راهنمای کاربردی فولادها؛ طبقه‌بندی، مشخصات و کاربرد مهندسی فولادها

اهمیت آشنایی با فولادها + تقسیم بندی فولادها

فولاد، آلیاژ حیاتی آهن و کربن، ستون فقرات تمدن صنعتی مدرن است. درک تقسیم بندی فولادها و تفاوت‌های ظریف در ترکیب شیمیایی آن‌ها برای مهندسان و متخصصین سئو که محتوای فنی تولید می‌کنند، حیاتی است. هدف این سند، ارائه یک مرجع کامل و کاربردی در خصوص انواع فولادها در صنعت است تا به عنوان مرجعی قابل استناد برای موضوع فولادها شناخته شود.

 

اصول طبقه‌بندی و مرجع‌دهی (جدول استاندارد فولادها)

طبقه بندی فولادها بر اساس میزان کربن و عناصر آلیاژی انجام می‌شود. مرجع اصلی در این دسته بندی فولادها، استانداردهای بین‌المللی هستند که به ما کمک می‌کنند جدول انواع فولادها را ترسیم کنیم.

• استاندارد (آمریکایی): سیستم اعداد ۴ رقمی (مثلاً ۱۰۰۵ برای فولاد کم کربن). این سیستم به سادگی میزان کربن و عناصر اصلی آلیاژی را مشخص می‌کند.
• استاندارد (اروپایی): استفاده از حروف و اعداد که نشان‌دهنده ترکیب شیمیایی و خواص است.
• استاندارد ملی ایران: اشاره به فولادهای یزد و نقش آن در تأمین نیازهای داخلی، که اغلب بر اساس استانداردهای و بومی‌سازی شده‌اند.

 

 

۱۲ خانواده اصلی فولادها (با جزئیات فنی)

ما ۱۲ خانواده اصلی فولاد را بر اساس ترکیب شیمیایی و کاربرد اصلی آن‌ها در این مرجع مورد بررسی قرار می‌دهیم:

 

فولادهای ساده کربنی (Carbon Steels)

این فولادها عمدتاً از آهن و کربن تشکیل شده‌اند و کمترین میزان عناصر آلیاژی را دارند (عناصر آلیاژی کمتر از $1.65\%$):

 

• فولادهای کم کربن (Low Carbon Steels): کربن کمتر از $0.30\%$. نرم و چکش‌خوار هستند و قابلیت جوشکاری عالی دارند.
• کاربرد: ورق‌کاری، لوله‌های عمومی، و فولادهای ساختمانی (Structural Steels).

 

• فولادهای با کربن متوسط (Medium Carbon Steels): کربن بین $0.30\%$ تا $0.60\%$. قابلیت عملیات حرارتی (سخت‌کاری) دارند.
• کاربرد: میل‌لنگ‌ها، چرخ‌دنده‌ها و ریل‌ها.

 

• فولادهای پرکربن (High Carbon Steels): کربن بالاتر از $0.60\%$. بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش، اما شکننده هستند.
• کاربرد: فنرها، کابل‌های با استحکام بالا و برخی ابزارهای برش دستی.

 

• فولادهای ساختمانی (Structural Steels): خواص مکانیکی مشخصی برای تحمل بار دارند (مانند $\text{A}36$ یا $\text{S}235$).
• کاربرد: این‌ها زیرمجموعه‌ای از فولادهای کم کربن هستند که برای استحکام و قابلیت جوشکاری بهینه شده‌اند.

 

فولادهای آلیاژی (Alloy Steels)

افزودن عناصر دیگر مانند منگنز، نیکل، کروم و مولیبدن برای بهبود خواص خاص صورت می‌گیرد.

• فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا ($\text{HSLA}$): افزودن عناصر کم به منظور افزایش استحکام بدون نیاز به عملیات حرارتی پیچیده. دارای استحکام تسلیم ($400-650 \text{MPa}$).
• فولادهای کروم مولیبدن (Chromium-Molybdenum Steels): مقاومت حرارتی و استحکام بالا را مدیون عناصر $\text{Cr}$ و $\text{Mo}$ هستند که استحکام تسلیم را در دماهای بالا حفظ می‌کنند.
• کاربرد مرتبط: فولادهای گرم کار (Hot Work Steels) مانند $\text{H}13$ و کاربرد در بویلرها و اجزای نیروگاه‌ها.

