فولاد آلیاژی چیست ؟
در مقاله به طور کامل در مورد ویژگی‌ها و خواص انواع فولاد صحبت شد. خواصی نظیر هدایت حرارتی، استحکام کششی، تنش تسلیم، سختی و سفتی بالا، همگی از خواصی است که فولاد را به محصولی بسیار قابل اعتماد در صنایع مختلف نظیر صنایع ساختمان‌سازی و اتومبیل، تبدیل کرده است. از سمتی دیگر، فولاد آلیاژی بخشی از خانواده بزرگ فولاد است که توانایی ارائه کاربری‌های خاص‌تری را دارد. در این مقاله به طور کامل در خصوص تفاوت فولاد با فولاد آلیاژی، مطالبی جمع آوری شده است.
تعریف فولاد آلیاژی
فولاد آلیاژی یا فولاد پر آلیاژ در بازار و صنعت دنیا، اصطلاحا به بخشی از فولادها گفته می‌شود که به کمک اضافه کردن برخی عناصر آلیاژی، و یا عملیات حرارتی مشخص نظیر سمانتاسیون و نیتراسیون، برخی کاربردهای ویژه را به خود اختصاص داده است. در واقع می‌توان اینگونه گفت گرچه فولاد، خود به تنهایی یک آلیاژ بر پایه آهن و کربن است اما فولاد آلیاژی گروه خاص‌تری از فولادها هستند که عناصر آلیاژی نظیر نیکل، کروم، کبالت، مولیبدن و تنگستن، خواص ویژه‌ای را از خود نشان می‌دهند.
علت نیاز به فولاد آلیاژی
علی‌رغم تمام مزایایی که برای فولادهای ساختمانی و یا به طور کلی، فولادهای متعارف و معمولی ذکر شده است، گاهی برخی کاربردهای ویژه، استفاده از این فولادها را با محدودیت روبرو می‌کند. به عنوان مثال، در صنایعی مانند سیمان‌سازی و خطوط حمل مواد، نیاز به ورق ضد سایش به شدت حس می‌شود. به این منظور، عناصر آلیاژی خاصی برای تولید فولاد آلیاژی به کار می‌روند. یا ابزارهای برش مثالی دیگر از فولادهای آلیاژی هستند. استفاده از فولادهای معمولی برای ساخت تیغه‌های برشی امکان‌پذیر نیست، چراکه به سادگی ساییده و تخریب می‌شود.
عناصر اساسی برای تولید فولاد آلیاژی
گونه‌های متفاوتی از عناصر وجود دارند که هر یک، تاثیر مشخصی بر خواص فولاد آلیاژی نهایی می‌گذارد. اضافه کردن عناصر آلیاژی می‌تواند با افزایش سختی‌پذیری فولاد، استحکام و سختی آن را بالا ببرد. همچنین استفاده از عناصر آلیاژی، این امکان را به فولاد می‌دهد که بتواند در دمای کاری بالا نیز مورد استفاده قرار بگیرد. از جمله عناصر آلیاژی پرکاربرد در ساخت فولاد آلیاژی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: در ادامه به معرفی برخی از مهم ترین و پرکاربردترین فولادهای آلیاژی در بازار می‌پردازیم. فولاد آلیاژی دسته‌ای از فولادها هستند که به نسبت دیگر گریدهای موجود در بازار دارای تنوع و مقدار عناصر آلیاژی بیشتر هستند. این به آن معنا نیست که فولادهای غیر آلیاژی به هیچ عنوان عناصر آلیاژی نداشته باشند
انواع فولاد آلیاژی
به طور کلی، تقسیم‌بندی فولادهای آلیاژی بر پایه‌ی معیارهای گوناگونی نظیر عناصر آلیاژی موجود در فولاد، خواص مکانیکی و فیزیکی ارائه شده توسط آن، کاربرد فولاد آلیاژی مذکور و یا حتی نوع عملیات حرارتی طی شده، در تقسیم‌بندی‌های گوناکونی تعریف می‌شوند. به همین دلیل نمی‌توان هیچ کدام از دسته‌بدی‌های موجود تا به امروز را به عنوان دسته‌بندی منتخب انتخاب کرد و اساس این طبقه‌بندی در هر مورد باید به طور کامل تعریف شود. علی رغم مطلب گفته شده، طبقه‌بندی‌های کلاسیکی در بازار فولاد دنیا ارائه شده است که یکی از این موارد به طور کامل در ادامه توضیح داده می‌شود.
