× Fa فارسی En English

استعلام حمل و نقل درباره ما
فولاد پر آلیاژ

امروزه می‌توان از فولاد به‌عنوان یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین فلزات در جهان نام برد. کمتر صنعتی را می‌توان پیدا کرد که از فولاد استفاده‌ای نبرده باشد. این ماده دارای خواص و ویژگی‌های زیادی است که استفاده از آن را تا به این اندازه محبوب کرده است. اما در برخی از مواقع نیاز است تا خواص و ویژگی‌های فولاد را تغییر داد و یا تقویت کرد. در این نقطه است که آلیاژهای مختلف فولاد مانند فولاد پر آلیاژ و فولاد کم آلیاژ به وجود می‌آید. ما در ادامه به‌صورت کامل در خصوص فولاد پر آلیاژ و موارد استفاده از آن صحبت می‌کنیم.

 

عنصری پرکاربرد به نام فولاد

فولاد به دلیل کاربردهای بسیار زیادی که دارد، یکی از مهم‌ترین ماده‌ها در بین مواد و مصالح مهندسی است. این ماده به دلیل هزینه کم و استحکام کششی بالا خود، توانسته است جای خودش را در صنایعی مانند ساخت ابزارآلات، خودرو، ساختمان، تولید ماشین‌آلات، کشتی، قطار، لوازم‌خانگی و ... باز کند. در درجه اول، فولاد را می‌توان آلیاژی از آهن و کربن به همراه سایر مواد و عناصر دیگر دانست. ازاین‌رو می‌توان عنوان داشت که ماده اولیه فولاد، آهن است.
با استخراج آهن از دل معادن و حذف اکسیژن و سپس واکنش آن با کربن برای تشکیل کربن‌دی‌اکسید، می‌توان فولاد را تولید کرد. استفاده از کربن می‌تواند باعث بهبود خواص فولاد شود و آن را برای استفاده در صنایع بیشتری، گزینه‌ای مناسب جلوه دهد. از سوی دیگر، منگنز و نیکل نیز برای افزایش استحکام کششی و سختی فولاد کاربرد دارند. به عناصر آلیاژی فولاد هم چنین می‌توان کروم، تیتانیوم، نیوبیم و ... را نیز اضافه کرد.
بسته به عناصری که به‌عنوان آلیاژ به فولاد اضافه می‌کنند، نوع فولاد تغییر پیدا می‌کند. اگر عناصری آلیاژی که در تولید فولاد استفاده می‌شود بیشتر از 10 درصد باشد، به آن فولاد پر آلیاژ می‌گویند. اگر عناصر آلیاژی بین 10 تا 5 درصد باشد، نام فولاد با آلیاژ متوسط را بر آن می‌گذارند و اگر زیر 5 درصد باشد، به آن فولاد کم آلیاژ گفته خواهد شد. همچنین چگالی فولاد بسته به آلیاژهای مختلف اضافه شده به آن می‌تواند بین 7.0 تا 8.05 گرم بر سانتی‌متر مکعب، تغییر کند.
 

عناصر آلیاژی و اثرات آن‌ها بر فولاد

فولاد آلیاژی دسته از فولاد بوده که با افزودن عناصر و آلیاژهای مختلف به فولاد تولید می‌شود. بسته به میزان آلیاژی که به این فلز اضافه می‌شود، فولاد پر آلیاژ، فولاد کم آلیاژ و فولاد با آلیاژ متوسط تولید خواهد شد. البته باید به این نکته توجه داشت که به‌صورت کلی، همه انواع فولاد در دسته فولادهای آلیاژی دسته‌بندی می‌شوند. دلیل این امر نیز آن است که فولاد یک فلز آهنی بوده که نیاز دارد تا کربن به آن افزوده شود. 
بااین‌حال اصطلاح فولاد آلیاژی معمولاً به آن دسته از فولادهایی اطلاق خواهد شد که عناصری غیر از کربن در خودشان دارند. درصد وزنی کل عناصر آلیاژی می‌تواند تا 20 درصد باشد تا بتوانند خواصی مانند مقاومت در برابر سایش، استحکام و شکل‌پذیری را به فولاد اضافه کنند. فولادهای کم آلیاژ با محتوای کمتر از 5 درصد آلیاژهای خود شناخته می‌شوند. درحالی‌که فولادهای پر آلیاژ، مجموع عناصر آلیاژی آن‌ها بین 5 تا 20 درصد خواهد بود.
فولادهای پر آلیاژ دارای استحکام، سختی و مقاومت در برابر خزش در عملیات‌های حرارتی هستند. همچنین قابلیت ماشین‌کاری و مقاومت در برابر خوردگی را نیز دارا هستند. حال اجازه دهید تا شما را با برخی از مهم‌ترین عناصر آلیاژی که باعث تولید فولاد پر آلیاژ می‌شوند، آشنا کنیم.

