آهن و فولاد دو مورد از رایج ترین مواد مورد استفاده در صنایع هستند. از آهن و فولاد برای ساخت بسیاری از قطعات و لوازم استفاده  می شود همچنین آنها در صنایع بسیاری به کار برده می شوند. اگرچه آهن و فولاد شبیه به هم هستند، اما آنها دو ماده منحصر به فرد با ویژگی ها و کیفیت های مربوط به خود هستند.

آلیاژ چیست

فلزات خالص، به طور طبیعی به عنوان یک عنصر وجود دارند، در حالی که آلیاژها از ترکیب چندین عنصر تشکیل شده اند، درواقع به طور طبیعی به عنوان یک عنصر یافت نمی شوند.آهن به صورت طبیعی به عنوان یک عنصر و فلز خالص وجود دارد و  پوسته زمینه به راحتی یافت می شود. در واقع، این عنصر یکی از فراوان ترین عناصر روی زمین است. اما فولاد را در هیچ کجای هسته بیرونی یا درونی زمین نخواهید یافت، زیرا آلیاژی ساخته دست بشر است که از ترکیب آهن و کربن بوجود می آید.

برای مطالعه بیشتر در مورد آلیاژها می توانید مقاله آلیاژ چیست را مطالعه نمایید.

آهن چیست

آهن فلزی براق و انعطاف پذیر است و در جدول تناوبی عناصر با نماد fe و عدد اتمی 26 حضور دارد. که به مقدار قابل توجهی نور را منعکس می کند. آهن همچنین یک فلز فرومغناطیسی است، به این معنی که مغناطیسی است و سایر فلزات فرومغناطیسی را جذب می کند.

آهن چهارمین عنصر فراوان در زمین است که هسته داخلی و خارجی زمین را تشکیل می دهد. شاید بتوان گفت، آهن خالص ترین فلز روی کره زمین است. از آهن عموما در ساخت فلزات دیگر استفاده میشود. آهن، به معنای واقعی، فلز قدرتمندی نیست که اغلب برای حمایت از ساختمان ها و پل ها استفاده می شود. آهن مورد استفاده در ساخت و ساز و سایر کاربردها آهن خالص نیست، بلکه آلیاژی است که با عناصر دیگر ترکیب می شود تا به خواص فیزیکی که اکنون به آن معروف است دست یابد.

خواص فیزیکی آهن

آهن خالص نقره ای مایل به سفید است، کار با آن آسان است و می توانید با استفاده از چاقو آن را برش دهید. آهن خالص خاصیت چکش کاری بالایی دارد. با وجود این خواص شگفت‌انگیز، آهن همچنان مانند سایر فلزات گرما و الکتریسیته را هدایت می‌کند و می‌تواند مغناطیسی شود.

خواص شیمیایی آهن

آهن خالص با اکسیژن موجود در هوا مخصوصا هوای مرطوب، واکنش می دهد و با آن ترکیب می شود. حتی زمانی که آهن با یک عنصر آلیاژی ترکیب می شود، مثلا عناصر آلیاژی مورد استفاده در ساختمان‌ها، آهن همچنان با هوای مرطوب واکنش می دهد و اکسید قهوه ای مایل به قرمز (زنگ) را تشکیل می دهد. این فلز می تواند با کربن، گوگرد و سیلیکون نیز واکنش نشان دهد.

انواع آهن

همانطور که قبلا ذکر شد، آهن خالص بسیار نرم و واکنش پذیر است. به این ترتیب، نمی توان از آن در شکل خالص، استفاده زیادی کرد.در حقیقت چیزی که ما به آن اهن می گوییم آلیاژهای اهن هستند نه آهن خالص. این فلز برای افزایش استحکام و انعطاف پذیری با عناصر دیگر، مانند کربن، مخلوط می شود. برخی از انواع هن را در ادامه بررسی خواهیم کرد:

آهن خام

آهن خام یا (pig iron)  به عنوان یک محصول میانی در صنعت آهن شناخته می شود. این محصول از آلیاژهای آهن است.آهن خام دارای محتوای کربن بالایی به صورت کلی چیزی حدود ۳.۸ تا ۴.۷ درصد از وزن اسمی آن از آن عنصر کربن تشکیل شده.در ترکیب آلیاژی آهن خام عنصر سیلیس نیز  دیده می شود که باعث شکننده‌تر شدن آن میشود.آهن خام  به عنوان یک ماده مستقل استفاده نمی شود. با ذوب کردن سنگ آهن در کوره های بلند آهن خام را تولید می کنند و در قالب شمش های قابل حمل تولید و توزیع می شود.

