

انواع فولاد با توجه به ترکیبات بکار رفته در آن

1- فولاد کربنی

2- فولاد آلیاژی

1- فولاد کربنی

حداکثر میزان کربن بکار رفته در این فولاد 1.5 درصد وزنی بوده و حاوی مقادیر جزیی از منگنز، گوگرد، سیلیسیم و فسفر می باشد. مشخصات این فولاد به میزان کربن بکار رفته در آن بستگی داشته و براساس مقدار کربن به 4 دسته طبقه بندی می شود:

1- فولاد با کربن پایین

2- فولاد با کربن متوسط

3- فولاد با کربن بالا

4- فولاد با کربن بسیار بالا

1- فولاد با کربن پایین

در فولادهای کم کربن، کربن حداکثر 0.3 درصد وزنی را تشکیل می دهد. این فولادها به راحتی جوشکاری می شوند و نسبت به فولاد های پرکربن شکل پذیری بالاتری دارند.

2- فولادهای با کربن متوسط

درصد وزنی کربن بکار رفته در این فولاد (0.45-0.3) می باشد. افزایش مقدار کربن باعث افزایش مقاومت و سختی فولاد می شود، ولی شکل پذیری آن را کاهش می دهد. قابلیت جوشکاری این فولاد نسبت به فولاد با کربن پایین کمتر می باشد.

3- فولادهای با کربن بالا

در این فولاد درصد وزنی کربن (0.75-0.45) می باشد. این فولادها با چالش جوشکاری مواجه بوده به همین علت به هنگام قالب گیری حرارت دهی مناسب به منظور ارتقای قابلیت جوشکاری و حفظ مشخصات مکانیکی فولاد ضروری می باشد.

4- فولادهایی با میزان کربن بسیار بالا

در فولادهای با کربن بسیار بالا درصد وزنی کربن بالا 1.5 درصد می باشد. بخاطر میزان کربن بسیار بالای بکار رفته در این فولاد، حرارت دهی قبل، بعد و حین عملیات جوشکاری ضروری می باشد. کاربرد اصلی این فولاد در ابزارهای برش می باشد.

سیستم طراحی فولادهای کربنی

انستیتوی فولاد آمریکا با همکاری انجمن مهندسان خودروی آمریکا یک سیستم نامگذاری 4 رقمی برای فولاد های کربنی به شرح ذیل ارائه نموده است:

SAE 1XXX

رقم اول:

رقم اول نشان دهنده نوع فولاد اعم از کربنی یا آلیاژی می باشد.

عدد 1 برای فولاد کربنی و عدد 2 برای فولاد آلیاژی بکار می رود.

رقم دوم:

رقم دوم بیانگر اصلاح فولاد می باشد:

0- فولاد ساده (اصلاح نشده)

1- فولاد اصلاح شده با گوگرد

2- فولاد اصلاح شده با فسفر و گوگرد

5- فولادی که با گوگرد اصلاح نشده و  بالای 1 درصد منگنز دارد.

دو رقم آخر:

دو رقم آخر میزان کربن در 0.01 درصد وزنی را نشان می دهد.

برای مثال SAE 1045 نشان دهنده فولاد با کربن معمولی بوده و میزان کربن بکار رفته در آن 0.45 درصد می باشد. 

2- فولاد آلیاژی

 نوعی فولاد کربنی می باشد که در آن به منظور بهبود خواص و مشخصات فیزیکی از عناصر دیگری همچون مولیبیدیوم، نیکل، منگنز، سیلیسیم، برم، کروم و وانادیوم افزون بر کربن استفاده می شود. دو نوع فولاد آلیاژی وجود دارد:

1-  فولاد با آلیاژ پایین

2-  فولاد با آلیاژ بالا

1- فولاد با آلیاژ پایین

میزان کربن بکار رفته در فولا آلیاژی (0.25-0.15) درصد وزنی کل می باشد. همچنین در این فولاد از عناصر آلیاژی مانند کروم، مولیبیدیوم، سیلیسیم، وانادیوم، برم و در موارد نادر از آلومینیوم، کبالت، مس، تیتانیوم، تنگستن، قلع و زیرکونیوم استفاده می شود.

عمده محبوبیت این تیپ فولاد به علت قابلیت سخت شدگی مطلوب و مقاومت آن در محیط های خورنده می باشد. ایراد اصلی این فولاد دشواری عملیات جوشکاری می باشد. اگر میزان کربن بکار رفته در این فولاد به میزان 0.1 درصد کاهش یابد، این نقص بهبود می یابد.