کاربرد فولاد آلیاژی
همانطور که از مطالب فوق قابل مشاهده است، فولادهای آلیاژی تا حدی گسترده هستند که طیف وسیعی از خواص را ارائه می‌دهند. همین موضوع باعث شده است که کاربرد فولادهای آلیاژی به طور جداگانه و در هر طبقه بندی تعیین شود. به عنوان مثال، عموما از فولادهای آلیاژی با مقادیر زیاد تنگستن برای تولید ابزارها و تیغه‌های برش استفاده می‌شود و از طرفی دیگر، فولادهایی که کروم و نیکل دارند در موارد مقاومت به خوردگی و استحکام به کار می‌روند. فولادهای آلیاژی سهم وسیعی در صنایع عمده امروزی نظیر اتوماسیون کارخانجات، ابزار آلات کشاورزی و صنعت اتومبیل سازی ایفا می‌کنند. در این مقاله سعی بر آن شد مطالبی در خصوص گونه‌هایی مشخص از فولادها که با نام فولاد آلیاژی شناخته می‌شوند، آورده شود.
فولاد آلیاژی چیست؟
فولاد آلیاژی شاخه‌ای از فولاد بوده که علاوه بر کربن با عناصر دیگری مانند منگنز، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، سیلسیوم و بور ترکیب شده و وزن این عناصر در ترکیب از ۱ تا ۵ درصد متغیر است. از عناصری که کمتر رایج هستند، می‌توان به آلومینیوم، کبالت، مس، سریم، نیوبیوم، تیتانیوم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیوم اشاره کرد. محصولات تولید شده از این مواد مانند لوله مسی، نیز به تنهایی خاصیت ضد خورندگی دارند. وجود این مواد اضافی در آلیاژ فولاد باعث خواص مکانیکی متفاوتی می‌شود. فولادهای آلیاژشده معمولا نسبت به فولادهای کربنی در برابر نیروهای مکانیکی و حرارتی مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهند. در کنار مزایا آلیاژ فولادی دارای معایبی نیز بوده که عبارت است از:
- قابلیت جوشکاری کمتر
- شکل‌پذیری کمتر
- قابلیت تراش کمتر
این سه عیب موجب می‌شود از آلیاژ فولادی در صنایعی استفاده شود که نیاز کمتری به جوشکاری دارد. جدول زیر درصد وزنی بعضی از عناصر در آلیاژهای فولادی را نوشته و تاثیر آن عنصر را در ترکیب ساختمانی فولاد بیان کرده است. جدول درصد وزنی عناصر فولاد آلیاژی همانطور که اشاره کردیم، فولادهای آلیاژی نوع دیگری از طبقه‌بندی فولادها هستند که بر اساس مقدار عناصر در ترکیب شیمیایی فولاد انجام می‌شود. فولادهای آلیاژی ارزان‌تر از دیگر فولادها تولید شده و بسته به درصد عناصر به دو گروه زیر تقسیم می‌شود:همانطور که قبل‌تر نیز عنوان شد فولاد آلیاژی به دو گروه مختلف تقسیم می‌شوند که با این دو گروه آشنا می‌شویم. برای خرید یا اقدام به خرید کلیه مقاطع فولادی لازم است تا از آخرین مطلع شوید.
- فولاد کم‌آلیاژ
- فولاد پرآلیاژ
هدف از آلیاژ فولادی وجود مواد اولیه‌ای است که در برابر خوردگی و نیروهای مکانیکی مقاومت بیشتری داشته باشد. در این نوع از فولاد عناصری مانند آلومینیوم، مس، سیلیسیوم، نیکل و کروم به کربن و آهن اضافه خواهد شد. هر کدام از این عناصر موجب یک ترکیب ویژه و یک کاربرد خاص خواهد شد. به طور مثال وجود سیلیسیم در ترکیب فولاد موجب تشکیل فولادهای تریپ می‌شود. فولاد تریپ در صنایع اتومیبل‌سازی کاربرد دارد. وجود تنگستن و کبالت موجب می‌شود فولاد آلیاژی در گروه فولاد ابزار نیز استفاده شود. ترکیب آهن و کربن با آلومینیوم باعث تشکیل فولاد ساختمانی خواهد شد که به عنوان مصالح ساختمانی از آن استفاده می‌شود. به این ترتیب عناصر مختلف باعث تولید شکل خاصی از فولاد خواهد شد.
