آشنایی با 4 دسته بندی کلی انواع فولاد

آشنایی با 4 دسته بندی کلی انواع فولاد :دسته بندی های  مختلف زیادی از آهن با خواص متنوع وجود دارند .

 فولاد با توجه به نوع کاربرد در دسته بندی های مختلفی قرار می گیرد .

همچنین این خواص می‌توانند فیزیکی، شیمیایی و یا محیطی باشند.

تمامی فولادها از کربن و آهن تشکیل شده‌اند.

میزان کربن و آلیاژ اضافه در واقع خواص هر نوع فولاد را تعیین می‌کند.

گروه های فولادی را میتوان به چهار دسته تقسیم کنیم که با اختصار C.A.S.T. نامیده می شودکه نماینده

• فولاد کربن دار
• فولاد آلیاژی
• فولاد ضدزنگ
• فولاد ابزار

موسسه آهن و فولاد آمریکا فولاد را بر اساس ترکیبات شیمیایی به این چهار گروه تقسیم می کند.

در هر دسته، انواع مختلفی از فولاد وجود دارد که دارای خواص فیزیکی، شیمیایی و زیست محیطی هستند.

مقدار کربن و آلیاژهای اضافی است که خواص هر درجه را تعیین می کنند.

همچنین انواع مختلف فولاد را می توان با در نظر گرفتن عوامل مختلفی دسته بندی کرد .

این عوامل عبارتند از:

•  ترکیب: درصد کربن، آلیاژ و …
• روش تولید: ریخته گری پیوسته، کوره قوس الکتریکی و….
• روش پرداخت کاری مورد استفاده: نورد سرد، نورد گرم، کشش سرد (پرداخت سرد) و…
•   فرم و یا شکل: شمش، میله، لوله، صفحه، ورق، ساختاری و…
• فرایند دی اکسیداسیون (جداسازی اکسیژن در فرایند ساخت فولاد): فولاد کشته و نیمه کشته و….
• ریزساختار: فریتی، پرلیتی، مارتنزیتی و…
• استحکام فیزیکی: بر اساس استاندارد ASTM
• عملیات حرارتی: آنیل شده، کوئنچ شده و تمپرشده
• اصطلاحات کیفیت: کیفیت تبلیغاتی، کیفیت پرداخت، کیفیت رگ فشار

سیستم عدد گذاری انواع فولاد :

برای شناسایی خواص فولاد صنعت فولاد از دو سیستم شماره گذاری عمده استفاده می کند.

سیستم اول توسط موسسه فولاد و آهن آمریکا (AISI) و سیستم دوم توسط جامعه مهندسان اتومبیل (SAE) توسعه داده شده‌اند.
برای شناسایی پایه کربن و آلیاژی فولادها در هر دوی این سیستم‌ها، از کدهای عددی چهاررقمی استفاده می‌شود.

موارد خاصی از آلیاژها نیز هستند که با کدهای عددی 5 رقمی شناسایی می‌شوند.
اگر رقم اول یک است نشان دهنده فولاد کربنی است. رقم بعدی نشان دهنده زیر دسته بندی براساس ویژگی های خاص هست.

به طور کلی اما نه همیشه رقم دوم در سری نشان دهنده درصد غلظت عنصر اصلی است و دو رقم آخر غلظت کربن تا 0.01% را نشان می دهد بنابراین، 4140 نشان می دهد فولاد آلیاژ مولیبدن حاوی 1٪ مولیبدن و 40/0٪ کربن است.
به عنوان مثال، سری 10 نشان دهنده فولاد کربن ساده با حداکثر منگنز 1٪ می باشد.

سری 11 شامل فولاد کربنی دوباره ذوب شده است.

سری 12 فولاد کربنی دوباره سولفوریزه شده و دوباره فسفر شده است و در نهایت سری 15 حاوی فولاد کربنی غیر سولفوریزه با غلظت زیاد منگنز است.
همه فولادهای کربنی در هر دو سیستم SAE و AISI در این گروه (1xxx) قرار دارند.

آن‌ها هم چنین بر اساس خواص اساسی معین به چهار دسته زیر تقسیم می‌شوند:
• فولاد کربنی هموار شامل مجموعه 10XX می‌شود. (حداکثر دارای یک درصد منگنز)
• فولاد کربنی گوگرددار (re-sulfurized) در مجموعه 11xx قرار می‌گیرد.
• فولاد کربنی گوگرد (re-sulfurized) و فسفردار (Re-Phosphorized) که در مجموعه 12xx قرار می‌گیرد.
• فولاد کربنی با درصد منگنز بالا (تا 1.65 درصد) و بدون گوگرد (Non-Re-Sulfurized) که در مجموعه 15xx قرار می‌گیرد.

رقم اول انواع فولاد آلیاژی (در سیستم SAE-AISI) در جدول زیر آمده است:

گروه اول، فولاد کربنی :

این نوع فولاد به سه دسته اصلی تقسیم می‌شود:

: کم کربن

این نوع فولاد، یکی از بزرگ‌ترین گروه‌های فولاد کربنی است .

تنوع شکل‌های زیادی را از ورق گرفته تا تیرآهن ساختمانی دارد.

معمولاً بین 0.04 تا 0.3 درصد کربن دارد.

بر اساس خواص دلخواه موردنیاز، سایر عناصر اضافه یا کم می‌شوند.

کربن متوسط :

این محصول، محکم‌تر از فولاد کم کربن است و شکل دهی، جوش و برش آن سخت‌تر است.

فولادهای کربن متوسط اغلب اوقات توسط عملیات حرارتی سخت کاری و تمپر می‌شوند.

معمولاً درصد کربن این نوع فولاد، بین 0.31 تا 0.6 و محتوای منگنز آن بین 0.6 تا 1.65 است

: کربن بالا

فولاد پرکربن، معمولاً با نام “فولاد ابزار کربنی” شناخته می‌شود.

میزان کربن آن بین 0.61 تا 1.5 درصد است و برش، خمش و جوش آن بسیار دشوار است.

از ویژگی‌های این محصول می‌توان به این اشاره کرد که بعد از عملیات گرمایی، به شدت سخت و شکننده می‌شود

گروه دوم، فولاد آلیاژی:

یکی دیگر از انواع فولاد، فولاد های آلیاژی هستند.

این فولادها معمولاً با ترکیب فولاد کربنی با یک یا چند عنصر آلیاژی مانند منگنز، سیلیکون، نیکل، تیتانیوم، مس، کروم و آلومینیوم ساخته می‌شوند.

این فلزات به منظور اضافه کردن خواص مشخصی اضافه می‌شوند و در فولاد کربنی رایج وجود ندارند.

عناصر اضافه به نسبت‌ها و ترکیب‌های مختلفی به فولاد اضافه می‌شوند و باعث می‌شوند که ماده دچار تغییراتی از قبیل افزایش سختی، افزایش مقاومت به خوردگی، افزایش استحکام و بهبود شکل پذیری (ductility) شود.

البته این را هم در نظر داشته باشید که قابلیت جوش ماده نیز می‌تواند تغییر کند.

گروه سوم، فولاد ضد زنگ:

• عنصر آلیاژی اصلی در فولاد ضد زنگ، کروم است (معمولاً بین 20 تا 30 درصد).
• این نوع فولاد به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی ارزشمند است و می‌توان گفت نسبت به فولاد نرم تا 200 برابر مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد.

دسته بندی شرایط استفاده انواع فولاد ضد زنگ:

• محیطی
• خوردگی و مقاومت به خوردگی
• مقاومت به اکسیداسیون و لکه
• ایجاد حفره (pitting)
• شکاف خوردگی

انواع فولاد ضدزنگ به 5 گروه تقسیم می‌شوند:

آستنیتی:

فولادهای آستنیتی بخش بزرگی از بازار فولاد ضدزنگ را تشکیل می‌دهند.