2- فولاد با آلیاژ بالا

به فولادی اطلاق می شود که میزان عناصر آلیاژی بکار رفته در آن بیش از 8 درصد وزنی کل باشد. مزیت اصلی این نوع فولاد قابلیت اطمینان و مقاومت بالا در محیط های خورنده می باشد. از این تیپ فولاد بیشتر در نیروگاه های هسته ای، مبدل های حرارتی، جداگرهای کانون گریز، خطوط لوله، بولت ها، تجهیزات پاک کننده نیمه هادی،  صنایع پتروشیمی و داروسازی استفاده می شود.

سیستم طراحی فولاد آلیاژی

از سیستم 4 رقمی حاصل همکاری انستیتوی فولاد و انجمن مهندسان خودروی آمریکا جهت نامگذاری این تیپ فولاد استفاده شده است.

رقم اول:

رقم اول طبقه فولاد را مشخص می کند:

2- فولادهای نیکلی

3- فولاد های نیکلی - کرومی

4- فولاد های مولیبیدیومی

5- فولاد های کرومی

6- فولادهای کرومی - وانادیومی

7- فولادهای تنگستنی -کرومی

9- فولادهای سیلیسیومی- منگنزی

رقم دوم:

رقم دوم مقدار عنصر اصلی بکار رفته در فولاد را بر حسب درصد بیان می کند.

دو رقم آخر:

دو رقم آخر میزان کربن بکار رفته در 0.01 درصد وزنی را نشان می دهند. 

برای مثال SAE 6230  نمایانگر فولاد کرومی - وانادیومی شامل 2 درصد کروم و 0.3 درصد کربن می باشد. 

انواع فولاد با توجه به کاربردشان

1- فولاد ضدزنگ

2- فولاد ابزاری - فولاد آلیاژی

1- فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ نوعی فولاد است که حداقل %10 کروم در آن بکار رفته باشد. مقاومت این فولاد در برابر زنگ زدگی و خوردگی نسبت به فولاد معمولی بالاتر است. این فولاد برای نخستین بار در سال 1913 در انگلستان ابداع شد ولی عرضه اولیه آن به بازار تا سال 1915 به طول انجامید. فولاد ضد زنگ تقریباً 150 رده دارد که 15 رده آن رایج تر هستند. از این مدل فولاد بیشتر در بندهای ساعت، مدل های تفنگ دستی، تپانچه، مخازن ذخیره، تانکرها، جواهرسازی، کارخانه های فرآوری مواد غذایی، ابزارهای جراحی و صنعت هواپیمایی استفاده می شود.

سیستم طراحی و نامگذاری فولاد ضد زنگ

انستیتوی فولاد آمریکا با همکاری انجمن مهندسان خودروی آمریکا یک سیستم نامگذاری 3 رقمی برای فولادهای ضد زنگ به شرح زیر ارائه نموده است:

سری 2XX- فولاد آستنیتی ضد زنگ منگنزی - نیکلی - کرومی

سری 3XX- فولاد آستنیتی ضد زنگ نیکلی-کرومی   

سری 4XX- فولاد ضد زنگ مارتنزیتیکی کرومی و فولاد ضد زنگ فریتی

سری 5XX- فولاد ضد زنگ مارتنزیتیکی با میزان کروم پایین

2- فولاد ابزاری

میزان کربن بالای بکار رفته در این فولاد منجر به افزایش سختی و مقاومت سایشی آن شده است. میزان کربن بکار رفته در این فولاد (1.5-0.7) درصد وزنی می باشد. به منظور حصول کیفیت مطلوب، این فولاد تحت شرایط کاملاً کنترل شده به عمل می آید. جهت افزایش سختی این فولاد به ترکیبات آن عناصر آلیاژی می افزایند. از فولادهای ابزاری عمدتاً در دریل ها، تیغه های برشی  و مته های  دستی استفاده می شود. فولادهای ابزاری بر حسب کاربرد، مشخصات مکانیکی، ترکیبات و روش های حرارت دهیشان تقسیم بندی می شوند.

سیستم طراحی و نامگذاری فولادهای ابزاری

W- فولاد ابزاری با کربن معمولی سخت کاری شونده با آب

O- فولاد آلیاژی سرد نورد شده سخت کاری شونده با روغن

A- فولاد آلیاژی سرد نورد شده سخت کاری شونده در هوا

D- فولاد های آلیاژی سرد نورد شده سخت کاری شونده بصورت پراکنده

S- فولاد های ابزاری با میزان کربن پایین و مقاوم در برابر شوک

T- فولاد های ابزاری تنگستنی با سرعت بالا

M- فولاد های ابزاری مولیبدیومی با سرعت بالا

H- فولاد  های ابزاری گرم نورد شده

P- فولاد های ابزاری قالب پلاستیکی

افراد دارای مهارت در این زمینه

در صورتی که در این زمینه تخصص یا مهارتی دارید، پس از ثبت نام در سایت و تکمیل فرم مشخصات شخصی ، پروفایل خود را به لیست زیر اضافه نمایید .