فولاد کم کربن چیست و چگونه ساخته می‌شود؟ | مجله آسن

بین انواع فولاد نوعی از آن یافت می شود که دارای درصد کمی از کربن است، فولاد کم کربن گفته می‌شود. این نوع فولاد در مقایسه با انواع دیگر سختی کمتری دارد اما شکل‌پذیری آن بیشتر است به همین دلیل برای ساخت مقاطع فولادی مانند ورق استفاده می‌گردد. در این مطلب به طور مفصل در مورد این نوع آلیاژ و شیوه تولید آن توضیح داده‌ایم برای آشنایی بیشتر با ادامه مقاله همراه وبلاگ آسن باشید.

 

فولاد کم کربن چیست؟

فولاد کم کربن که با نام فولاد ملایم یا نرم (mild or soft steel) نیز شناخته می‌شود، آلیاژی بر پایۀ عنصر آهن است که به دلیل درصد بالای آهن خواص مغناطیسی هم دارد. وجود مقادیر زیادی آهن و مقادیر اندکی عنصر کربن، مشخصۀ اصلی فولاد کم کربن است. آهن باعث ایجاد خاصیت فرومغناطیسی شده و کمبود کربن سبب شده تا قدرت خمش، جوش‌پذیری و ماشین‌کاری در آن بالا برود. ازاین‌رو، مقاطع و پروفیل‌هایی که از فولاد کم کربن ساخته می‌شوند، بخش گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی را به خود اختصاص دادند. علاوه بر این، برای اغلب کاربردهای مهندسی عمومی هم مناسب هستند، فولاد ملایم در خالص‌ترین حالت، آهن و به طور کل، یک آلیاژ به‌حساب می‌آید.

به‌طورکلی، میزان کربنی که در زمان ساخت آلیاژهای فولاد استفاده می‌شود، به استاندارد و کاربردهایی که فولاد قرار است برای آن استفاده شود، بستگی دارد. در ترکیب شیمیایی فولاد نرم، مقدار بسیار کمی عنصر کربن وجود دارد؛ این میزان چیزی در حدود 0.05% تا 0.25%. است و علاوه بر کربن عناصر دیگری هم در ترکیب شیمیایی فولاد کم کربن وجود دارد. این عناصر صرفا برای کمک به بهبود ویژگی‌های مقاطع حاصل از این آلیاژ اضافه می‌شوند و ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام کششی را به آن می‌دهند.

برای سختی فولادهای نرم، می‌توان از طریق کربوریزینگ (carburizing) اقدام کرد. فولاد کم کربن  g/cm37.85 چگالی دارد و بهترین گزینه برای ساخت مقاطع فولادی است که برای کاربردهای سازه‌ای مورداستفاده قرار می‌گیرند. در قیاس آن با فولادهای کربن بالاتر می‌توان گفت که استحکام کششی بهتری دارد، درعین‌حال به‌راحتی تغییر شکل داده و خم می‌شود. در ساختار فولاد کم کربن هیچ‌گونه تغییر شکل کریستالی به دلیل کربن بالا رخ نمی‌دهد. همین ویژگی سبب شده است تا برای صنایع و کاربردهای مختلف، مفید باشد.

 

ویژگی‌های فولاد کم کربن

همانطور که گفتیم فولاد کم کربن که اغلب به‌عنوان فولاد ملایم شناخته می‌شود، دارای درصد نسبتاً کمی کربن است و میزان آن معمولاً از 0.05٪ تا 0.30٪ متغیر است. میزان کربن کم در این فولاد منجر به چندین ویژگی متمایز می‌شود که در ادامه آنها را بررسی می‌کنیم:

• شکل‌پذیری و چکش‌خواری

فولاد کم کربن به دلیل میزان اندک کربن بسیار انعطاف‌پذیر و چکش‌خوار است و شکل‌دهی آن را آسان می‌سازد. علاوه بر این می‌توان آن را به‌راحتی نورد کرد که همین مسئله امکان کاربردهای مختلف را فراهم می‌کند.

• استحکام و سختی

پیش‌تر توضیح دادیم که فولاد کم کربن به سختی فولاد پر کربن نیست اما این آلیاژ همچنان برای بسیاری از کاربردهای ساختاری و ساختمانی به‌اندازه کافی قوی است.

• جوش‌پذیری

ساختار فولاد کم کربن برای جوش‌پذیری عالی آن را مناسب می‌سازد و انتخابی ارجح برای کاربردهایی است که نیاز به ساخت پیچیده دارند.

• مقاومت در برابر شکنندگی

فولاد کم کربن در مقایسه با فولادهایی که کربن بالاتری دارند به دلیل مقدار زیاد آهن، مقاومت بیشتری در برابر شکنندگی نشان می‌دهد.

