معرفی فولاد کربنی و کاربردهای آن

<p>فولاهای کربنی به صورت تازه نورد شده (As-rolled)، نرمالایزد شده یا شرایط سخت شده و باز پخت شده عرضه می شوند. تاثیر کربن موجود در فولاد بر استحکام کششی، درصد افزایش طول تا شکست و سختی فولاد کربنی آنیل شده را می توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="تصویر شماره ۱ - تاثیر میزان کربن در فولاد.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1644673069332.jpg" alt="تاثیر میزان کربن در فولاد" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره 1 &ndash; تاثیر درصد کربن و عملیات حرارتی بر ویژگی های مکانیکی فولاد کربنی</p> <p><strong>آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:</strong></p> <ul> <li><a title="فولاد با کربن بسیار کم" href="#verylowcarbon">فولاد با کربن بسیار کم</a></li> <li><a title="فولا کم کربن" href="#lowcarbon">فولا کم کربن</a></li> <li><span id="verylowcarbon"></span><a href="#mediumcarbon">فولاد با کربن متوسط</a></li> <li><a title="فولاد با کربن متوسط رو به بالا" href="#mediumhigh">فولاد با کربن متوسط رو به بالا</a></li> <li><a title="فولاد پرکربن" href="#high">فولاد پرکربن</a></li> </ul> <h2>فولاد با کربن بسیار کم</h2> <p><span id="lowcarbon"></span>فولادهای بسیار کم کربنی، حاوی حداکثر0.05 درصد کربن هستند. این فولادها چکش خوارند و ویژگی های مشابه با آهن دارند. فولادهای بسیار کم کربن قابلیت این که به وسیله عملیات حرارتی اصلاح شوند را ندارند. ارزان قیمت هستند اما کاربردهای مهندسی آنها محدود به اجزای غیر بحرانی ست و بیشتر برای کاربردهای عمومی مورد استفاده قرار می گیرند.</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: <a title="فولاد خالص چیست و تکنولوژی های ساخت آن کدام است؟" href="https://www.modiranahan.com/article/2396/%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF-%D8%AE%D8%A7%D9%84%D8%B5-%DA%86%DB%8C%D8%B3%D8%AA-%D9%88-%D8%AA%DA%A9%D9%86%D9%88%D9%84%D9%88%DA%98%DB%8C-%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D8%B3%D8%A7%D8%AE%D8%AA-%D8%A2%D9%86" target="_blank" rel="nofollow">فولاد خالص چیست و تکنولوژی های ساخت آن کدام است؟</a></p> </blockquote> <h2>فولا کم کربن</h2> <p>فولاد کم کربن بین 0.05 تا 0.2 درصد کربن دارد. در این گروه می توان به فولادهای 080M15، 150M19، 220M07، AISI 1009، AISI 1020 اشاره کرد. این فولاد های به طور موثری مورد عملیات حرارتی قرار نمی گیرند به همین دلیل در عملیات جوشکاری مشکلی در خصوص اثرات حرارتی در نقاط جوش ندارند. نمونه هایی که عناصر ناخواسته مانند کروم در آن ها وجود ندارد چکش خوار هستند و ویژگی های شکل پذیری خوبی دارند. هر چند کروم به اندازه ی 0.1 درصد و وانادیوم و مولیبدیم به میزان 0.05 درصد می تواند تاثیر بسیار زیادی بر سختی پذیری آن داشته باشد.</p> <p><span id="mediumcarbon"></span>ویژگی های سطحی فولاد کم کربن می تواند با عملیات کربن دهی و سپس عملیات حرارتی ارتقا داده شود. چکش خواری بالا باعث ماشین پذیری ضعیف می شود اگرچه این نوع از فولاد می تواند با سرعت بسیار بالا ماشین کاری نیز بشود. معمولا مقادیری از گوگرد و سرد نیز برای انجام ماشین کاری به نمونه اضافه می شود. فولاد کم کیفیت همراه با مقادیر زیاد گوگرد و فسفر می تواند نتیجه بهتری در ماشین کاری نسبت به فولاد با کیفیت و بدون هیچ اکسید و سرباره به دست بدهد.</p> <p>این گروه از فولادها کاربردهای بسیار زیادی در مصارف عمومی دارند. در بدنه اتومبیل ها، کشتی ها و کاربردهای خانگی به وفور یافت می شود. فولادهای ضد زنگ (استنلس استیل) و آلیاژهای آلومینیوم در برخی از نواحی با این نوع از فولاد رقابت نزدیکی دارند.</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: <a title="فولاد کشته شده و انواع آن" href="https://www.modiranahan.com/article/2357/%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF-%DA%A9%D8%B4%D8%AA%D9%87-%D8%B4%D8%AF%D9%87-%DA%86%DB%8C%D8%B3%D8%AA-%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9-%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF-%DA%A9%D8%B4%D8%AA%D9%87-%D8%B4%D8%AF%D9%87" target="_blank" rel="nofollow">فولاد کشته شده و انواع آن</a></p> </blockquote> <h2>فولاد با کربن متوسط</h2> <p>فولاد با کربن متوسط مانند 070M20، 080M40، 216M44، AISI 1023، AISI 1030 و AISI 1046 حاوی 0.2 تا 0.5 درصد کربن دارند. عملیات حرارتی و سخت کاری برای اصلاح ویژگی های مکانیکی این نوع فولاد بسیار موثر هستند. میزان سختی پذیری با افزایش میزان کربن نیز زیاد می شود. جوشکاران در زمان انجام جوشکاری باید درخصوص اثرات سخت شدگی در نواحی حرارتی مراقب باشند و احتیاط های لازم در زمینه ی ورود انرژی بیش از حد را رعایت کنند. با افزایش سخت شدگی احتمال ایجاد ترک در زمان فرم دادن به این فولاد نیز افزایش می یابد. تمام عناصر آلیاژهای مرسوم باعث افزایش سخت شدگی فولاد کربن متوسط می شود به همین دلیل یک معیار با نام کربن معادل &ldquo;carbon equivalent&rdquo; به عنوان شاخص تقریبی جوشپذیری معرفی می شود.</p> <p><strong>تعریف درصد کربن معادل (CE%)</strong></p> <p style="text-align: left;"><strong>Carbon Equiv (CE%) = C% + (Mn%/6) + ((Cr%+Mo%+V%)/5) + ((Ni%+Cu%)/15)</strong></p> <table class="table1200" style="margin-left: auto; margin-right: auto;" border="2"> <tbody> <tr> <td style="text-align: center;" width="203"> <p><strong>مقدار درصد کربن معادل</strong></p> </td> <td style="text-align: center;" width="372"> <p><strong>تاثیر بر جوش پذیری</strong></p> </td> </tr> <tr> <td width="203"> <p>کمتر از 0.14%</p> </td> <td width="372"> <p>جوشپذیری بسیار عالی دارد و نیاز به هیچ احتیاط خاصی نیست</p> </td> </tr> <tr> <td width="203"> <p>بین 0.14% و 0.45%</p> </td> <td width="372"> <p>احتمال شکل پذیری مارتنزیت بیشتر است و پیش گرم کردن ملایم با الکترودهای کم هیدروژن ضروری ست.</p> </td> </tr> <tr> <td width="203"> <p>بیشتر از 0.45%</p> </td> <td width="372"> <p>بسیار پیچیده است. احتمال ترک جوش وجود دارد. پیش گرم کردن در رنج 100 تا 400 درجه سانتیگراد با الکترودهای کم هیدروژن لازم است.</p> </td> </tr> </tbody> </table> <p style="text-align: center;">جدول شماره 1 &ndash; معنای کربن معادل بر خاصیت جوش پذیری فولاد کربنی</p> <p><span id="mediumhigh"></span>در شرایط نرمال فولاد با کربن متوسط، به دلیل اینکه چکش خواری کمتریدر مقایسه با فولاد کم کربن دارد از خاصیت ماشینکاری بهتری برخودار است. با اضافه کردن گوگرد و سرب ویژگی های ماشین کاری آزاد بهبود می یابد. اما چکش خواری و مقاومت برخورد کاهش می یابد.</p> <p>مقاومت به خوردگی در این نوع از فولاد مشابه با فولادهای کم کربن است. اگرچه اضافه کردن مقادیر بسیار کم مس می تواند منجر به بهبود خوردگی به ویژه در برابر شرایط جوی شود. بیشتر فولادهای در این گروه حاوی مقادیری از سیلیسیم و منگنز نیز هستند که درطول جریان ساخت به منظور اکسیدزدایی و گوگردزدایی اضافه می شوند. هنگامی که مقادیر موجود ویژگی های مکانیکی فولاد را تغییر نمی دهد به عنوان یک شاخص برای کیفیت فولاد از مقادیر گوگرد و فسفر استفاده می شود. هر چه میزان گوگرد و فسفر کمتر باشد کیفیت فولاد بالاتر خواهد بود.</p> <p>این گروه از فولاد استحکام متوسطی دارد ولی از نظر قیمت همچنان ارزان می باشد و تقاضای زیادی در بازار دارد. فولاد با کربن متوسط برای کاربردهای عمومی مناسب است و از طرف دیگر می تواند برای کاربردهایی که تحت تنش قرار دارد مانند چرخ دنده، دکل ها و خطوط لوله استفاده شود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="medium steel carbon.jpg" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1644673585215.jpg" alt="medium steel carbon" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۲ - دکل های انقال برق با فولاد کربن متوسط&nbsp;</p> <h2>فولاد با کربن متوسط رو به بالا</h2> <p>درصد کربن در این فولادها بین 0.5 تا 0.8 درصد است. از نمونه فولادهایی که در این گروه قرار دارند می توان به 070M55، &nbsp;0S0M55، AISI 1055، AISI 1070 اشاره کرد. این گروه از فولاد نسبت به عملیات حرارتی و کار سختی (Work Hardening) به شدت حساس است. به راحتی تحت <span id="high"></span>سخت کاری با شعله قرار می گیرند و می توانند با عملیات و کار استحکام تسلیم بالایی به دست بیاورند. برای مثال، سیم فنر که در این گروه قرار دارد می تواند استحکام تسلیم نهایی بالاتر از 2GPa به داشته باشد. واضح است که جوشکاران باید برای جلوگیری از ترک نواحی تحت تاثیر حرارت (HAZ) مراقب باشند. از کربن معادل می توان برای ارزیابی مشکلات احتمالی در زمان جوشکاری استفاده کرد.</p> <p>اگرچه در این گروه می توان به سختی و استحکام بالایی دست یافت اما قدرت در برابر ضربه ضعیف است. این فولادها معمولا برای مواردی که در برابر تنش و شوک قرار دارند به کار برده نمی شوند. در کاربردهایی که سختی مهم است مانند تیغه ها، فنرها و بوشها از فولادهای با کربن متوسط رو بالا استفاده می شود.</p> <blockquote> <p>بیشتر مطالعه کنید: <a title="انواع استاندارد فولاد و نحوه نامگذاری آن ها" href="https://www.modiranahan.com/article/607/%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9-%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D8%A7%D9%86%D8%AF%D8%A7%D8%B1%D8%AF%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%AF-%D9%88-%D9%86%D8%AD%D9%88%D9%87-%D9%86%D8%A7%D9%85%DA%AF%D8%B0%D8%A7%D8%B1%DB%8C-%D8%A2%D9%86-%D9%87%D8%A7" target="_blank" rel="nofollow">انواع استاندارد فولاد و نحوه نامگذاری آن ها</a></p> </blockquote> <h2>فولاد پرکربن</h2> <p>فولاد پرکربن بیشتر از 0.8 درصد کربن در خود دارد. فولادهای مانند 050A86، 080A86، AISI 1086 و BS 1407 از جمله فولادهای این دسته هستند. روی هیچ کدام از این فولادها نمی توان سردکاری انجام داد به دلیل اینکه درصد افزایش طول آنها بسیار کم است و به سرعت دچار شکست می شوند. فولادهای پرکربن نسبت به عملیات حرارتی بسیار واکنش میدهند. قابلیت ماشین کاری خوبی دارند. جوشکاری بر روی این نوع از فولاد پیشنهاد نمی شود و نباید تحت بارهای ضربه ای قرار بگیرند.</p> <p>فولادها در این دسته می توانند استحکام تسلیم نهایی بیشتر از 1GPa داشته باشند و نیاز به مراقبت های خاص برای جلوگیری از تردی هیدروژی در اثر آبکاری (Electroplating) دارد. مانند فولادهای با کربن متوسط رو به بالا از این گروه نیز در ساخت وسایلی که نیاز به سختی بالا دارند مانند ابزار برش، تیغه ها و ... استفاده می شود.</p>