چدن

چدن، آلیاژی از آهن است که حاوی 2 تا 4 درصد کربن، همراه با مقداری سیلیکون و منگنز و ناخالصی هایی مانند گوگرد و فسفر است. از ذوب مجدد سنگ آهن در کوره بلند ساخته می شود. آهن مایع،درون شمش‌های خامی به نام پیگ ریخته می‌شود و سپس سخت می‌شود و پیگ‌ها متعاقباً به همراه ضایعات و عناصر آلیاژی در کوره‌های گنبدی ذوب می‌شوند و دوباره در قالب‌هایی برای تولید انواع محصولات ریخته می‌شوند.

تاریخچه چدن

چینی ها در اوایل قرن ششم قبل از میلاد چدن تولید می کردند و تا قرن چهاردهم به طور پراکنده در اروپا تولید می شد. در حدود 1500سال به انگلستان معرفی شد. اولین کارخانه آهن در آمریکا در سال 1619 در رودخانه جیمز ویرجینیا تأسیس شد.

آهن فرفورژه

این نوع آهن مقدار کمتری کربن در ساختار ترکیبات شیمیایی خود دارد، و اغلب از مخلوط کردن آهن با ضایعات ساخته می شود. آهن فرفورژه  نرم تر از چدن است و به شما امکان می دهد با حرارت دادن، به راحتی شکل آن را به حالت دلخواه تغییر دهید.

فولاد چیست

فولاد یک آلیاژ آهنی است که عمدتاً از آهن و کربن تشکیل شده است و محتوای کربن کمتری نسبت به چدن و ​​آهن فرفورژه دارد. بسیاری از مردم تصور می کنند که فولاد یک فلز است، اما لزوما اینطور نیست. در حالی که فولاد، خواص مشابه فلزات را از خود نشان می دهد، از نظر فنی به عنوان آلیاژ طبقه بندی می شود. انواع مختلفی از فولاد وجود دارد، اما همه آنها حاوی آهن هستند در ادامه برخی از آنها عبارتند از:

فولاد کربنی

این یک نوع فولاد، حدود 1٪ کربن دارد. یکی از رایج ترین انواع فولاد، فولاد کربنی است، که 80 حدود، درصد از تولید روزانه فولاد را تشکیل می دهد.

فولادهای آلیاژی

فولادهای الیاژي، از عناصر آلیاژی تشکیل شده اند. فولاد های الیاژی عموما از: آهن، کربن و یک یا چند عنصر آلیاژی دیگر همچون: نیکل، سیلیکون، کروم، مس یا وانادیم هستند. خواص فولاد آلیاژی به نوع عناصر آلیاژی مورد استفاده در آن بستگی دارد. یکی از انواع فولادهای آلیاژی، فولاد ضد زنگ است.

نقش کربن در فولاد

تمام فولادها حاوی آهن هستند، اما حاوی کربن نیز هستند. افزودن کربن چیزی است که فولاد را از آهن متمایز می کند. از نظر وزن، فولاد حاوی حدود 2.14 درصد کربن است. اگرچه این مقدار کربن نسبتاً کم است، اما منجر به تغییرات فیزیکی قابل توجهی می شود. به عنوان مثال، فولاد از آهن خالص هم سخت تر و هم قوی تر است.

تفاوت اصلی بین آهن و فولاد این است که اولی یک فلز است، در حالی که دومی یک آلیاژ است. آهن یک عنصر فلزی است که به طور طبیعی در زمین وجود دارد. اما فولاد یک آلیاژ ساخته دست بشر است که از مخلوط کردن آهن و کربن با یکدیگر ساخته می شود.