 

فولادهای مقاوم در برابر خوردگی (Stainless Steels)

حداقل $10.5\%$ کروم برای ایجاد لایه محافظ و غیرفعال ($\text{Cr}_2\text{O}_3$) که از خوردگی جلوگیری می‌کند. این خانواده خود به زیرشاخه‌های متعددی تقسیم می‌شود.

• فولادهای آستنیتی (Austenitic Stainless Steels): پرکاربردترین، غیرمغناطیسی، با نیکل بالا (مانند سری ۳۰۰؛ مثلاً $\text{304}$ و $\text{316}$). مقاومت عالی در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی و دمای برودتی.
• فولادهای فریتی (Ferritic Stainless Steels): محتوای کروم بالا (معمولاً $11\% - 27\%$)، کربن پایین، مغناطیسی (مانند سری ۴۰۰؛ مثلاً $\text{430}$). مقاومت خوبی در برابر تنش‌های کلریدی دارند.
• فولادهای مارتنزیتی (Martensitic Stainless Steels): قابلیت سخت‌کاری از طریق عملیات حرارتی، استحکام بالا و خواص مغناطیسی. مورد استفاده در تیغه‌ها، ابزارهای جراحی و قطعاتی که نیاز به پرداخت سطح بالا دارند.
• فولادهای دوبلکس (Duplex Stainless Steels): ترکیبی از ساختار آستنیتی و فریتی، مقاومت فوق‌العاده در برابر تنش‌های خورگی ($\text{SCC}$) و استحکام بالا (تقریباً دو برابر آستنیتی‌های رایج).

 

 

فولادهای خاص و ابزار (Tool Steels)

برای مقاومت در برابر سایش، خستگی و دماهای بالا طراحی شده‌اند و معمولاً کربن بالایی دارند.

• فولادهای مقاوم به سایش (Wear Resistant Steels): طراحی شده برای مقاومت در برابر سایش مداوم، اغلب دارای کاربیدهای بسیار سخت (مانند فولادهای $\text{D}2$).
• فولادهای سرد کار (Cold Work Steels): برای کار در دمای محیط یا دمای زیر $200^\circ\text{C}$ (مانند سری $\text{O}$ برای روغن، سری $\text{A}$ برای هوا و سری $\text{D}$ برای کار در دمای محیط).
• فولادهای گرم کار (Hot Work Steels): حفظ خواص در دمای بالا، مقاومت در برابر نرم شدن حرارتی (مانند $\text{H}13$ که حاوی کروم، تنگستن و مولیبدن است).
• فولادهای خوش تراش (Free-Machining Steels): با افزودن گوگرد ($\text{S}$) یا سلنیوم ($\text{Se}$) برای شکستن بهتر براده و بهبود قابلیت ماشین‌کاری در فرآیندهایی مانند تراشکاری اتوماتیک.

 

 

سایر خانواده‌های تخصصی فولاد (شامل فولادهای خاص)

• فولادهای دوفازی (Dual Phase Steels): ترکیبی از فازهای فریتی و مارتنزیتی، استحکام بالا و شکل‌پذیری عالی دارند. مناسب برای صنعت خودروسازی پیشرفته به منظور کاهش وزن.
• فولادهای مارایجینگ (Maraging Steels): دارای نیکل بسیار بالا و کربن بسیار پایین که از طریق رسوب سختی به استحکام‌های بسیار بالا می‌رسند (بیش از $1500 \text{MPa}$)، مناسب برای هوافضا.
• فولادهای سیلیکونی (Silicon Steels): با افزودن سیلیکون ($1\% - 5\%$)، نفوذپذیری مغناطیسی بهبود می‌یابد و اتلاف انرژی هسته کاهش می‌یابد. کاربرد این نوع فولاد در هسته ترانسفورماتورها و موتورهای الکتریکی است.
• فولادهای بهاره (Spring Steels): با کربن بالا و آلیاژ با منگنز و سیلیکون برای حفظ خاصیت الاستیسیته پس از تغییر شکل.

 

 

جدول مرجع و مقایسه فولادهای مختلف (جدول انواع فولادها)

در جدول زیر به بررسی و مقایسه ویژگی‌های انواع فولادهای اصلی خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید: