فولاد کربنی چیست؟| انواع فولاد کربنی

فولاد کربنی، نوعی فولاد است که حداکثر درصد وزنی کربن آن ۲٫۱٪ است. طبق تعریف مؤسسه آهن و فولاد آمریکا، AISI، زمانی به فولاد، فولاد کربنی گفته می‌شود که:

هیچ حداقل مقداری برای عناصر کروم، کبالت، مولیبدن، نیکل، نیوبیوم، تیتانیوم، تنگستن، وانادیم، زیرکونیم مشخص نشده باشد.
حداقل میزان مس مشخص شده از ۰٫۴ درصد جرمی بیشتر نباشد.
یا حداکثر درصد جرمی عناصر ذکر شده از این مقادیر بیشتر نباشد: منگنز ۱٫۶۵ درصد، سیلیکن ۰٫۶ درصد، مس ۰٫۶ درصد.

ممکن است از واژه «فولاد کربنی» برای تفکیک قائل شدن با «فولاد زنگ نزن» استفاده گردد؛ در این حالت منظور از فولاد کربنی می‌تواند شامل فولادهای آلیاژی نیز شود.

با افزایش درصد کربن در فولادها، امکان سختکاری و افزایش استحکام آن نیز از طریق عملیات حرارتی افزایش می‌یابد، ولی از طرفی این کار باعث کاهش شکل‌پذیری آن می‌شود. جدای از عملیات حرارتی، افزایش درصد کربن باعث کاهش خاصیت جوشکاری فولادها می‌شود. در فولادهای کربنی هر چه درصد کربن افزایش یابد، دمای ذوب فولاد کاهش می‌یابد.

فولاد مادر آلیاژهای صنعتی و یکی از ارکان علوم مهندسی به ویژه مهندسی متالورژی است.

در وصف اهمیت این آلیاژ کافی است بگوییم که فولاد پر مصرف ترین ماده صنعتی پس از نفت خام و صنعت آن از مهم ترین صنایع مادر هر کشور از جمله کشور ما محسوب می شود. بنابراین با توجه به اهمیت این آلیاژ، نیاز به شناخت آن برای تمامی مهندسین به خصوص مهندسین مواد احساس می شود.

به زبان ساده، فولاد را می توان آلیاژی دانست که آهن، عنصر پایه و کربن عنصر آلیاژی اصلی آن باشد. درصد کربن در فولادهای مختلف متغیر بوده و حداکثر مقداری حدود 2 درصد وزنی خواهد داشت.

گرچه یک فولاد تماما از آهن و کربن تشکیل نشده و ساده ترین نوع فولادها نیز عناصر آلیاژی دیگری در کنار این دو عنصر به همراه دارند.

با توجه به اهمیت و نیاز بسیار زیادی که از این آلیاژ در صنایع احساس می شود، هزاران گرید فولاد تولید شده اند که با توجه به نوع و مقدار عناصر آلیاژی، نوع عملیات حرارتی، ریزساختار، کاربرد و … نام گذاری های متفاوتی دارند.

اما بدون شک شناخت هر کدام از این فولادها، نیاز به شناخت خوبی از دسته بندی و آشنایی با سیستم نام گذاری آن ها دارد.

دسته بندی فولادها از منظرهای متفاوتی انجام می شود. اما در یک دسته بندی ساده، می توان فولادها را با توجه به عناصر آلیاژی موجود در آن ها به دو دسته فولادهای ساده کربنی و فولادهای آلیاژی طبقه بندی کرد.

. کربن به اشکال مختلفی وجود دارد و استفاده‌های مختلفی از آن می‌شود. گرافیت، الماس و گاز کربن دی اکسید، تعدادی از مواردی هستند که این عنصر از اجزای اصلی تشکیل‌دهنده‌ آن‌ها است

پس از اینکه کاربردهای مختلفی از کربن شناخته شد، رفته‌رفته صنعتگران آن را وارد صنایع مختلفی کردند، تا از مزایای آن استفاده کنند. با پیشرفت صنعت و گسترش استفاده از آهن، نیازهای جدیدی پیدا شد.

گاهی اوقات افراد نیاز داشتند تا قطعه‌ای سخت‌تر از آهن در اختیار داشته باشند، اما چون وجود نداشت، با مشکل مواجه می‌شدند.

پس از سال‌ها ترکیبی از آهن و کربن، آلیاژی به نام فولاد را ساخت. البته عناصر دیگری هم در تولید فولاد نقش دارند، اما نقش اصلی مربوط به دو عنصری است که نام برده شد.

درصد کربن موجود در آلیاژ فولاد متغیر است، اما اگر از حداکثر مقدار درصد آن استفاده شود، فولاد کربنی به وجود خواهد آمد. این نوع فولاد در حال حاضر به گروه مهمی در صنعت تبدیل شده است.

انواع فولادهای کربنی

چگالی (دانسیته) فولادهای متوسط تقریباً برابر با ۷٫۸۵ گرم بر سانتیمتر مکعب (7850 kg/m3) می‌باشد.

با اضافه کردن بعضی عناصر به آهن، آلیاژهایی ساخته می‌شود که خواص بسیار عالی دارند. برای نمونه بااضافه نمودن کروم به آهن، فولاد ضدزنگ ساخته می‌شود که در مقابل خوردگی‌های مختلف مقاومت بسیاری دارد.

استیل زمانی ضدزنگ است که حداقل ۱۰٫۵٪ کروم داشته باشد. کروم پس از ترکیب با اکسیژن هوا اکسید کروم درست می‌کند که لایه روی استنلیس استیل به وجود می‌آورد.

این لایه قابل دید نیست اما باعث می‌شود ارتباط بین هوا و فلز از بین رفته و استیل سالم بماند. مقدار زیادتری از کروم و نیز برخی دیگر از عناصر موجود در آلیاژ مانند نیکل و مولبیدن این لایه را تقویت کرده و خصوصیت ضدزنگ بودن راافزایش می‌دهد.

لوله‌های استنلس استیل در آلیاژهای مختلف موجود می‌باشد ۳۰۴ ۳۱۶ ۳۲۱ ۳۱۰ برای کارهای مختلف کارایی دارن بعضی از استیلها در دمای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند همانند ۳۲۱ ۳۱۰ و تعدادی از لوله‌ها هم در صنایع شیمایی و صنعتی و غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند همانند لوله استیل ۳۰۴ و لوله استیل۳۱۶ با آلیاژهای متفاوت.

نام گذاری فولادهای کربنی

نام فولاد به منزله شناسنامه آن است. در اصل، نام گذاری فولاد تنها روشی است که با استفاده از آن می توانیم به درستی طبقه بندی فولادها را انجام داده و در قالب زبان واحدی سخن بگوییم. به همین جهت نام گذاری فولادها با توجه به خصوصی انجام می شود. برخی از این استانداردها ملی هستند و تنها جهت استفاده در همان کشور استفاده می شوند، مانند استاندارد بوریو (Bureau) که قبلا با نام موسسه استانداردهای هند شناخته می شد. اما برخی دیگر استانداردهای بین المللی بوده و در تمامی کشورها به عنوان استاندارد مرجع پذیرفته شده اند. تعدادی از مهم ترین استانداردها که نام گذاری فولاد بر مبنای آن ها انجام می شود، عبارتند از:

• استاندارد انجمن آزمون و مواد آمریکا (ASTM)
• استاندارد انجمن ریخته گران فولاد آمریکا (AISI
• استاندارد انجمن مهندسان خودرو (SAE)
• سیستم واحد نام گذاری (UNS)
• موسسه استاندارد آلمان (DIN)
• موسسه استاندارد بریتانیا (BN)