مواد ومصالح ساختمانی فولاد
فهرست محتوِیات:
1- مقدمه:
2- عنصرهای هم جوش شده با فولاد
3- فولاد سازی
4- فولاد ریزی
5- آهنگری
6- کاربرد انواع مختلف فولاد
7- ناخالص یهای آهن و تولید فولاد
8- کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی ها
9- روش دیگر جدا کردن ناخالصی ها از آهن
10- تبدیل آهن به فولاد آلیاژی
11- فلوچارت آلیاژهای فلزی
12- جستارهای وابسته
13- منابع
مقدمه :
اصطلاح فولاد یا پولاد برای آلیاژهای آهن که بین ٠٫٠٠٢ درصد تا ٢٫١ درصد وزن خود کربن دارند بکار می رود.
فولادهای آلیاژی غالباً با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن بستگی دارد.
برای ساختن فولاد، کربن آهن خامِ سفید را می سوزانند، تا
٥٪ وزنش کاهش یابد سپس عنصرهای دیگر را به آن اضافه می کنند تا فولاد مورد نظر بدست آید.
عنصرهای هم جوش شده با فولاد:
عنصرهای همجوش شده با فولاد، به فولاد خاصیت های گوناگون می دهند، که در زیر نوشته شده است:
کربن با آهن ترکیب می شود و نشان دهنده جنس فولاد می باشد. کربن فولادرا ترد می کند و انبساط فولاد را بالا می برد و سختی آن را زیاد می کند. به آن مس می افزایند. فولاد مس دار، در ساختن سپرها و شمع های فولادی سکوها و اسکله های بندری و ساختمان های دریایی مصرف می شود.
فولاد سازی:
فولاد کربور آهن است که با عنصرهای دیگر هم جوش شده باشد. با سوزاندن کربن آهن خام سفید و همجوش کردن آن با کمی کربن و اندازه کردن عنصرهای دیگر در آن، به دو
روش خمیری کردن و آب کردن فولاد را می سازند.
روش خمیری:
در آغاز صنعت فولاد سازی، فولاد را به این روش می ساختند، که کهنه شده است و دیگر به کار نمی رود: آهن خام
را در تشت کوره ی شعل های می گذاشتندو روی آن شعله می دمیدند تا آب شود. آهن خام آب شده را به هم می زدند تا کربن آن بسوزد. کم کم که کربن آهن خام می سوخت، درجه
آب شدنش بالا می رفت و خمیری می شد. خمیر فولاد را تکه تکه با گازانبر از کوره بیرون می آوردند و آنها را با پتک در هم می کوبیدند که سر باره شان بریزد و یکپارچه شوند.
روش آب کردن:
امروزه همهٔ فولاد جهان به روش آب کردن ساخته می شود. آهن خام آبکی ای که از کوره آهن گدازی به بیرون روان
می گردد، نخست به تغارهای فولادی می ریزد، از آنجا آن را در تانک مخلوط کن گهواره ای می ریزند. برای آن که گرمای آهن خام به بدنهٔ تغار و تانک فولادی نرسد، درون آنها را باآجر نسوز آستر می کنند.
فولاد ریزی:
مانند چدن ریزی می باشد، چون فولاد آبکی هنگام سرد شدن و بستن کمی جمع می شود، باید مدل تکه فولادی را از هر سو ١ تکهٔ فولادی به اندازهٔ ساخته شده در آید.
آهنگری:
در این فرایند با کار بر روی فولاد طی یک یا چند مرحله توسط پتک کاری یا پرس کاری شکل مطلوب نهایی ایجاد می گردد. برای افزایش قابلیت شکل پذیری معمولاً به فولاد گرما می دهند تا به حالت خمیری در آید، سپس آن را با پتک می کوبند. یا چکش کاری می کنند تا به شکل خواسته شده در آید.
کاربرد انواع مختلف فولاد:
از فولادی که تا ٠٫٢ درصد کربن دارد، برای ساختن سیم، لوله و ورق فولاد استفاده می شود. فولاد متوسط ٠٫٢ تا ٠٫٦ درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می برند. فولادی که ٠٫٦ تا ١٫٥ درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می شود. فولاد، انواع فراوانی دارد؛
که همه آن موارد در جدول کلید فولاد قابل دسترس می باشد
ناخالصی های آهن و تولید فولاد:
آهنی که از کوره بلند خارج می شودکه دارای مقادیری کربن، گوگرد، فسفر، سیلیسی است چدن نامیده می شود.
*افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن:
منگنز، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده، به صورت سرباره خارج می شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می شود و کربن هم می سوزد و مونوکسید کربن (co) دی اکسید کربن(co2) در می آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولاً دی اکسید سیلسیمsio2)) است، بکار می برند
MnO + SiO2 —-> MnSiO3(l)
و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمو لاچًنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولاً اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم(CaO) است، اضافه می کنند:
(یلسیمید کربن
MgO + SiO2 —-> MgSiO2(l)
6MgO + P٤O10 —-> ٢Mg3(PO٤)٢()l
کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی ها:
معمولاً جداره داخلی کوره ای را که برای تولید فولاد بکار می رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده اند، می پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید
خارج شوند، به خود جذب می کند. برای جدا کردن ناخالصی ها، معمولاً از روش کوره باز استفاده می کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن ١٠٠ تا ٢٠٠ تن آهن
مذاب جای می گیرد.
بالای این ظرف، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می دهند تا ناخالصی های موجود در
آن بسوزند. در این روش ناخالصی ها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می کشد، البته مقداری از آهن، اکسید می شود که آن را جمع آوری کرده، به کوره بلند بازمی گردانند.
روش دیگر جدا کردن ناخالصی ها از آهن:
در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصی ها از آهن استفاده می شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و ماده کمک ذوب در کور ه ای بشکه مانند که
گنجایش ٣٠٠ تن بار را دارد، می ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح
تا زه ا ی از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می دهند.
رها می شوند، توده مذاب را به هم می زنند، بطوری که آهن ته ظرف، رو می آید. دمای توده مذاب، بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود، تقریباً به دمای جوش آهن می رسد و در چنین دمایی، واکنشها فو ق العاده سریع بوده، تمامی این فرایند، در مدت یک ساعت یا کمتر
کامل می شود و معمولا مًحصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می آید.
تبدیل آهن به فولاد آلیاژی:
آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم، کروم، تیتانیم، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می گیرند. در دمای زیاد، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده،کاربید آهن(Fe3C) به نام <سمنتیت> تشکیل می دهند. این واکنش، برگشت پذیر و گرماگیر است
هرگاه فولادی که دارای سمنتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا می شود. این مکانیزم در
چد نها که درصد کربن در آنها بیشتر است، اهمیت بیشتری دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتاً به شکل سمنتیت باقی می ماند. تجزیه سمنتیت در دمای
معمولی به انداز ه ای کند است که عملاً انجام نمی گیرد. وباسرد کردن سمنتیت فولاد را به وجود می آورند.
منابع
۱. حامی، احمد. مصالح شناسی. انتشارات دانشگاه تهران، 1388
.
۲. مسن آبادی، رضا. آهنگری. انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1387
با تشکر از
همراهی صمیمانه شما