مقدمه:
فولاد یکی از همه کاره ترین و مفیدترین مواد روی کره زمین است. فولاد عمدتاً از آهن (Fe) و کربن (C) تشکیل شده است، اما فولاد مدرن پیچیده تر از آن است. ویژگی‌ها و استحکام فولاد تحت تاثیر غلظت کربن و آهن یا گنجاندن عناصر دیگر قرار می‌گیرد که به فولاد اجازه می‌دهد در تعداد نامحدودی از سناریوها استفاده شود. اکثر مردم بر این باورند که فولاد فقط ترکیبی از آهن و کربن است. اما در واقع بیش از 3500 درجه مختلف فولاد وجود دارد. شما می توانید عیار فولاد را با تجزیه و تحلیل مقدار کربن موجود در آن، سایر عناصر آلیاژی آن و همچنین نحوه پردازش آن تعیین کنید.
طبقه بندی فولاد:
فراتر از چهار گروه اصلی فولاد که بر اساس ترکیب شیمیایی انجام می شود، فولادها را می توان بر اساس متغیرهای مختلف دیگری نیز طبقه بندی کرد که در ذیل به بررسی این متغیرها پرداخته شده است:
- ترکیب: محدوده کربن، آلیاژ، ضد زنگ و غیره
- روش تکمیل: نورد گرم، نورد سرد، پایان سرد و غیره.
- روش تولید: کوره الکتریکی، ریخته گری پیوسته و غیره.
- ریزساختار: فریتی، پرلیتی، مارتنزیتی و غیره
- قدرت فیزیکی: طبق استانداردهای ASTM
- فرآیند اکسید زدایی: کشته یا نیمه کشته
- عملیات حرارتی: بازپخت، تمپر و غیره.
- نامگذاری کیفیت: کیفیت تجاری، کیفیت مخازن تحت فشار، کیفیت کشش و غیره.
سیستم های درجه بندی فولاد:
سیستم های درجه بندی فولاد به ما این امکان را می دهد که انواع فولاد را بر اساس موارد استفاده آنها دسته بندی کنیم. برای مثال، سرعت خنک شدن فولاد توسط سازندگان فولاد ممکن است بر استحکام مولکولی آن تأثیر بگذارد. مدت زمانی که آنها می توانند فولاد را در دمای بحرانی در طول فرآیند خنک سازی حفظ کنند نیز ضروری است. در واقع، دو ورق فولاد با محتوای آلیاژی یکسان بسته به روش عملیات حرارتی، می‌توانند گریدهای مختلفی داشته باشند.
سیستم درجه بندی ASTM به هر فلز یک پیشوند حرفی بر اساس دسته کلی آن ("A" برای آلیاژهای مبتنی بر آهن و مواد فولادی) و همچنین یک عدد اختصاص داده شده به ترتیب مربوط به ویژگی های منحصر به فرد آن فلز اختصاص می دهد. در مقابل، برای طبقه بندی، سیستم درجه بندی SAE از یک عدد چهار رقمی استفاده می کند. دو شکل اول نشان دهنده نوع فولاد و غلظت عنصر آلیاژی است، در حالی که دو رقم آخر نشان دهنده غلظت کربن فلز است.
استانداردهای درجه بندی فولاد اغلب برای اطمینان از کیفیت و سازگاری مواد توسط دانشمندان، مهندسان، معماران، مهندسان خودرو و ارگان های دولتی استفاده می شود. این استانداردها اصطلاحات منسجمی را برای بیان خصوصیات فولاد با جزئیات زیاد و همچنین هدایت تولیدکنندگان محصول به سمت تکنیک های پردازش و کاربرد مناسب ارائه می کنند.
روش های مختلف عملیات حرارتی فولاد:
کروی شدن:
کروی شدن زمانی اتفاق می افتد که فولاد کربنی به مدت 30 ساعت تا دمای 1290 درجه فارنهایت (699 درجه سانتیگراد) گرم شود. لایه های پرلیت ریزساختار سمانتیت به شکل کروی تغییر یافته و در نتیجه نرم ترین و انعطاف پذیرترین شکل فولاد به وجود می آید.
بازپخت کامل:
فولاد کربنی ابتدا با حرارت دادن کمی فراتر از دمای بحرانی بالا به مدت یک ساعت و سپس با سرعت حدود 36 درجه فارنهایت (2 درجه سانتیگراد) در ساعت بازپخت می شود. این روش ساختار پرلیتی درشتی را ایجاد می کند که انعطاف پذیر و عاری از تنش های کششی داخلی است.
فرآیند آنیلینگ:
در فولاد سرد کار شده و کم کربن (کمتر از 0.3% کربن)، فرآیند بازپخت استرس را کاهش می دهد. به مدت یک ساعت، فولاد در محدوده 1025 تا 1292 درجه فارنهایت (552 تا 700 درجه سانتیگراد) گرم می شود. قبل از سرد شدن، نابجایی ها در ریزساختار با بازسازی کریستال اصلاح می شوند.
آنیل همدما:
فولاد پر کربن ابتدا بالاتر از دمای بحرانی بالایی خود گرم می شود. سپس دما حفظ می شود، به دمای بحرانی کمتر کاهش می یابد و یک بار دیگر حفظ می شود. پس از آن به تدریج تا دمای اتاق خنک می شود. این روش تضمین می کند که ماده قبل از شروع به مرحله خنک کننده بعدی به دمای یکنواخت و ریزساختار رسیده است.
نرمال سازی:
به مدت یک ساعت، فولاد کربنی تا دمای نرمالیزه کردن گرم می شود. فولاد اکنون به طور کامل وارد فاز آستنیت شده است. سپس فولاد توسط هوا خنک می شود. نرمال سازی منجر به یک ریزساختار پرلیتی ظریف با استحکام و سختی بالا می شود.
خنک کردن:
در این فرآیند، فولاد متوسط یا کربنی تا دمای نرمال حرارت داده می‌شود، سپس (سرد شدن سریع در آب، آب نمک یا روغن) از دمای بحرانی سرد می‌شود. فرآیند کوئنچ منجر به ساختار مارتنزیتی می شود که بسیار سخت اما شکننده است.
حرارت دادن فولاد سرد شده:
این محبوب ترین عملیات حرارتی است زیرا نتیجه قابل پیش بینی است. فولاد کوئنچ شده مجدداً گرم و سرد می شود تا به دمای کمتر از نقطه بحرانی برسد. دماها بسته به اثر مورد نظر متفاوت است و 298 تا 401 درجه فارنهایت (148 تا 205 درجه سانتیگراد) معمول ترین آنها است.
فرآیند تولید گریدهای مختلف ورق استیل
ورق استیل با توجه به ترکیب شیمیایی آن به گریدهای مختلفی تقسیم می‌شود. ترکیب شیمیایی ورق استیل با توجه به کاربرد آن تعیین می‌شود. فرآیند تولید ورق استیل با ذوب مواد اولیه و سپس ریخته گری پیوسته آغاز می‌شود. در مرحله بعد، ورق استیل حاصل از ریخته گری پیوسته به صورت گرم نورد می‌شود تا به ضخامت و عرض مورد نظر برسد. در مرحله بعد، ورق استیل گرم به صورت سرد نورد می‌شود تا خواص مکانیکی مورد نظر به دست آید. در نهایت، ورق استیل سرد به صورت آنیل شده یا سخت شده به بازار عرضه می‌شود.
گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی