ویژگی‌های برجسته فولاد، آن را به جزئی اساسی از جامعه معاصر تبدیل کرده است. دوام فوق‌العاده و انعطاف‌پذیری این ماده، تقریباً تمامی زمینه‌ها از آشپزخانه‌ها تا آسمان‌خراش‌ها را شکل داده است. فولاد، ماده‌ای همه‌کاره است که در کاربردهای متنوعی جای می‌گیرد و بخش اصلی بسیاری از ماشین‌آلات را تشکیل می‌دهد. طول عمر بالا و مقاومت در برابر خوردگی، فولاد را نسبت به دیگر فلزات به گزینه‌ای پایدارتر تبدیل کرده است. در این مطلب به بررسی ویژگی‌های چندجانبه فولاد خواهیم پرداخت که نقش بسزایی در استفاده گسترده آن در صنایع مختلف دارد.
ترکیب فولاد
آلیاژ فولاد عمدتاً از کربن و آهن تشکیل شده است. میزان کربن بسته به درجه فولاد متفاوت بوده و در بازه‌ای بین ۰.۰۳٪ تا ۱.۰۷۵٪ قرار دارد. اگرچه آهن جزء اصلی فولاد به شمار می‌رود، اما خواص آن با فولاد یکسان نیست. ویژگی‌ها و سازگاری آهن به‌طور قابل‌توجهی با فولاد تفاوت دارد. خواص فیزیکی فولاد عمدتاً از آهن ناشی می‌شود، در حالی که عناصر فلزی یا غیر فلزی دیگر، خواص شیمیایی آن مانند مقاومت را تقویت می‌کنند.
تولید فولاد
فولاد از دو روش اصلی تولید می‌شود: روش کوره اکسیژن پایه (BOS) و روش کوره قوس الکتریکی (EAF).
روش BOS که منشأ آن فرآیند بسمر است، با استفاده از مواد اولیه پایه، فولاد تولید می‌کند. سنگ آهن در کوره بلند ذوب شده و سپس با عبور اکسیژن از آهن داغ، مجدداً فرآوری می‌شود. در این مرحله، اکسیژن برای کاهش میزان کربن و ناخالصی‌های آهن به کار گرفته شده و آن را به فولادی با کیفیت تبدیل می‌کند. روش EAF که فرایندی نوین‌تر نسبت به BOS است، از فولاد ضایعاتی استفاده می‌کند. فولاد مذاب از طریق عبور ضایعات فولادی از تخلیه‌های الکتریکی پرقدرت تولید شده و به فولادی با کیفیت بالا تبدیل می‌شود.
پس از تولید فولاد مذاب، فرایندهای تکمیلی برای تغییر ترکیب آن انجام می‌شود که شامل افزودن یا حذف عناصر مشخصی است. پس از تعیین ترکیب نهایی، مراحل ساخت، شکل‌دهی و پرداخت آغاز می‌گردد.
انواع فولاد
در فرایند تولید، انواع مختلفی از فولاد تولید می‌شود که بر اساس ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و محیطی طبقه‌بندی می‌گردند. این طبقه‌بندی به عواملی نظیر میزان کربن، سطح ناخالصی‌ها و افزودن عناصر آلیاژی تکمیلی بستگی دارد.
علاوه بر این، فولادها بر اساس خواص فیزیکی و ساختارهای شیمیایی خود به چهار گروه متمایز تقسیم می‌شوند:
فولاد کربنی
منگنز، سیلیکون و مس از جمله عناصر آلیاژی هستند که در فولاد کربنی به‌صورت ردیابی شده وجود دارند. علاوه بر این، فولاد کربنی بر اساس میزان کربن به سه زیرگروه تقسیم می‌شود:
- فولاد کربنی با کربن پایین (حدود ۰.۳ درصد)، که رایج‌ترین نوع فولاد کربنی است.
- فولاد کربنی با کربن متوسط، با درصد کربن بین ۰.۳ تا ۰.۶ درصد، که منگنز نیز در آن حضور دارد.
- فولاد کربنی با کشش بالا که دارای حدود ۵ درصد کربن بوده و قوی‌ترین نوع فولاد کربنی محسوب می‌شود.
فولاد آلیاژی
این نوع فولاد حاوی مقادیر مختلفی از عناصر آلیاژی مانند آلومینیوم، کروم، مس، منگنز، نیکل، سیلیس و تیتانیوم است. این عناصر تأثیر قابل‌توجهی بر ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی، استحکام و شکل‌پذیری دارند. فولاد آلیاژی نسبت به دیگر انواع فولاد از قیمت مقرون‌به‌صرفه‌تری برخوردار بوده و معمولاً در قطعات خودرو، صنایع مکانیکی، ژنراتورهای برق و خطوط لوله به کار می‌رود.
فولاد ضدزنگ
فولاد ضدزنگ دارای میزان کربن پایین است که معمولاً بین ۱۰٪ تا ۲۰٪ متغیر می‌باشد. به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و ویژگی‌های مطلوب در دماهای بالا، این نوع فولاد معمولاً در تجهیزات خانگی، دستگاه‌های فرآوری مواد غذایی و ظروف آشپزخانه به کار می‌رود.
فولاد ابزار
فولاد ابزار دارای عناصر ردیابی مانند کبالت، مولیبدن، تنگستن و وانادیم است که آن را سخت، مقاوم و مقاوم در برابر حرارت می‌کند. همان‌طور که از نام آن پیداست، این نوع فولاد برای ساخت ابزارهایی که در عملیات‌هایی مانند حفاری، برش و مهرزنی به کار می‌روند، بسیار مناسب است.
فولاد همچنان به عنوان یکی از مواد اصلی در تمامی حوزه‌های فناوری، زیرساخت‌ها و حتی مصارف خانگی باقی مانده است. چه در بهبود مقاومت در برابر خوردگی، افزایش مقاومت حرارتی یا ارتقاء استحکام، فولاد نقش بسیار مهمی در شکل‌دهی به محیط اطراف ما ایفا می‌کند. فولاد همچنان اولین انتخاب ما در ساخت فناوری‌ها، تجهیزات و زیرساخت‌های پیشرفته‌تر است و راه را برای آینده‌ای مقاوم‌تر و پایدارتر هموار می‌کند.