انواع فولاد کربنی

مقدمه

در بخش اول این مقاله در خصوص انواع گریدها و خواص ورق استیل بحث گردید. ورق استیل دارای خواص منحصر به فردی نظیر استحکام خوب، قابلیت شکل پذیری، مقاومت به خوردگی و ظاهری زیباست که آنرا به انتخابی مناسب برای کاربردهای صنعتی، خانگی و عمومی تبدیل کرده است. گستردگی گریدهای مختلف ورق استیل به قدری زیاد است که برای هر یک از شرایط کاری می توان آلیاژ مناسب را انتخاب کرد و از آن استفاده نمود. هرچند ورق استیل دارای خواص فوق العاده ای است، ولی به دلیل هزینه اولیه بالا چندان مورد انتخاب طراحان و صنعتگران قرار نمی گیرند و ترجیح می دهند فولادهای کربنی ارزان را جایگزین آن نمایند و به وسیله عملیات حرارتی و فرآیند پوشش دهی عمر مفید آنها را افزایش دهند.
در این مقاله رفتار فولاد کربنی و خواص آن جهت مقایسه با ورق استیل مورد بحث و ارزیابی قرار گرفته است.

فولاد کربنی

ورق استیل دارای محتوای کروم بالایی است که به آن خواص مقاوم به خوردگی را می دهد، ولی از سوی دیگر، فولاد کربنی دارای سطوح کروم بسیار پایین‌تری است و در عوض یک آلیاژ آهن - کربن با تنها چند ماده دیگر، در صورت وجود، به عنوان بخشی از ترکیب آن است. در نتیجه می توان از آن به عنوان فولاد کم آلیاژ نام برد. هر دو ورق استیل و فولاد کربنی دارای این ترکیب اولیه هستند، اما فولاد کربنی را می توان با محتوای کربن آن تعریف کرد. این معمولاً در حدود 2 تا 2.5٪ است، اما اغلب این مقدار متفاوت است. اگرچه بر خلاف ورق استیل، فولاد کربنی مستعد زنگ زدگی است، اما فولاد کربنی اغلب ارزان تر است و خواص مکانیکی متفاوتی بر اساس محتوای کربن دارد.
فولادهای کم کربن ضعیف تر و نرم تر هستند، اما می توان آنها را به راحتی ماشین کاری و جوشکاری نمود. در حالی که فولاد با کربن بالا قوی تر است، اما پردازش و عملیات حرارتی آن به طور قابل توجهی سخت تر است و تولید محصول با خواص مطلوب چندان ساده نیست.

انواع فولاد کربنی

عنصر تعیین کننده هر آلیاژ فولاد کربنی، محتوای کربن آن است و به این ترتیب انواع مختلف فولاد کربنی تولید و دسته بندی می شوند. در ذیل به دسته بندی کلی این نوع فولاد پرداخته شده است:
فولاد کم کربن: پرکاربردترین نوع فولاد کربنی با محتوای کربن کمتر از 0.25٪ که معمولاً نسبتاً ضعیف تر و نرم تر هستند اما به راحتی جوش داده می شوند و انعطاف پذیرتر هستند و بنابراین اغلب برای ماشین کاری و جوشکاری کم هزینه استفاده می شوند. 
فولاد با کربن متوسط: با محتوای کربن 0.25تا 0.6٪ و محتوای منگنز 0.6تا 1.65٪، این فلزات را می توان از طریق عملیات حرارتی بهبود بخشید، اگرچه این کار را فقط می توان در مقاطع بسیار نازک انجام داد مگر اینکه عناصر آلیاژی دیگری اضافه شوند. این فولادها نسبت به فولادهای کم کربن قوی تر اما انعطاف پذیری کمتری دارند.
فولاد پرکربن: این سخت‌ترین و مستحکم ترین فولاد کربنی است. این نوع فولاد دارای کمترین شکل‌پذیری است و بسیار مقاوم در برابر سایش بوده و تقریباً همیشه سخت‌شده و تمپر می‌شود. محتوای کربن آن‌ها بین 0.6 تا 1.25٪ و منگنز 0.3تا 0.9٪ است.

مزایای فولاد کربنی

-    افزایش قدرت
-    ارزانتر از ورق های استیل
-    مقاوم در برابر سایش
-    بادوام و مقاوم در برابر ضربه
-    برای دست زدن و کار کردن با آن در مقایسه با سایر فلزات ایمن است
-    سازگار با محیط زیست و بازیافت آسان

معایب فولاد کربنی

-    قوی و گاهی اوقات کار با آن دشوار است.
-    شکننده است که به راحتی خم نمی گردد یا قالبگیری نمی شود.
-    بیشتر مستعد زنگ زدگی و خوردگی است.
-    دارای جذابیت ظاهری کمتری هستند.

برنامه های کاربردی

انواع مختلف فولاد کربنی در طیف گسترده ای از صنایع و بخش ها قابل استفاده است. فولادهای کم کربن را می توان در اجزای بدنه خودرو، لوله ها، اجزای ساختمانی و پل ها و قوطی های غذا استفاده کرد. فولاد با کربن متوسط برای خطوط راه‌آهن، چرخ‌های قطار، میل لنگ و چرخ دنده‌ها و قطعات ماشین‌آلاتی که به استحکام و چقرمگی بالاتری نیاز دارند، مفید است و به طور مشابه از فولاد کربن بالا در ابزارهای برش استفاده می‌شود، سیم با استحکام بالا را فنر می‌کند و برای سختی آن قالب می‌زند.

آیا ورق استیل می تواند به فولاد کربنی جوش بخورد؟

اگرچه از نظر فنی امکان جوش دادن این انواع مختلف فلزات به یکدیگر وجود دارد، اما توافق عمومی بر این است که انجام این کار توصیه نمی شود. جوشکاری فولاد کربنی و ورق استیل معمولاً انجام نمی شود زیرا سطوح هدایت الکتریکی متفاوتی دارند. فولاد کربنی معمولاً در طول جوشکاری مقاومتی از قبل گرم می شود، زیرا رسانای الکتریکی بیشتری است و به سرعت ورق استیل گرم نمی شود. بنابراین، رسیدن به دمای مناسب جوش اغلب بسیار دشوار است. بنابراین، به طور کلی توصیه می شود که فولادهایی از انواع مشابه به جای اختلاط و تطبیق به یکدیگر جوش داده شوند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی