فولاد کربنی از مهم‌ترین گروه آلیاژهای مهندسی است. امروزه بخش بزرگی از فولاد تولیدشده در جهان متعلق به فولاد کربنی ساده است به همین دلیل در این مقاله انواع فولاد بر اساس میزان کربن موجود در آن را مورد بررسی قرار خواهیم داد. اگر به اطراف خود نگاه محققانه‌ای بیاندازیم، متوجه خواهیم شد که فولاد کربنی بخش اعظمی از ساخت‌وسازها و صنایع و مهندسی کشورمان را تشکیل می‌دهد. فولاد یا استیل با توجه به نیازهای صنعت مورداستفاده قرار می‌گیرد. بدون شک تمدن و شهرنشینی مدرن وابستگی شدیدی به این ماده ارزشمند دارد. مادر اصلی فولاد، همان آهن می‌باشد که خود از مرحله کشف معادن آهن تا تولید و توزیع یک زنجیره تأمین پر اشتغالی را خلق می‌کند. فراوانی معادن آهن و کاربرد بسیار زیاد محصولان منبعث از آن موجب شده است که آهن و استیل از پر اهمیت‌ترین مواد شناخته‌شده جهان محسوب شود. استفاده از فولاد فراتر از کره خاکی رفته و صنایع فضایی و سفینه‌های فضایی نیز به شدن به ان وابسته است.
تعریف فولاد کربنی
امروزه بسیاری مردم و حتی افرادی که در خرید و فروش استیل سرکار دارند تفاوت بین استیل کربنی و استیل ضد زنگ را نمی دانند.
برای مطالعه بیشتر در خصوص انواع ورق فولاد مقاله انواع ورق استیل را مطالعه نمایید.
لازم به ذکر است فولاد کربنی یکی از پرکاربردترین فلزات تجاری در جهان است. این نوع فولاد یا استیل به عنوان آلیاژی از آهن و کربن به حساب می آید. فولاد کربنی دارای غلظت کربن بالاتری نسبت به انواع دیگر فولاد است. وجود کربن زیاد به معنای وجود استحکام زیاد است و همین مساله فولاد کربنی دارای عملکرد ها و کاربردهای زیاد در صنایعی است که نیازمند قدرت و استحکام هستند.
عناصر تشکیل دهنده فولاد کربنی:
به عبارت دیگر، فولاد کربنی یک نوع آلیاژ آهن – کربن است که حاوی مقدار کمی نیز عناصری ناخالصی نظیر منگنز، سیلیکون، گوگرد، فسفر، و اکسیژن می باشد. در کل اصطلاح فولاد کربنی بیانگر نوعی از استیل است که شامل فولاد ضد زنگ نمی شود.
فولاد اغلب بر اساس محتوای کربن آن دسته‌بندی می‌شود. تمام فولادها حداقل مقداری کربن دارند. از این گذشته، فولاد به عنوان آلیاژی از آهن و کربن تعریف می شود. بدون وجود کربن، به سادگی آهن خواهد بود. آهن زمانیکه به آن کربن اضافه می شود به فلز قوی تر و سخت تر مبدل می شود. بنابراین اکثر مصرف کنندگان و بسیاری از شرکت های تولیدی و ساختمانی فولاد را به آهن معمولی ترجیح می دهند.
البته مقایسه اینکه فولاد کربنی بهتر است یا فولاد ضد زنگ( استنلس استیل)، بستگی به نظر کارشناسان و نوع کاربردی که در محیط خاصی تعریف می شود دارد. برای مثال اگر شما نیاز به ساخت چیزی با استحکام و با دوام بالا مانند پل یا راه آهن دارید، به احتمال زیاد مجبور خواهید شد که به سراغ فولاد کربنی بروید. این در حالی است که وقتی شما، در یک محیط پرباران و مربوط در حال اجرای یک آپارتمان هستید و محیط مرطوب و نمکی است، به احتمال زیاد سراغ فولاد ضد زنگ را خواهید گرفت. فولاد کربنی بر خلاف تصور امروزه نیز در صنایع زیادی از جمله صنایع مرتبط با لوازم خانگی و آشپزخانه مورد استفاده قرار می گیرد.
طبقه بندی فولاد کربنی
متخصصان، فولادهای کربنی را بر اساس محتوای کربن آنها، درجه بندی و طبقه بندی می کنند. هر نوع فولاد یا استیلی نسبت به درصد کربنی که در بافت کلی آنها وجود دارد، اندازه گیری می شوند. وجود کربن و مقدار آن تعیین می کند که استیل در کدام گروه و یا دسته از فولاد قرار بگیرد.