عناصر آلیاژی تثبیت‌کننده آستنیت

استفاده از عناصری آلیاژی مانند منگنز و نیکل می‌تواند ساختار آستنیتی موجود در فولاد را تثبیت کرده و عملیات حرارتی آن را تسهیل کند. از سوی دیگر عناصری مانند سیلیکون، مولیبدن و کروم تمایل دارند تا آستنیت را بی‌ثبات کرده و دمای پوتکوئید را افزایش دهند. استفاده از عناصر تثبیت‌کننده آستنیت (آهن) عناصری هستند که این ماده را در مای پایین‌تر پایدار می‌کنند. استفاده از منگنز در فولاد در پر آلیاژ می‌تواند باعث کاهش شکنندگی فولاد شده و قابلیت آهنگری، استحکام کششی و مقاومت در برابر سایش را افزایش دهد.
فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی بیشتر به دلیل محتوای بالای نیکل و کروم خود شناخته می‌شوند. برای افزایش استحکام، سختی، مقاومت در برابر ضربه و خوردگی می‌توان از نیکل در فولاد پر آلیاژ استفاده کرد.

عناصر آلیاژی تثبیت‌کننده فریت

با کاهش ترکیب پوتکتوئیدی و افزایش دمای پوتکتوئید، تثبیت‌کننده‌های فریت می‌توانند فاز فریت را تثبیت کنند. کروم و سیلیسیوم را می‌توان برترین عناصر تثبیت‌کننده فریت دانست. از انواع مختلف فولاد فریتی می‌توان به ورق فولادی ترانسفورماتور و آلیاژهای آهن و کربن نام برد. البته عناصر دیگری نیز وجود دارند که به‌عنوان تثبیت‌کننده فریت شناخته می‌شوند که از جمله آن‌ها می‌توان به تنگستن، آلومینیوم، مولیبدن و انادیوم اشاره کرد.

عناصر آلیاژی تشکیل‌دهنده کاربید

عناصر تشکیل‌دهنده کاربید، می‌توانند کاربیدهای سخت را در فولادها تشکیل دهند. سختی و استحکام فولاد توسط کاربیدهای سخت و اغلب پیچیده توسط عناصری مانند تنگستن، نیوبیم، مولیبدن، کروم، وانادیوم، تیتانیوم، زیرکومیوم و تانتالم به وجود می‌آید. نمونه‌هایی از فولادهای حاوی غلظت بالایی از کاربیدها را می‌توان فولادهای پرسرعت و فولادهای ابزار کار دانست.
 

تکامل فولاد پر آلیاژ

فولاد آلیاژی از ترکیب عناصر و آلیاژ با مجموع بین 10 تا 50 درصد از وزن فولاد تولید می‌شود که باعث می‌گردند خواص مکانیکی این فلز افزایش پیدا کند. فولادهای آلیاژی به دودسته عمده فولاد کم آلیاژ و فولاد پر آلیاژ تقسیم می‌شود. ساده‌ترین شکل فولاد، ترکیب آهن و کربن با غلظت تا 1 درصد است. عناصر آلیاژی متداول موجود در فولاد را می‌توان به شرح زیر نام برد:
کروم
نیکل
مولیبدن
سیلیکون
آلومینیوم
وانادیوم
تیتانیوم
نیوبیم
بور
فولادهای آلیاژی دارای خواص بهبودیافته‌ای مانند استحکام، سختی‌پذیری، مقاومت در برابر سایش، خوردگی و ... هستند. برای دستیابی به این خواص و کیفیت بهتر، فلز ممکن است به فرایندهای عملیات حرارتی مختلف نیاز داشته باشد. از مهم‌ترین کاربردهای این‌گونه از فولاد می‌توان به استفاده در ساخت پره‌های توربین استفاده شده در موتورهای جت، رآکتورهای هسته‌ای، فضاپیماها، ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی اشاره کرد.
 