اشتباهات رایج در مورد آهن و فولاد

عموما وقتی در مورد آهن در مقابل فولاد صحبت می شود، احتمالاً منظور، آلیاژ آهن با کربن و منگنز اشاره است. چراکه معمولاً آهن به تنهایی استفاده نمی شود. فولاد عموما از ترکیب آهن با 3-5٪ کربن  و مقدار کمی منگنز0.5-1.5٪ مخلوط می شود. البته عناصر دیگری نیز می توانند وجود داشته باشند.

آهن به دلیل نقطه ذوب پایین تر نسبت به فولاد ریخته گری می شود. کربن بیشتر می تواند منجر به دمای ریخته گری بالاتر شود که باعث می شود ریخته گری گران تمام شود.

در حالی که فولاد همیشه حاوی کربن است، ولی می توان آن را با عناصر دیگر ترکیب کرد تا ترکیبات زیادی ایجاد کند. بیش از 2200 گرید مختلف فولاد با خواص مختلف وجود دارد.

آهن قوی تر است یا فولاد

همان‌طور که پیش تر گفتیم آهن به عنوان یک عنصر پایه وجود دارد، همچنین گفته شد که آهن به صورت خالص شکننده بوده و خواص فولاد را ندارد درنتیجه اهن به صورت خالص در صنایع به کاربرده نمی شود.

در کل می توان گفت، هنگامی که فولاد با ترکیبات خاصی مانند نیکل یا منگنز مخلوط می شود، می تواند طیف وسیع تری از دماهای گرمایی را تحمل کند. این باعث می شود که فولاد آلیاژی مطلوب برای ساختمان ها و سازه های بیرونی باشد.

آیا فلز و فولاد یکی هستند؟

سوالی که اغلب مطرح می شود این است که “آیا فولاد و فلز یکی هستند؟ فولاد آلیاژی از آهن و کربن است، در حالی که فلز اصطلاحی گسترده است که هر ماده جامدی را که چکش‌خوار و رسانا باشد توصیف می‌کند. به عبارت دیگر، تمام فولادها فلز هستند، اما همه فلزات فولاد نیستند. تفاوت اصلی این دو در این است که فولاد یک آلیاژ است، به این معنی که از ترکیب آهن و کربن ساخته می شود.

از طرف دیگر، فلز می تواند یک آلیاژ یا یک عنصر خالص باشد.

چرا فولاد از بسیاری از فلزات عملکرد بهتری دارد

فولاد سخت تر و محکم تر از اکثر فلزات است، به همین دلیل است که اغلب در ساخت و ساز استفاده می شود. با این حال، فلزات عموما، انعطاف پذیرتر از فولاد هستند، به این معنی که می توان آن را به راحتی شکل داد و قالب‌گیری کرد.

مقایسه آهن و فولاد

آهن و فولاد خواص و ویژگی های مختلفی دارند. در این بخش به بررسی خواص و ویژگی های آهن و فولاد بر اساس معیارهای گوناگون خواهیم پرداخت.

قدرت و وزن

فولاد از نظر استحکام بی نظیر است. از آهن قوی تر است و چگالی بالاتری دارد. به دلیل این استحکام و تطبیق پذیری، فولاد در پروژه های ساختمانی بسیار محبوب است. هنگامی که فولاد در اواسط قرن نوزدهم به تولید انبوه رسید، به عنوان ماده اصلی در ساخت و ساز جایگزین آهن شد.

فولاد به دلیل استحکام فوق العاده ای که دارد در پروژه هایی مانند ساختمان ها، خانه ها و خطوط راه آهن بسیار مفید است. این نوع پروژه ها به شکل پذیری فولاد نیاز دارند. فولاد همچنین سبک تر از آهن است و توانایی بیشتری برای تحمل تنش کششی دارد. استحکام فولاد به این معنی است که بعید است تاب خورده، تغییر شکل دهد ویا خم شود.