 

انواع فولاد کم کربن

این نوع فولاد فرایند ساخت آسانی به نسبت انواع فولاد دارد به همین دلیل هزینه‌های تولید آن هم کم‌تر است. فولاد کم کربن بر اساس عملیات نورد به دودسته تقسیم می‌شود. این آلیاژ یکی از محبوب‌ترین انواع فولاد به جهت مصارف مختلفی از کشاورزی تا صنعت ماشین‌آلات سنگین تبدیل شده که در ادامه انواع گوناگون آن را بررسی کرده‌ایم:

• فولاد کم کربن نورد سرد

این نوع فولاد کم کربن به‌وسیله نورد سرد تولید می‌شود؛ در نورد سرد با اعمال فشار مکانیکی شکل فولاد را اصلاح می‌کنند. فولادی که با نورد سرد ساخته شود از مقاومت بیشتری برخوردار است. تسمه‌ها و ورق‌های نورد سرد که از فولادهای کم کربن ساخته شده‌اند برای طیف گسترده‌ای از کاربردها استفاده می‌شوند مانند ساخت خودرو، محصولات الکتریکی، حمل‌ونقل هوایی و... .

• فولاد کم کربن نورد گرم

در ساخت فولاد با نورد گرم، قبل از نوردکاری باید آن را در کوره قرار دهند تا به دما مشخصی برسد و حالت خمیری به خود بگیرد؛ این کار برای شکل‌پذیری بهتر فولاد انجام می‌شود. تولید فولاد کم کربن نورد گرم برای ساخت بسیاری محصولات به‌صرفه است برای نمونه به موارد زیر دقت نمایید:

تولید ورق فولادی سازه‌ای: تولید این ورق‌ها با نورد گرم انجام می‌شود که به طور عمده در ساخت پل‌ها، کشتی‌ها، وسایل نقلیه و... استفاده می‌شود.

فولاد هوازدگی: برای تولید کانتینرها و وسایل نقلیه مخصوص از این نوع فولاد استفاده می‌کنند که با نورد گرم ساخته می‌شود.

ورق فولادی در ساختار خودرو: ورق فولادی با استحکام بالا که با نوردکاری گرم تولید می‌شود، عملکرد پرس‌کاری و جوشکاری ممتازی دارد به همین دلیل برای تولید قاب خودرو، چرخ و... استفاده می‌گردد.

 

فولاد کم کربن چگونه ساخته می‌شود؟

فولاد سبز نام دیگر کم کربن است که مانند سایر فولادهای کربنی ساخته می‌شود. یک روش رایج برای ساخت انواع فولاد ترکیب سنگ‌آهن و زغال‌سنگ است. بعد از اینکه زغال‌سنگ و سنگ‌آهن را از زمین استخراج می‌کنند، آنها را با هم در یک کوره بلند ذوب می‌کنند. پس از ذوب، مخلوط را به کوره دیگری انتقال می‌دهند تا اولاً ناخالصی‌های احتمالی را بسوزانند و دوماً تنظیمات ویژه‌ای در ترکیب شیمیایی فولاد کم کربن انجام شود. پس از شکل‌گیری فرم فولاد کم کربن معمولاً طی فرایند نورد گرم یا نورد سرد، ضخامت آن به‌اندازه موردنظر کاهش می‌یابد. علاوه بر شیوه‌ای که گفته شد، روش‌های دیگری نیز وجود دارد که همگی در سایه پیشرفت فناوری ایجاد شده‌اند از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

·         کارخانه آکو ورده برزیل از ذغال 100٪ خالص در تولید محصولات فولاد کم کربن استفاده می‌کند.

·         HBIS شرکت بزرگ و فولادساز چینی است که در حال حاضر بر ساخت یک پروژه آزمایشی متالورژی هیدروژن کار می‌کند که طی آن از فن آوری‌های هیدروژن سبز و آبی برای به صفر رساندن دی‌اکسیدکربن در فرایند ساخت آهن و فولاد استفاده می‌شود.

·         مجموعه آرسلورمیتال مشغول ساخت یک کارخانه بزرگ در بلژیک برای تبدیل گازهای زائد ناشی از تولید فولادی به اتانول است. این دانش تولید سوخت‌های مصنوعی را ممکن می‌سازد.

تیسنکروپ و نیپون استیل نیز دو مجموعه دیگر هستند که یک سری آزمایشات را برای استفاده از هیدروژن در کوره‌های بلند شروع کرده‌اند. هدف از به‌کارگیری هیدروژن کاهش  انتشار دی‌اکسیدکربنی است که با ساخت فولاد وارد اتمسفر می‌شود.

فولاد کم کربن را می‌توان با استفاده از همه این فن آوری‌ها تولید کرد. هر چند سرعت رشد فن آوری به‌گونه‌ای است که امکان دارد تا سال 2050 ترکیب شیمیایی که در حال حاضر فولاد کم کربن محسوب می‌شود کاملاً تغییر کند.

کاربردهای فولاد کم کربن

فولاد کم کربن از پرکاربردترین مواد رایج برای کاربردهای مختلف است زیرا هزینه کم، دوام بالا و سهولت ساخت آن باعث شده تا گزینه‌ای ایدئال برای استفاده در بسیاری از پروژه‌ها باشد. البته فولاد کم کربن نیز دارای مزایا و معایبی است که تصمیم‌گیری در مورداستفاده از آن، به عهده کارشناسان است. در ادامه چند نمونه از موارد استفاده فولاد کم کربن را مشاهده می‌کنید:

• سازه
• نشانه
• اتومبیل
• مبلمان
• دکوراسیون
• سیم
• شمشیربازی

برای تصمیم‌گیری بهتر لازم است تا با مزایا و معایب این فولاد آشنا شوید؛ برای این کار می‌توانید به ادامه مطلب بپردازید:

مزایای فولاد کم کربن

همان‌طور که پیش‌تر ذکر شد، از مزیت‌های اصلی بهره‌گیری از فولاد کم کربن، قیمت ارزان و مقرون‌به‌صرفه بود آن است. این فولاد بسیار ارزان‌تر از فلزاتی مثل فولاد ضدزنگ یا آلومینیوم است، به همین دلیل افرادی که به دنبال صرفه‌جویی در هزینه‌ها هستند می‌توانند از این فولاد برای پروژه خود بهره‌مند شوند بدون اینکه کیفیت کار پایین بیاید. این کیفیت ناشی از این است که فولاد کم کربن علاوه بر صرفه مالی، بسیار بادوام است و می‌تواند تا حدود زیاد سایش را بدون شکستن یا خوردگی تحمل کند. این آلیاژ همچنین خواص جوش‌پذیری فوق‌العاده‌ای دارد که این امر استفاده از آن را آسان می‌کند زیرا به‌راحتی به اشکال مختلف فرم می‌گیرد. فولاد کم کربن استحکام کششی ممتازی هم دارد و می‌تواند سطوح تنش بالا را بدون شکستن یا خم‌شدگی زیر فشار تحمل کند.

از بین کارخانه هایی که به تولید فولاد کم کربن می­پردازند می­توان به کارخانه ایکس اشاره کرد. میلگردهای این کارخانه از مرغوبترین نوع فولاد تولید می­شوند. در نتیجه قیمت میلگرد ایکس نسبت به کیفیت آن بسیار مقرون به صرفه است. 

معایب فولاد کم کربن

بزرگ‌ترین عیبی که استفاده از فولاد کم کربن به همراه دارد، حساسیت آن به خوردگی است. این فولاد متأسفانه اگر به‌درستی مهر و موم نشود یا با پوشش درستی در برابر زنگ پوشش داده نشود دچار آسیب می‌شود. فولاد کم کربن در برابر رطوبت و اکسیژن آسیب‌پذیر است و ممکن است در طول زمان خورده ‌شود که این امر در نهایت منجر به شکست زودرس آن می‌شود. علاوه بر این، فولاد کم کربن به‌اندازه فلزاتی مانند فولاد ضدزنگ یا آلومینیوم مستحکم نیست در نتیجه ممکن است در مواردی که در آن استحکام اهمیت دارد مانند خودروسازی و ساخت‌وساز مناسب نباشد.

جمع‌بندی

انواع فولاد با توجه به ترکیبات شیمیایی، روش تولید و استحکام دارای دسته‌بندی‌های مختلفی هستند. آلیاژ کم کربن که در این مطلب به آن پرداختیم دارای درصد محدودی از کربن است به همین دلیل خواص مکانیکی فولاد کم کربن را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد.

فولاد کم کربن کاربردهای متعددی دارد و علاوه بر صرفه اقتصادی، دوام بسیار ممتازی دارد هرچند که در مقابل خوردگی مقاومت چندانی ندارد. اگر هنوز هم سؤالی در مورد این نوعی فولاد دارید حتما در بخش نظرات آن را به اشتراک بگذارید.

 

سؤالات متداول

 

1-      تفاوت بین فولاد کم کربن و فولاد ضدزنگ در چیست؟

در فولاد ضدزنگ برای ایجاد خواص زنگ‌نزن، کروم اضافه می‌شود.

2-      آیا فولاد کم کربن زنگ می‌زند؟

این نوع فولاد بسیار واکنش‌پذیر است و به‌سرعت تحت‌تأثیر رطوبت و اکسیژن قرار می‌گیرد.

3-      فولاد کم کربن برای چه مواردی استفاده می‌شود؟

فولاد نرم کاربردهای زیادی دارد اما به‌طورکلی استفاده از آن در صنعت اتومبیل رایج است.