برخی از کاربردهای متنوع آن در ساخت تجهیزات تهیه غذا، ظروف آشپزخانه و ابزار پزشکی است.

این فلزات خاصیت مغناطیسی ندارند و عملیات حرارتی روی آن‌ها صورت نمی‌گیرد و در بین گریدهای ضدزنگ بیشترین قابلیت جوش را دارند. فولادهای آستنیتی به سه گروه تقسیم می‌شوند:

• نیکل-کروم رایج (300 سری)
• منگنز-کروم-نیکل-نیتروژن (200 سری)
• آلیاژهای ویژه

فریتی:

فولادهای فریتی شامل مقدار کمی نیکل، 12 تا 17 درصد کروم، کمتر از 0.1 درصد کربن و مقدار کمی از عناصر آلیاژی دیگر مانند مولیبدنیوم، آلومینیوم و تیتانیوم است. آن‌ها دارای داکتیلیتی (ductility) و شکل پذیری بالا هستند اما استحکام دمابالای آن‌ها در مقایسه با گریدهای آستنیتی نسبتاً ضعیف‌تر است.

بعضی از گریدهای ضدزنگ فریتی (مانند نوه 409 و 405) از فولادهای ضدزنگ دیگر ارزان‌تر هستند.

این فلزات خاصیت مغناطیسی ندارند و قابلیت عملیات حرارتی ندارند، اما برای افزایش استحکام می‌تواند از کار سرد استفاده کرد.

مارتنزیت:

فولادهای مارتنزیتی شامل 11 تا 17 درصد کروم، کمتر از 0.4 درصد نیکل و حداکثر تا 1.2 درصد کربن می‌باشند.

میزان کربن این فولادهای قابل سخت کاری بر روی شکل دهی و جوشکاری آن‌ها تأثیر می‌گذارد.

برای به دست آوردن خواص مفید و جلوگیری از ترک خوردن، پیش گرمایش و عملیات حرارتی بعد از جوش نیاز است.

فولادهای ضدزنگ مارتنزیت مانند نوع 403 و 410 و 410 نیم و 420 خاصیت مغناطیسی و قابلیت عملیات حرارتی دارند.

از این نوع فولادها در چاقوها، ابزارهای برش و هم چنین ابزار جراحی و دندان پزشکی استفاده می‌شود.

دوپلکس:
اساساً و در درجه اول در صنایع شیمیایی و کاربردهای لوله کشی استفاده می‌شود.

فولاد ضدزنگ دوپلکس معمولاً شامل 22 تا 25 درصد کروم و 5 درصد نیکل با مولیبدنیوم و نیتروژن است.

دوپلکس ها نسبت به فولادهای ضدزنگ آستنیتی استحکام تسلیم بیشتر و مقاومت ترک خوردگی تنش بالاتر نسبت به کلراید دارند.

سخت کاری سریع:
این در واقع یک نوع فولاد ضدزنگ کروم-نیکل است که شامل اضافات آلیاژی دیگری مانند آلومینیوم، مس و تیتانیوم است.

این آلیاژها به وسیله یک حلال و عملیات حرارتی پیری سخت می‌شوند.

آن‌ها می‌توانند در شرایط پیری آستنیتی یا مارتنزیت باشند.

گروه چهارم، فولاد ابزار:

آخرین گروه از انواع فولادها، فولاد ابزار است.

فولاد ابزار، شامل مقادیر مختلفی از تنگستن، مولیبدنیوم، کبالت و وانادیوم است که مقاومت گرمایی و دوام فلز را افزایش می‌دهد.

به دلیل دارا بودن این خواص، این فولادها برای عملیات برش و دریل کردن (مته زنی) ایده‌آل هستند.

فولاد ابزار به شش گروه تقسیم می‌شود:

• سخت کاری با آب
• کار سرد
• مقاوم به ضربه یا شوک
• سرعت بالا
• کار گرم