فولاد، به واسطه ویژگی‌های منحصر به فرد خود، از جایگاه ویژه‌ای در صنایع مهندسی و ساختمان‌سازی برخوردار است. بر اساس گزارش انجمن جهانی فولاد، تولید فولاد در سال 2019 به رقم قابل توجه 1868.8 میلیون تن رسید که نشان‌دهنده رشد تقریباً دو برابری نسبت به دهه گذشته است. پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری تولید فولاد، آن را به ماده‌ای استراتژیک و ضروری در صنایع ساخت‌وساز و ماشین‌آلات تبدیل کرده است. علاوه بر این، قابلیت بازیافت بالای فولاد بدون کاهش کیفیت، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل از منظر پایداری محیط زیست تبدیل کرده است.
فولاد آلیاژی است که از آهن و کربن تشکیل شده است. آهن به عنوان یکی از فراوان‌ترین عناصر در پوسته زمین شناخته می‌شود. ترکیب آهن و کربن در دمای بالا منجر به تشکیل ساختاری کریستالی می‌شود که به فولاد استحکام و سختی قابل توجهی می‌بخشد. این ویژگی‌ها، فولاد را به یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع مختلف تبدیل کرده است.
فولادها بر اساس ترکیب شیمیایی خود به گروه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. چهار گروه اصلی فولاد عبارت‌اند از:
- فولاد کربنی
- فولاد ضدزنگ
- فولاد ابزاری
- فولاد آلیاژی
فولاد کربنی
فولاد کربنی آلیاژی است که عنصر اصلی تشکیل‌دهنده آن کربن بوده و به میزان تقریبی 2 درصد وزنی در آن وجود دارد. علاوه بر کربن، عناصر آلیاژی دیگری نظیر منگنز و سیلیکون نیز در ترکیب این نوع فولاد یافت می‌شوند.
فولاد کربن پایین
این نوع فولاد با دارا بودن 0.04 تا 0.30 درصد کربن، به عنوان فولاد ملایم نیز شناخته می‌شود. پایین بودن میزان کربن در این نوع فولاد، سبب سهولت در عملیات جوشکاری و برش آن می‌گردد. به همین دلیل، فولاد کربن پایین بیشترین کاربرد را در میان انواع فولادهای کربنی دارد.
فولاد کربن متوسط
میزان کربن در این نوع فولاد بین 0.31 تا 0.60 درصد متغیر است. وجود میزان متوسطی از کربن، استحکام فولاد را نسبت به فولاد کربن پایین افزایش می‌دهد.
فولاد کربن بالا
معمولاً حاوی 0.61% تا 1.50% کربن است. محتوای کربن بالای آن باعث می شود که جوشکاری آن دشوار باشد.
فولادهای ملایم یل کم‌کربن نسبت به فولادهای کربن‌بالا، چکش‌خوارتر هستند. از سوی دیگر، فولادهای پرکربن، سختی بیشتری دارند اما چکش‌خواری کمتری ارائه می‌دهند. فولادهای کربنی مقاوم، مقرون‌به‌صرفه و به راحتی قابل بازیافت هستند.
فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل
فولاد ضدزنگ آلیاژی است با مقاومت فوق‌العاده در برابر خوردگی که عمدتاً از کروم، نیکل و مولیبدن تشکیل شده است. درصد هر یک از عناصر آلیاژی در گریدهای مختلف این فولاد متفاوت بوده و حداقل ۱۱ درصد وزنی آن را کروم تشکیل می‌دهد. گریدهای فریتی، آستنیتی، مارتنزیتی و دوپلکس از رایج‌ترین انواع فولاد ضدزنگ محسوب می‌شوند.
فولاد ضدزنگ به واسطه طیف گسترده‌ای از ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در صنایع گوناگون کاربردی وسیع یافته است. استحکام بالا، مقاومت بی‌نظیر در برابر خوردگی، قابلیت شکل‌پذیری مطلوب، سختی کافی، جوش‌پذیری مناسب و تحمل حرارتی قابل توجه، از جمله خواص برجسته‌ای هستند که فولاد ضدزنگ را به گزینه‌ای ایده‌آل در بسیاری از کاربردهای صنعتی و ساختمانی تبدیل نموده‌اند.
فولاد ضدزنگ به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و ظاهر جذاب، کاربرد گسترده‌ای در صنایع گوناگون یافته است. از جمله این کاربردها می‌توان به تجهیزات فرآوری مواد غذایی، ظروف آشپزخانه، مخازن نگهداری مواد شیمیایی، ابزارهای جراحی، صنایع دریایی، لوازم خانگی و بسیاری صنایع دیگر اشاره کرد.
فولاد ابزاری
فولاد ابزار، همان‌گونه که از نام آن برمی‌آید، آلیاژی است که به‌طور ویژه برای ساخت ابزارهای مختلف طراحی شده است. ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد این آلیاژ، آن را به گزینه‌ای ایدئال برای کاربردهای صنعتی تبدیل کرده است. فولادهای ابزار به‌دلیل سختی بالا، مقاومت به سایش و حفظ لبه برنده در دماهای بالا، در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند.
عنصر اصلی آلیاژی در فولادهای ابزار، کربن است. علاوه بر کربن، عناصری همچون تنگستن، کروم، وانادیوم و مولیبدن نیز به این آلیاژ اضافه می‌شوند. این عناصر آلیاژی با تشکیل کاربیدها، نقش مهمی در بهبود خواص مکانیکی فولاد ابزار ایفا می‌کنند.
به منظور افزایش سختی و بهبود عملکرد فولادهای ابزار، فرآیندهای حرارتی مختلفی بر روی آن‌ها اعمال می‌شود. این فرآیندها باعث تغییرات ساختاری در فولاد شده و خواص مطلوب را در آن ایجاد می‌کنند.
فولادهای ابزاری بر اساس ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی به شش دسته اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند.
- آب‌سخت‌کار
- هوا سخت‌کار
- نوع D
- روغن سخت‌کار
- مقاوم در برابر ضربه
- گرم‌کار
فولادهای ابزاری بسیار سخت هستند و مقاومت بالایی در برابر سایش دارند. این ویژگی‌ها باعث می‌شود تا در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای پیدا کنند. از فولادهای ابزار برای ساخت چاقو، قالب، ابزار برش، چکش و بسیاری از ابزارهای دیگر استفاده می‌شود.
فولاد آلیاژی
فولاد آلیاژی از آلیاژ سازی فولاد کربنی با یک یا چند عنصر آلیاژی دیگر مانند منگنز، سیلیکون، نیکل، تیتانیوم، مس، کروم و آلومینیوم حاصل می‌شود. ترکیب دقیق این عناصر، خواص متالورژیکی فولاد را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار داده و منجر به بهبود ویژگی‌هایی همچون سختی، مقاومت در برابر خوردگی، شکل‌پذیری، قابلیت جوشکاری و استحکام کلی می‌شود.
تنوع در ترکیب آلیاژی، طیف وسیعی از کاربردها را برای فولادهای آلیاژی فراهم آورده است. این فولادها به عنوان ماده اولیه در تولید صدها محصول مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله صنایع عمده مصرف‌کننده فولادهای آلیاژی می‌توان به خودروسازی، معدن، راه‌آهن و صنایع ماشین‌آلات اشاره نمود.
فولاد به دلیل ویژگی‌های برجسته‌ای همچون پایداری و قابلیت بازیافت، به عنوان ارزشمندترین منبع در اقتصاد جهانی مطرح است. کاربرد گسترده این فلز در تمامی بخش‌های صنعتی، بر اهمیت آن در توسعه صنایع و زیرساخت‌ها می‌افزاید.