فولادهای کم‌آلیاژ
فولادهای کم‌آلیاژ مانند فولادهای کم‌کربن دارای ساختار فریتی هستند و از گرید آستنیتی متمایز می‌شوند. آن‌ها دارای محتوای آلیاژی کمی هستند. ریزساختار این نوع از فولاد کاملا متنوع است و محدود به فریت نمی‌شود. فولادهای کم‌آلیاژ با افزودن کروم، مولیبدون و دربعضی موارد نیکل از دیگر فولادهای آلیاژی متمایز می‌شوند. این عناصر در غلظت‌های بسیار کم به فولاد اضافه می‌شوند که مقدار آن از 5 درصد گفته شده، کمتر است. فولادهای کم‌آلیاژ به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند.جدول ترکیب شیمیایی انواع گریدهای فولاد کم‌آلیاژ پراستحکام خطوط تیره در جدول فوق به نشانه عدم وجود عنصر در آن نوع از فولاد است.
- فولادهای کم‌آلیاژ پراستحکام
- فولاد کم‌آلیاژ کروم_مولیبدن
این سری فولاد کم‌آلیاژ حاوی مقدار کروم ۰/۵ تا نه درصد و مولیبدن نیز ۰/۵ تا یک درصد است. محتوای کم‌کربن در این آلیاژ باعث بالا رفتن قابلیت جوشکاری و سخت‌کارشدن فولاد کروم مولیبدن می‌شود. همچنین مقدار بیشتر مولیبدن در آلیاژ مقاومت در برابر کشش را افزایش می‌دهد. سال‌های زیادی است که در صنعت فولاد از عنصر Mo برای تولید فولاد مقاوم در برابر خزش استفاده شده که موجب می‌شود تحمل دمایی فولاد تا ۵۳۰ درجه بالا برود. همچنین مولیبدن از تشکیل کاربیدها در دمای بالا جلوگیری می‌کند. وجود همین دو ویژگی، تناسب دمای بالا و مقاومت در برابر خزش باعث شده است که از فولاد مولیبدن در ساخت نیروگاه‌های حرارتی و پتروشیمی استفاده شود.
فولاد پرآلیاژ
فولادهای پرآلیاژ به طور گسترده‌ای برای مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های آبی و در محیط‌هایی که از گاز و مایعات با دمای بالای ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شود. این آلیاژهای فولادی در ترکیب ساختمانی خود بیش از ۸ درصد دیگر عناصر را داشته و همین موجب تغییرات مکانیکی در آن‌ها می‌شود. خصوصیات مکانیکی این گریدها با عملیات حرارتی تفاوت خواهد کرد. البته در گریدهایی که آلیاژ نیکل و کروم بیشتر از ۲۰ و ۳۰ درصد است، تغییر خصوصیت مکانیکی به عملیات حرارتی بستگی نداشته و بسته به ترکیب و مقدار عناصر خصوصیات مکانیکی آن‌ها متفاوت خواهد بود. نهایتا انواع فولادهای آلیاژی مطرح در بازار با گریدهای پرمصرف هرکدام، بررسی شد. شما می‌توانید جهت اطلاع از قیمت انلاین اهن در سایت آهن رسان و خرید انواع محصولات فولادی به وبسایت مراجعه کرده و از خدمات ارائه شده توسط این وبسایت استفاده کنید.
برای این که فولاد پرآلیاژ شناسایی شود باید به این نکته توجه داشت که میزان عناصر در ساختار فولاد بیش از ۸ درصد است. یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین نوع فولاد پرآلیاژ فولاد زنگ‌نزن است که شامل فولادهای کروم‌دار است. وجود بیش از 13 درصد کروم در ترکیب فولاد موجب زنگ‌نزن شدن فولاد می‌شود. فولاد کروم‌دار با مقدار بالا مقاومت بیشتری در برابر خوردگی نسبت آلیاژ فولاد کربن ساده خواهد داشت. مجموع مقدار کروم و نیکل در این نوع فولاد باید بیشتر از ۲۰ درصد باشد. از جمله فولادهای پرکاربرد این گروه فولاد آلیاژی ۳۱۶ است. از این فولاد در مخازن شیمیایی و تولید لوله جهت سیستم‌های لوله‌کشی استفاده می‌شود. رای ساخت آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، بررسی شد.