چدن و فولاد

لازم به ذکر است چدن و فولاد محصولاتی بر پایه آهن هستند که چدن با محتوای کربن بیش از ۲ درصد تعریف می شود، ولی اکثر محصولات فولاد محتوای کربن کمتر از دو درصد دارند. افزایش میزان فولاد باعث افزایش بیشتر سختی می شود ولی از طرف دیگر موجب شکننده تر شده محصول نیز خواهد شد. چدن بیشتر به دلیل استحکام بالایش شناخته می شود نه انعطاف پذیری. این بدان معنی است که چدن می تواند شکننده تر باشد و در ساخت و ساز مفید نباشد.

مقایسه آهن و فولاد از نظردوام

هنگامی که به دنبال ساخت سازه ای هستید که در طول زمان پایدار و مقاوم باشد، فولاد بهترین گزینه است. فولاد ساختاری می تواند فشار و گرمای شدید را تحمل کند. این بدان معنی است که می تواند در برابر آتش، حرارت و عوامل محیطی مقاومت کافی ارائه دهد. همچنین در برابر سایر عوامل طبیعی مانند باد و باران مقاومت بالایی دارد. فولاد نسبت به آهن کمتر در معرض خطر ابتلا به زنگ زدگی است. این موضوع در نهایت بر یکپارچگی یک ساختمان یا پروژه ساخت و ساز تأثیر می گذارد.

دوام فولاد در ساخت و ساز

به دلیل ماهیت همه کاره فولاد، به عنوان یکی از بادوام ترین مواد مورد استفاده در ساخت و ساز در نظر گرفته می شود. فولاد ترک نمی خورد، تاب نمی خورد، پیچ نمی خورد، شکافته و پوسیده نمی شود. آهن نمی تواند با این ویژگی ها مطابقت داشته باشد. دوام فولاد یکی از مهمترین دلایلی است که در پروژه های ساختمانی نسبت به آهن مورد توجه قرار می گیرد. فولاد همچنین برای ساخت مقاطعی مانند تیرها و مقاطع مناسب است.

مقایسه آهن و فولاد از نظرخوردگی

خوردگی یک فرآیند طبیعی است که ترکیب شیمیایی فلز را از طریق اکسیداسیون تغییر می دهد. اکسیداسیون منجر به زنگ زدن فلز و نارنجی شدن آن می شود. فولاد در برابر خوردگی بسیار مقاوم تر از آهن است.

آهن در برابر اکسیداسیون یا زنگ زدگی حساس است. در حالی که آب ممکن است بر یکپارچگی فولاد تأثیر بگذارد، اقداماتی وجود دارد که می توان برای کاهش این خطر و افزایش مقاومت انجام داد. فولاد می تواند تحت عملیات‌های سطحی مانند رنگ های محافظ و اسپری قرار گیرد. همچنین می توان آن را با مواد مقاوم در برابر آتش پوشاند که از خوردگی محافظت می کند. البته فولاد مقاومت طبیعی در برابر خوردگی دارد.

بررسی فولاد و آهن از منظرهزینه

در بیشتر موارد، فولاد سازه ای مقرون به صرفه تر از آهن برای استفاده در ساخت و ساز است. تولید انبوه فولاد از زمان انقلاب صنعتی، آن را به یک ماده اقتصادی سودمند تبدیل کرده است. افزایش تولید که در 30 سال گذشته در صنعت فولاد دیده شده است نیز به مقرون به صرفه بودن آن کمک کرده است.

فولاد از نظر ساختاری سبک تر از آهن است. این تأثیر زیادی بر هزینه های کلی ساختمان در طول ساخت دارد. تولید فولاد نیز فرآیندی ارزان‌تر از آهن در نظر گرفته می‌شود. لازم به ذکراست عیار فولاد بر قیمت آن تأثیر می گذارد.

تطبیق پذیری

هنگامی که در ساخت و ساز استفاده می شود، فولاد باعث انعطاف پذیری و خلاقیت می شود. فولاد را می توان برای هر پروژه ای خم و شکل داد. به همین دلیل از فولاد برای اشکال پیچیده مانند قطعات توخالی استفاده می شود. معماران به طور فزاینده ای به فولاد برای فضیلت مستقل آن در طراحی و بیان تکیه می کنند. بهترین از همه، این بدون به خطر انداختن عملکرد به دست می آید.