برای مثال
سری فولاد کم کربن: 0.25 درصد (مثال: مطابق استاندارد انجمن آهن و فولاد آمریکا AISI ، 304)
فولاد با کربن متوسط: مابین 0.25 درصد – 0.60 درصد (مثال: مطابق استاندارد انجمن آهن و فولاد آمریکا AISI، 409)
فولاد با کربن بالا: مابین 0.60 درصد – 1.25 درصد (مثال: مطابق استاندارد انجمن آهن و فولاد آمریکا AISI ، 440c).
تا قبل از دهه 1970، فولاد کربنی ساده و چدن اساس صنعت اتومبیل‌سازی و یا همان خودروسازی را تشکیل می دادند. امروزه با رشد تکنولوژی های مدرن در حال جایگزینی با فولاد های پیشرفته تر و سایر مواد نسبتاً گران قیمتی چون فیبر کربن و غیره می باشند.
با این حال، در همه فولادها نسبت کربن به آهن یکسان نیست. برخی از فولادها، نسبت کربن به آهن شان بالاتر است. در نتیجه، سه نوع فولاد شامل فولاد کم کربن، متوسط کربن و پر کربن وجود دارد.
مشخصات فولاد کربنی:
در ادامه جهت فهم بهتر مطالب، مشخصات فولاد کربن دار به ترتیب تشریح خواهد شد.
فولاد کم کربن چیست؟
فولاد کم کربن یعنی فولادی کربن آن نسبت به آهن کمتر است. مطابق تعریف رایج، فولاد کم کربن، کمتر از 0.25 درصد کربن دارد. همچنین این نوع فولاد، به عنوان فولاد ملایم شناخته می شود. هزینه تولید این نوع فولاد نسبت به فولاد متوسط و کربن بالا کمتر است. البته بایستی توجه داشت که تنها قیمت ملاک انتخاب این نوع فولاد در راستای اهداف مختلف صنعتی نیست بلکه فولاد کم کربن، علاوه بر هزینه کم، انعطاف پذیری بیشتری نسبت به انواع دیگر استیل‌ها دارد. لذا ممکن است کارایی آن برای کاربردهای خاصی بیشتر باشد.
فولاد کربن متوسط چیست؟
فولاد با کربن متوسط را می توان چنین تعریف کرد که فولادی است نسبت کربن آن به آهن در مقایسه با فولاد کم کربن بیشتر است، اما همچنان کمتر از فولاد پر کربن است. در حالی‌که درصد کربن فولاد کم کربن کمتر از 0.25است، فولاد با کربن متوسط حاوی 0.25٪ تا 0.60٪ کربن است.
هرکدام از فولاد هایی که ذکر می شود عملکرد های خاص خود را در صنایع و زندگی روزمره بسیاری از قطعات خودرو از فولاد با کربن متوسط ساخته شده اند. فولاد با کربن متوسط، قوی تر و بادوام تر از فولاد کم کربن است. همچنین فولاد کربن متوسط را می توان برای تنظیمات ریز ساختارهای صنعتی مورد استفاده قرار داد.
برخی از کاربرد های این نوع فولاد می تواند شامل شفت، محور، چرخ دنده، ریل و چرخ راه آهن باشد.
فولاد پرکربن چیست؟
فولاد پر کربن، یعنی فولادی که نسبت کربن آن به آهن در بالاترین حد خود قرار دارد. این نوع فولاد بیش از 0.60 درصد کربن دارد. در نتیجه همین مساله، خواص فیزیکی آن تغییر می کند. همچنین به عنوان فولاد کربن ابزار نیز شناخته می شود که مابین 0.60 درصد – 1.25 درصد کربن دارد. باتوجه به آنچه بیان شد، فولادی با چنین محتوای پرکربن، در زمره فولادهای بسیار قوی و سخت طبقه بندی می شود؛ اما بایستی توجه داشت که انعطاف پذیری کمتری نسبت به فولاد کم کربن و کربن متوسط دارد.
خواص فولادهای پرکربن، موجب شده است که آنها را به عنوان فنر و سیم های با مقاومت بالا مورد استفاده قرار دهند. این محصولات را نمی توان جوش داد، مگر اینکه برنامه دقیق عملیات حرارتی در فرآیند جوشکاری گنجانده شود. فولاد کربن بالا برای ابزارهای لبه دار، سیم های با استحکام بالا و فنرها استفاده می شود.
توجه به این نکته مهم است که همه انواع فولاد، از جمله کربن کم، کربن متوسط و پرکربن، حاوی بیش از آهن و کربن هستند. در حالی که فولاد با این دو عنصر اصلی مشخص می شود. معمولاً حاوی مقادیر کمی از عناصر دیگر است. برای مثال، وجود مقادیر کمی کروم یا نیکل برای فولاد غیرمعمول نیست.