معرفی فولادهای کم آلیاژ

فولادهای کم آلیاژ گروهی از مواد آهنی هستند که به دلیل داشتن عناصر آلیاژی مانند نیکل، مولیبدن و کروم، خواص مکانیکی بهتری نسبت به فولادهای کربنی ساده دارند. از طریق توسعه آلیاژهای خاص، فولاد کم آلیاژ می‌تواند خواص مکانیکی موردنظر خود را فراهم کند. ریزساختارهای فولادهای کم آلیاژ از فریت و پرلیت هستند و در مقایسه با سایر فولادهای آلیاژی دارای نرمی بیشتری هستند. هرچند که همچنان استحکام و مقاومت بسیار مناسبی دارند.
از فولادهای کم آلیاژ در صنایع مختلفی مانند تولید بدنه‌های خودکار، صفحات مختلف، اشکال ساختاری و ... استفاده می‌کنند. چندین نوع فولاد کم آلیاژ در صنایع تولیدی مورداستفاده قرار می‌گیرد. یکی از مزایای استفاده از این نوع از فولادهای آلیاژی این است که قابلیت جوشکاری دارند، اما عملیات حرارتی پیش از جوشکاری و یا پس از آن، برای جلوگیری از مشکلات ترک‌خوردگی در ناحیه جوش ضروری خواهد بود.
 

معرفی فولادهای پر آلیاژ

در فولاد پر آلیاژ، کل محتوای عناصر آلیاژی بالای 10 درصد وزنی را به خودشان اختصاص خواهند داد. در فولادهای ضدزنگ، عنصر آلیاژی کروم ممکن است حتی تا 11 درصد بیشتر از درصد وزنی را اشغال کند. یکی از مهم‌ترین خواص فولاد پر آلیاژ، مقاومت بسیار بالای آن‌ها در برابر خوردگی است. افزودن نیکل و مولیبدن نیز می‌تواند باعث بالارفتن چنین مقاومتی در برابر خوردگی شود. یکی دیگر از ویژگی فولاد پر آلیاژ قابلیت عناصر آلیاژی برای ایجاد یک فاز چندگانه خاص و تثبیت آن‌ها است. 
این عناصر همان‌طور که در قسمت‌های قبل نیز به آن اشاره شد در دسته‌بندی‌های مختلف مانند آستتیت، فریت و کاربید قرار می‌گیرند. برخی از مهم‌ترین انواع فولاد پر آلیاژ عبارت‌اند از:
فولاد ضدزنگ
همان‌طور که از نام چنین فولادهایی نیز پیدا است، مقاومت بسیار مناسبی را در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی دارند. در این فولاد، آستنیت را در محدوده دمایی در حال افزایش، تثبیت می‌کنند. عمدتاً این نوع از فولادها تحت عملیات حرارتی بازپخت محلول قرار گرفته و از آن‌ها برای تولید فولاد ضدزنگ آستنیتی استفاده می‌کنند. دلیل اصلی تولید فولاد ضدزنگ به این روش، حل کردن تمام فلزهای رسوب شده که عمدتاً کاربیدهای غنی از کروم هستند، است.
فولاد ابزار
فولاد ابزار نوع دیگری از فولاد پر آلیاژ بوده که سختی لازم را با عملیات حرارتی ساده‌تر فراهم می‌کند و می‌تواند در دماهای بالاتر، سختی خودش را حفظ کند. از مولیبدن و کروم می‌توان به‌عنوان اصلی‌ترین آلیاژهای به‌کاررفته در این مدل از فولاد یاد کرد. فولاد ابزار دارای خواصی مانند مقاومت در برابر سایش، استحکام و سختی بالا نام برد؛ اما شکل‌پذیری پایینی داند.
 
از دیگر فولادهای پر آلیاژ همچنین می‌توان به فولاد آلیاژی با آنتروپی بالا، فولاد پلاستیسیته ناشی از دوقلویی (TWIP) و فولاد هادفیلد نام برد.
 

فرایند عملیات حرارتی در تولید فولاد پر آلیاژ

همگن‌سازی در دمای بالا، بازپخت کامل، نرمال‌سازی، تمپرینگ و ... از روش‌های معمول در فرایند عملیات حرارتی فولاد هستند. اما امروزه روش‌های اصلاح شده خاص دیگری برای مسیرهای پردازش به‌منظور افزایش خواص مکانیکی فولاد، وجود دارد. هدف اصلی از عملیات حرارتی در فولاد پر آلیاژ، ارتقا خواص مکانیکی مانند استحکام، مقاومت در برابر ضربه و خوردگی و ... است. لازم به ذکر است که رسانایی حرارتی و الکتریکی فولاد نیز در این روش‌ها کمی تغییر خواهد کرد.
برخی از انواع فولاد پر آلیاژ مانند فولاد TWIP، بسته به پذیرش فرایندهای عملیات حرارتی پیشرفته، خواص مکانیکی بسیار خوبی از خودشان نشان می‌دهند. در برخی از فرایندها، فولادهای ساخته شده ابتدا تا 1373 درجه کلوین به مدت 1 ساعت همگن می‌شوند و سپس نورد گرم با دمای 1273 درجه کلوین بر روی آن‌ها انجام می‌گیرد. بعدازاین مرحله، فولادها در کوره سرد شده و سپس در دمای اتاق، مورد خواهند شد. اثر عملیات نورد به کاهش اندازه دانه کمک کرده و ازاین‌رو باعث افزایش مقاومت فولاد و بهبود خواص کششی خواهد شد. 
 

کاربردهای فولاد پر آلیاژ

تا بدین جا به‌خوبی با مفهوم فولاد پر آلیاژ و نحوه تولید آن آشنا شدید. همان‌طور که اشاره شد این فلز آلیاژی دارای خواص بسیار مناسبی بوده و ازاین‌رو در صنایع مختلفی کاربرد دارد. در این بخش قصد داریم تا در خصوص کاربرد هرکدام از فولادهای پر آلیاژ در صنایع گوناگون صحبت کنیم. این کاربردها عبارت‌اند از:
فولادهای ضدزنگ
این مدل از فولادها دارای خواص مقاومت در برابر خوردگی بسیار مناسبی بوده و از آن‌ها در ساخت یخچال، فریزر، بسته‌بندی مواد غذایی و ... استفاده می‌شود.
فولاد ابزار
از این مدل از فولاد پر آلیاژ در ساخت قالب‌ها، تیغه‌های برشی، غلتک‌ها، ابزارهای برش و ... استفاده می‌کنند.
فولاد TWIP
این مدل از فولاد قابلیت استفاده در خودروها، کشتی‌سازی‌ها، تولید زیرساخت‌ها، راه‌آهن، هواپیما و ... را دارد.
فولاد با آنتروپی بالا
به دلیل سختی بالای آن‌ها، می‌توان به‌عنوان ماده ساختاری در کاربردهای که به دمای پایین نیاز است، مورداستفاده قرار بگیرند.
فولاد هادفیلد
در راه‌آهن، کاربردهای سازه‌ای، شفت، چرخ‌دنده‌ها، ساخت‌وساز و مسکن، کابل و ... قابلیت استفاده دارد.
فولاد پرسرعت
این فولاد نیز سختی بسیار زیادی داشته و می‌توان از آن در ماشین‌های حفاری، تیغه‌ها و ... به‌عنوان ابزار برش استفاده کرد.
 

بررسی آینده فولاد پر آلیاژ

فولاد پر آلیاژ در طول زمان دستخوش تحولات قابل‌توجهی خواهد شد. امروزه از این مدل از فولاد در صنایع بسیار گوناگونی استفاده می‌شود که پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که در آینده نیز مصرف آن‌ها رونق بیشتری به خود خواهد گرفت. فولاد پر آلیاژ به دلیل خواص محیطی، شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی مختلف که از خود نشان می‌دهد، خواستار بسیار زیادی دارد.
همان‌طور که تا بدین جا نیز متوجه شده‌اید، فولادهای پر آلیاژ نقش بسیار مهمی در صنایع ساختمانی، خودروسازی، ساخت‌وساز و ... دارند. فولادهای پر آلیاژ در کنار مزایای بسیار زیاد خود، صرفه اقتصادی مناسبی داشته و انتظار می‌رود تا در آینده، نمودار استفاده از این محصولات، روند صعودی به خود بگیرد.
 
نتیجه‌گیری
فولاد پر آلیاژ نوع خاصی از فولاد است که دارای عناصر آلیاژی بیش از 10 درصد از کل عناصر است. این مدل از فولاد دارای انواع مختلفی بوده که بسته به میزان عناصر آلیاژی به‌کاررفته در آن، خواص متفاوتی را به خودشان می‌گیرند. از مهم‌ترین خواص و ویژگی‌های فولاد پر آلیاژ می‌توان به سختی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و فرسودگی و ... اشاره کرد. فولاد ضدزنگ، فولاد هادفیلد، فولاد ابزار، فولاد TWIP و فولاد با آنتروپی بالا تنها بخشی از انواع فولادهای پر آلیاژ هستند که کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف دارند.
 

02122791943