مقایسه فولاد آلیاژی با فولاد کربنی

فولاد در دو دسته ساده کربنی و فولاد آلیاژی قرار دارد که هر کدام، خود به دسته‌های دیگری تقسیم می‌شوند.

به گزارش میهن‌فولاد، به دلیل مشکلات و چالش‌هایی که فولادهای ساده در گذشته داشتند، انسان به فکر کشف و ایجاد مواد جدیدی افتاد تا در نهایت با تست و آزمایش‌های مختلف به موادی با خواص بهتر و توسعه یافته رسید که امروزه به آن فولاد آلیاژی می‌گویند. این فولادهای آلیاژی با خواص فوق‌العاده خود به راه‌حل بسیاری از چالش‌های صنایع مختلف تبدیل شده‌اند. شناخت و آشنایی با هر نوع از این فولادها، به صاحبان صنایع کمک می‌کند تا خیلی بهتر در مورد پروژه‌های خود تصمیم‌گیری کنند و برنامه‌ریزی‌ها و سازمان‌دهی‌های لازم را به اجرا درآورند. در این بخش به مقایسه فولاد آلیاژی با فولاد کربنی خواهیم پرداخت و شباهت‌ها و تفاوت‌های آن‌ها را بررسی کنیم.

معرفی فولاد آلیاژی

فولاد آلیاژی از ترکیب یک فلز با دو یا چند فلز یا نافلز ایجاد می‌شود که دارای خواصی پیشرفته‌تر مانند استحکام، چقرمگی و … نسبت فولادهای ساده هستند، عناصر اولیه در حالت عادی این خواص‌ها را ندارند و بعد از ترکیب با عناصر دیگر تبدیل به موادی توسعه یافته می‌شوند و به همین خاطر بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. همچنین فولاد آلیاژ به انواع گوناگونی تقسیم می‌شود که دسته بندی‌های مختلف آلیاژ را می‌توانید از این بخش مشاهده کنید.

انواع فولاد آلیاژی:

کم آلیاژ:

مجموع عناصر آلیاژی کمتر از 5 درصد

پرآلیاژ:

شامل فولادهای ابزار و فولادهای زنگ نزن

انواع فولاد کربنی

فولاد کربنی آلیاژی از آهن و کربن است که بین 0.05 تا 2.1 درصد کربن دارد. این نوع فولاد به دلیل تنوع و قیمت مناسب، کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد.

فولاد کم کربن: 0.05 تا 0.3 درصد کربن

• رایج‌ترین نوع فولاد
• قیمت مناسب
• شکل‌پذیری و جوشکاری خوب
• استحکام و سختی کم
• کاربرد در ورق‌های فلزی، لوله‌ها، مفتول‌ها و ...

فولاد متوسط کربن: 0.3 تا 0.8 درصد کربن

• استحکام و سختی بیشتر از فولاد کم کربن
• شکل‌پذیری و جوشکاری مناسب
• کاربرد در میلگردها، شفت‌ها، چرخ‌دنده‌ها و ...

فولاد پر کربن: 0.8 تا 1.5 درصد کربن

• استحکام و سختی بالا
• شکل‌پذیری و جوشکاری کم
• کاربرد در ابزارهای برش، فنرها، ریل‌ها و ...

فولاد اولترا کربن: 1.5 تا 2.1 درصد کربن

• سخت‌ترین و قوی‌ترین نوع فولاد کربنی
• کاربرد در ابزارهای برش پرسرعت، قالب‌ها و ...

ویژگی‌ها و خصوصیاتی که با تولید آلیاژ به وجود می‌آیند

• افزایش چقرمگی
• افزایش سختی
• انعطاف‌پذیری
• افزایش استحکام
• جوش‌پذیری
• خاصیت ضد زنگ
• کاهش نقطه ذوب
• مقاومت در برابر خوردگی

این خاصیت‌ها هر کدام با ترکیب شیمیایی متفاوت ممکن است در فولاد ایجاد شوند و خواص اولیه آن را بهبود یا تغییر دهند؛ به دلیل همین خاصیت‌های ویژه، فولاد آلیاژی کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون پیدا کرده است.

معرفی فولاد کربنی Plain Carbon Steel

فولاد کربنی یا فولاد ساده، همان فولاد آهن-کربن است که آهن به عنوان عنصر پایه و کربن به عنوان عنصر اصلی محسوب می‌شود که کربن آن کمتر از 2% می‌باشد؛ اما در تمام فولادهای کربنی از عناصر دیگری نیز در ترکیبات شیمیایی آن بیشتر به دلیل اکسیژن زدایی، به میزان کمی استفاده می‌شود.

می‌توان گفت فولاد کربنی به 4 دسته زیر تقسیم می‌شود:

1. کربن پایین: کربن آن پایینتر از 0.3% است. از ویژگی‌های این نوع فولاد می‌توان به منعطف بودن و جوی‌پذیری مناسب اشاره کرد و در ساخت قوری و کتری استفاده می‌شود.
2. کربن جزئی (نرم): کربن این فولاد بین 0.3% تا 0.6% است؛استحکام خوب وجوش‌پذیری آن در حد قابل قبولی است. از کاربردهای آن می‌توان به میلگرد و مصالح ساختمانی اشاره کرد.
3. کربن متوسط: دارای استحکام خوب، چقرمگی مناسب و تا حدی جوش پذیر است بیشتر در صنایع ساخت ماشین آلات و ریل راه آهن استفاده می‌شود. مقدار کربن در این نوع، بین فولاد کربن جزئی و فولاد پر کربن قرار دارد.
4. پر کربن: کربن آن بالاتر از 0.6% است. در ساخت ابزارها (مته، اره، رنده)، قالب‌ها کاربرد دارد.

مشکلات فولادهای ساده و راه حل آن

1. ضعف و عدم مقاومت در سرویس‌های دمای بالا مانند موتور ماشین‌های پیست سرعت

برای حل این مشکل، می‌توان مولیبدن، وانادیوم، تیتانیوم به ترکیبات شیمیایی آن اضافه کرد که در این صورت قیمت انواع فولادهای آلیاژی افزایش و جوش‌پذیری آن کاهش پیدا می‌کند.

1. نداشتن تحمل و مقاومت در سرویس‌های دمای پایین که با افزودن نیکل و منگنز این چالش نیز حل می‌شود.
2. ضعف و نبود مقاومت در سرویس‌های بسیار خورنده (ضد زنگ) که این چالش با افزودن کروم و نیکل به ترکیبات آن رفع می‌شود. زیرا کروم باعث ایجاد لایه محافظت‌کننده در برابر خوردگی می‌شود و آلومینیوم به محض برش روی سطح خود آلومینا تشکیل می‌دهد (خاصیت ضد زنگ) همچنین دارای خاصیت پیوسته، متراکم، چسبنده و پایدار است.
3. ضعف و نداشتن مقاومت در ساخت ابزارهای نوین مانند ابزارهای مورد استفاده در معادن و… که راه‌حل آن، افزودن تنگستن، کروم، مولیبدن، تیتانیوم به ترکیب شیمیایی آن است.

تفاوت های فولادهای آلیاژی و کربنی:

ترکیب شیمیایی:

• فولاد کربنی: فقط شامل آهن و کربن (تا 2%) و ناخالصی های ذاتی است.
• فولاد آلیاژی: علاوه بر آهن و کربن، عمداً عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن و وانادیوم به آن اضافه می شود.expand_more

خواص:

• فولاد کربنی:
• استحکام و سختی کمتری دارد.
• چقرمگی و شکل پذیری بیشتری دارد.exclamation
• در برابر خوردگی مقاومت کمتری دارد.
• ارزان تر است.
• فولاد آلیاژی:
• استحکام، سختی و مقاومت به سایش بالاتری دارد.
• چقرمگی و شکل پذیری کمتری دارد.
• در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم تر است.
• گران تر است.

کاربرد:

• فولاد کربنی:
• در ساخت سازه ها، ماشین آلات، لوله ها، ورق ها و میلگردها استفاده می شود.
• برای مصارف عمومی که نیاز به استحکام بالا نیست مناسب است.
• فولاد آلیاژی:
• در ساخت ابزارهای برش، ریل های راه آهن، قطعات خودرو، موتورها و توربین ها استفاده می شود.
• برای مصارف خاص که نیاز به استحکام، سختی و مقاومت به خوردگی بالا است مناسب است.

انواع:

• فولاد کربنی:
• بر اساس درصد کربن به فولاد کم کربن، فولاد با کربن متوسط و فولاد پر کربن تقسیم می شود.expand_more
• فولاد آلیاژی:
• بر اساس نوع و درصد عناصر آلیاژی به انواع مختلفی مانند فولاد ضد زنگ، فولاد ابزار، فولاد فنری و فولاد ساختمانی تقسیم می شود.

جدول زیر خلاصه ای از تفاوت های کلیدی بین فولادهای آلیاژی و کربنی را ارائه می دهد:

انتخاب بین فولادهای آلیاژی و کربنی به عوامل مختلفی مانند نیازهای پروژه، بودجه و شرایط کاربری بستگی دارد.