آهن اغلب برای استفاده به شکل خالص آن خیلی نرم است. هنگامی که با یک آلیاژ یا کربن مخلوط می شود، تطبیق پذیری آهن افزایش می یابد. آهن یک انتخاب محبوب برای معماران در دوره ویکتوریا بود زیرا می توانست قالب های پیچیده را پر کند. این منجر به بسیاری از جزئیات تزئین شده کلاسیک شد که امروزه هم می بینیم. در حالی که آهن جزئیات پرزرق و برقی را در معماری ایجاد می کند، اما در ساخت و ساز آنقدرها همه کاره نیست.

مقایسه پایداری آهن و فولاد

آهن و فولاد هر دو به عنوان ماده پایدار در نظر گرفته می شوند. فولاد 100% قابل بازیافت است و یکی از پایدارترین مواد مورد استفاده در صنعت ساختمان است. فولاد را می توان بدون از دست دادن خواص بارها و بارها بازیافت کرد. فولاد به دوام و طول عمر بالا معروف است و به عنوان جایگزینی سازگار با محیط زیست برای آهن در نظر گرفته می شود.

در حالی که آهن نیز به طور کامل قابل بازیافت است، اما متکی به فرآیندی است که انرژی زیادی نیاز دارد. از سوی دیگر مصرف انرژی در تولید فولاد در 30 سال گذشته کاهش چشمگیری داشته است. این روند با کاهش ردپای کربن در صنعت فولاد ادامه دارد.

اگر برای اهداف ساختمانی فولاد را در نظر می گیرید و می خواهید مشاوره حرفه ای داشته باشید، می توانید روی ما حساب کنید. امروز با کارشناسان ما در فروشگاه مسیحا تماس بگیرید تا برای پروژه خودتون بهترین انتخاب را داشته باشید.

آهن و فولاد رایج ترین فلزات در صنایع ساختمانی، حمل و نقل و تجاری هستند. کاربردهای این دو فلز به قدری شبیه به هم هستند که اکثر مردم نام آنها را به جای یکدیگر به کار می برند. علیرغم شباهت های قابل توجه در کاربردها، آهن و فولاد دو فلز متفاوت با ترکیبات منحصر به فرد هستند.

تفاوت بین آهن و فولاد

اگرچه هر دو فلز با یک ترکیب پایه شروع می شوند، اما پس از تولید، هر کدام به فلزات منحصر به فردی تبدیل می شوند. به این ترتیب، آنها اغلب تفاوت هایی را نشان می دهند. در ین قسمت تفاوت هایآهن و فولاد را از نظر دوام،بازیافت پذیری، خوردگی و کاربرد بررسی می کنیم:

دوام

دوام یک عامل مهم در ساخت و ساز محسوب می شود. آهن و فولاد هردو کاملاً بادوام هستند. با این حال، تمایل آهن به واکنش با اکسیژن و رطوبت، آن را مستعد خوردگی می کند. ولی فولاد دوام بهتری را ارائه می دهد. فولاد می تواند نیرو، گرما و عناصر آب و هوا را تحمل کند، ناگفته نماند که بر خلاف آهن تحت تأثیر زنگ زدگی قرار نمی گیرد.

خوردگی

آهن در برابر اکسیداسیون حساس است که منجر به زنگ زدگی و خوردگی می شود. فولاد همچنین می تواند تحت تأثیر آب قرار گیرد. با این حال، اقداماتی وجود دارد که می تواند باعث افزایش مقاومت و کاهش خطر شود مانند استفاده از رنگ های محافظ و اسپری ها. علاوه بر این، فولاد یک آلیاژ غیر متخلخل است، به این معنی که به طور طبیعی در برابر خوردگی مقاومت می کند.

بازیافت پذیری

هر دو فلز بسیار پایدار هستند. با این حال، فولاد یک مزیت دارد زیرا فولاد ساختاری 100٪ قابل بازیافت است و می توان آن را چندین بار بازیافت کرد، بدون از دست دادن دوام یا استحکام. فولاد نیز به دلیل دوام و ماندگاری گزینه بهتری در نظر گرفته می شود و در طول زمان تاثیر آن بر محیط زیست کاهش می یابد.

آهن نیز کاملاً قابل بازیافت است. با این حال، فرآیند بازیافت انرژی بر است، که به دلیل ردپای کربن مرتبط، آن را کمتر پایدار می کند.

کاربرد

هر دو فلز در کاربردهای بسیار مشابه، از جمله ساخت جاده ها، راه آهن، ساختمان ها، ظروف پخت و پز و لوازم خانگی استفاده می شوند. اما کاربرد هر کدام به خواص و دوام آن بستگی دارد.

جمع بندی

تفاوت های زیادی بین آهن و فولاد وجود دارد. در درجه اول، آهن یک عنصر است در حالی که فولاد آلیاژی متشکل از آهن و کربن است. با این حال، آهن در این آلیاژ به مقدار بیشتری وجود دارد. شما می توانید فلزات مختلف دیگری را به فولاد اضافه کنید تا آلیاژهایی با خواص متفاوت تولید کنید. به عنوان مثال، اگر کروم به فولاد اضافه شود، فولاد ضد زنگ محصول است. بادوام است و به راحتی زنگ نمی زند. در صنعت ساختمان از فولاد در مقیاس وسیع استفاده می شود. این به این دلیل است که فولاد از آهن قوی تر است و خاصیت کششی و فشاری بهتری دارد.

تفاوت دیگر را می توان از طریق نگاه کردن به درصد کربن درک کرد. آهنی که کمتر از ۲ درصد کربن دارد، فولاد نامیده می شود، در حالی که آهنی که بیش از ۲ درصد کربن دارد، آهن خام نامیده می شود. هنگامی که سنگ آهن با کک در کوره بلند فرآوری می شود، آهن خام به دست می آید. هنگامی که این آهن خام برای کاهش درصد کربن بیشتر پردازش می شود، در کوره های مختلف، فولاد به دست می آید. اکنون می توان فولاد را برای به دست آوردن انواع مختلفی از آلیاژها پردازش کرد. عناصری مانند سیلیکون، منگنز و کروم برای ساخت آلیاژها اضافه می شوند.

تاریخچه آهن

با نگاهی به تاریخ، دقیقاً مشخص نیست که تکنیک آهن‌سازی واقعاً چه زمانی کشف شده است. با این حال، بر اساس یافته های باستان شناسی خاص، در 3000 سال قبل از میلاد در مصر از آهن در ساخت ابزار استفاده می شد. یونانی ها کمی بعد در 1000 سال قبل از میلاد، سلاح های آهنی سخت ساختند. بنابراین تمام انواع دیگر آهنی که ساخته می شد را می توان تا سال 1400 بعد از میلاد در رده آهن فرفورژه طبقه بندی کرد. تنها پس از قرن چهاردهم بود که کوره‌هایی که در فرآیند ذوب مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اندازه‌شان افزایش یافت. آهن در قسمت بالایی این کوره ها رانده می شد. به آهن فلزی تبدیل شد و سپس گازهای غنی از کربن توسط یک انفجار وارد شدند تا آهن فلزی آنها را جذب کند. محصول نهایی به دست آمده آهن خوک بود. برای ساخت فولاد بیشتر تصفیه شد.

قیمت آهن وفولاد

از نظر ساختاری، فولاد سبکتر از آهن است، که به فولاد مزیت قابل توجهی در صنعت ساخت و ساز از نظر هزینه های ساختمانی و وزن سازه می دهد. در اکثر موارد و پارامترها، استفاده از فولاد ارزانتر و موثرتر از استفاده از آهن خواهد بود.

برای مشاوره تخصصی و اطلاع از قیمت ها با کارشناسان فروشگاه مسیحا تماس بگیرید.