فولاد سازی
فولاد سازی
فولاد کربور آهن است که با عنصرهای دیگر هم جوش شده باشد. با سوزاندن کربن آهن خام سفید و همجوش کردن آن با کمی کربن و اندازه کردن عنصر‌های دیگر در آن، به دو روش خمیری کردن و آب کردن فولاد را می‌سازند. روش خمیری: در آغاز صنعت فولاد سازی، فولاد را به این روش می‌ساختند، که کهنه شده است و دیگر به کار نمی‌رود : آهن خام را در تشت کوره ی شعله‌ای می گذاشتندو روی آن شعله می‌دمیدند تا آب شود.





آهن خام آب شده را به هم می‌زدند تا کربن آن بسوزد. کم‌کم که کربن آهن خام می سوخت، درجه آب شدنش بالا می‌رفت و خمیری می‌شد. خمیر فولاد را تکه‌تکه با گاز انبر از کوره بیرون می‌آوردند و آنها را با پتک در هم می‌کوبیدند که سر باره شان بریزد و یکپارچه شوند. فولاد یکپارچه شده را نورد می‌زدند تا به شکل شمش در آید. چند شمش را دسته کرده در کوره گرما می‌دادند تا سرخ شود و با یک پتک سنگین آنها را در هم می‌کوبیدند تا یک تکه گردند و به آن شکل می‌دادند. سر بارهای که در کوره می‌ماند و آنچه هنگام کوبیدن خمیر فولاد از آن می‌ریخت چون آهن داشت از نو همراه مواد خام به کوره آهن گدازی می‌ریختند. روش آب کردن: امروزه همهٔ فولاد جهان به روش آب کردن ساخته می‌شود. آهن خام آبکی ای که از کورهٔ آهن گدتزی به بیرون روان می‌گردد، نخست به تغارهای فولادی می‌ریزد، از آنجا آن را در تانک مخلوط کن گهواره ای میری زند. برای آن که گرمای آهن خام به بدنهٔ تغار و تانک فولادی نرسد، درون آنها را با آجر نسوز آستر می‌کنند .




فولاد ریزی
مانند چدن ریزی می‌باشد، چون فولاد آبکی هنگام سرد شدن و بستن کمی جمع می‌شود، باید مدل تکه فولادی را از هر سو ۵/۱ تا ۲٪ بزرگ‌تر ساخت تا پس از بستن فولاد آبکی، تکهٔ فولادی به اندازهٔ ساخته شده در آید .



آهنگری
به فولاد گرما می‌دهند تا خمیر سفت شود، سپس آن را با پتک می‌کوبند. یا چکش کاری می‌کنند تا به شکل خواسته شده در آید. برای شکل دادن خمیر فولاد را فشار تا پانزده هزار تن می‌گذارند.



کاربرد انواع مختلف فولاد
از فولادی که تا ۰٫۲ درصد کربن دارد، برای ساختن سیم، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط ۰٫۲ تا ۰٫۶ درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که ۰٫۶ تا ۱٫۵ درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود. فولاد، انواع فراوانی دارد. که همه آن موارد در جدول کلید فولاد قابل دسترس می‌باشد.




ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد

آهنی که از کوره بلند خارج می‌شود، چدن نامیده می‌شود که دارای مقادیری کربن، گوگرد، فسفر، سیلیسیم، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد دو هدف دنبال می‌شود:

سوزاندن ناخالصی‌های چدن
افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن

منگنز، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می‌شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده، به صورت سرباره خارج می‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می‌شود و کربن هم می‌سوزد و مونوکسید کربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO۲) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولاً دی‌اکسید سیلسیم (SiO۲) است، بکار می‌برند:

(MnO + SiO۲ ----> MnSiO۳(l

و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولاً چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولاً اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:

(MgO + SiO۲ ----> MgSiO۲(l

(۶MgO + P۴O۱۰ ----> ۲Mg۳(PO۴)۲(l
کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها

معمولاً جداره داخلی کوره‌ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها، معمولاً از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن ۱۰۰ تا ۲۰۰ تن آهن مذاب جای می‌گیرد.

بالای این ظرف، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می‌کشد، البته مقداری از آهن، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده، به کوره بلند باز می‌گردانند.



تبدیل آهن به فولاد آلیاژی

آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم، کروم، تیتانیم، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دمای زیاد، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده، کاربید آهن (Fe۳C) به نام «'سمنتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:

Fe۳C <---- گرما + ۳Fe + C

هرگاه فولادی که دارای سمنتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا می‌شود. این مکانیزم در چدن‌ها که درصد کربن در آنها بیشتر است، اهمیت بیشتری دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتاً به شکل سمنتیت باقی می‌ماند. تجزیه سمنتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملاً انجام نمی‌گیرد. وباسرد کردن سمنتیت فولاد را به وجود می‌آورند.





فولاد ضد زنگ
فولاد زنگ نزن استنلس (به انگلیسی: Stainless Steel) به فولادهایی با مقدار عناصر آلیاژی بالا گفته می‌شود که توانایی مقاومت به خوردگی در اتمسفرهای خورنده و دماهای بالا را داشته باشند. فولادهای ضد زنگ معمولی حاوی حداقل ۱۲ درصد کروم هستند که عامل اصلی مقاومت به خوردگی آنهاست.



انواع استنلس بگیر (مغناطیسی)

پرمصرف ترین آنها ۱٫۴۰۱۶ می‌باشد. استفاده از آلیاژهایی با کروم پائین درمواردی که حفظ ظاهر در اولویت نیست و شرایط سخت محیطی وجود ندارد، امکان‌پذیر است. افزایش کروم و مولیبدن باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی می‌شود. افزایش تیتانیوم و نیوبیوم نیز خاصیت جوش پذیری را افزایش می‌دهد.

گروه اصلی:

استنلس نگیر یا غیر مغناطیسی: آلیاژ آهن - کروم- نیکل با کربن کمتر از ۰٫۱ % (شامل انواع۱٫۴۳۰۱/۳۰۴که معمولاً به عنوان ۸/۱۸ و۱۰/۱۸ نیز نام برده می‌شوند.) در حالت استفاده نشده خاصیت غیر آهن‌ربایی دارد و بیش از ۶۵ درصد مصرف جهانی استنلس را به خود اختصاص داده است.

استنلس بگیر یا مغناطیسی: آلیاژ آهن – کروم با کربن کمتر از ۰٫۱٪ همراه با خاصیت آهن‌ربایی.

استنلس مارتنزیت: آلیاژآهن - کروم با کربن بالای ۰۱٪ و خاصیت آهن ربایی وسختی پذیر.

استیل دوپلکس:آلیاژ آهن-کروم ونیکل با ساختمانی از ترکیب استیل‌های مغناطیسی و غیر مغناطیسی وخاصیت آهن ربایی.
تاریخچه
پیر بارتیه مهندس فرانسوی در سال ۱۸۲۱، مشاهده کرد که با افزایش مقدار مشخصی کروم به آهن، سفتی و مقاومت به خوردگی اسیدی آن بسیار افرایش می‌یابد. در ۱۹۰۹، لئون گویله و آلبرت پورتوین بطور مستقل در فرانسه ریزساختار آلیاژهای Fe-Cr و Fe-Cr-Ni را بررسی کردند.



فولاد ضد زنگ حساس‌شده

فولاد ضد زنگ حساس‌شده (Sensitized) فولاد زنگ نزنی است که با فرایند گرمایی اتم‌های کروم آن از حلالیت خارج و بصورت کاربید و زیگما در مرزدانه رسوب کرده‌اند.

چنانچه اگر این فولاد در آب دریا باشد، خوردگی بین دانه‌ای در آن رخ می‌دهد.



هرگز زنگ نمی‌زند
این نوع فولاد در برابر زنگ زدگی و خوردگی بسیار مقاوم است و می‌تواند سال‌ها بدون خوردگی و زنگ زدگی باقی بماند. این دستاورد در خیلی از ساخت و سازها دیده می‌شود و دارای کاربردهای فراوان است. در ساختمان‌های بسیاری از جمله راهروهای زیر زمینی کاخ سفید آمریکا بکار رفته است.




آلیاژها

آلیاژهای فولاد زنگ نزن به علت داشتن مقاومت بالا نسبت خوردگی عالی یکی از پر کاربردترین مواد درمهندسی است. این مقاومت به دلیل وجود مقدار زیادی کروم درآن‌ها ناشی می‌شود. مقدار کم کروم، مثلاً ۵٪، مقاومت به خوردگی آهن را مقداری افزایش می‌دهد، اما برای رسیدن به فولاد زنگ نزن، حداقل ۱۲Cr% نیاز است. برابر با نظریه‌های کلاسیک، کروم با تشکیل یک لایه اکسید سطحی که لایه‌های زیرین را از خوردگی محافظت می‌کند، سطح آهن را زنگ نزن می‌سازد. برای ایجاد این لایه محافظ، سطح فولاد زنگ نزن باید در تماس با عوامل اکسید کننده باشد.

اضافه کردن نیکل به فولادهای زنگ نزن مقاومت به خوردگی را در محیط‌های خنثی و یا اکسید کننده ضعیف افزایش می‌بخشد اما قیمت آن‌ها را نیز افزایش می‌دهد. هم‌چنین مقدارکافی نیکل قابلیت انعطاف‌پذیری وشکل‌پذیری فولادها را افزایش می‌دهد زیرا امکان نگهداری آستینت (FCC) در دمای محیط را فراهم می‌کند. افزایش مولیبدن به فولادهای زنگ نزن مقاومت به خوردگی را در حضور یون‌های کلر افزایش می‌دهد، حال آن‌که افزودن آلومینیوم مقاومت به پوسته شدن را در دماهای بالا بهبود می‌بخشد. کروم نیز برای افزایش مقاومت به خوردگی آن، اضافه می‌شود.



انواع

آلیاژهای مهم فولادهای زنگ نزن بر مبنای عنصر آلیاژی که به آن افزوده شده است به صورت زیر می‌باشد.

آلیاژهای آهن - کروم
آلیاژهای آهن - کروم ـ کربن
آلیاژهای آهن - کروم – نیکل - کربن

فولادهای زنگ نزن بر اساس ساختار متالورژیکی و ترکیب شیمیایی، به صورت زیر تقسیم می‌شوند:

فولاد زنگ نزن فرینیتی
فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
فولاد زنگ نزن آستنیتی
فولاد زنگ نزن آستنیتی – فریتی (دوفازی)
فولاد زنگ نزن رسوب سختی



استیل‌های سری ۳۰۰

رایجترین نوع فولاد ضدزنگ استیل‌های سری ۳۰۰ هستند که خود به انواع مختلفی مثل ۳۰۳، ۳۰۴، ۳۰۵، ۳۱۶، ۳۲۱ و ۳۴۷ تقسیم می‌شوند و در بین آن‌ها استیل ۳۰۴ با اختلاف قابل توجهی از بقیه پرکاربردتر و رایج‌تر است. استیل ۳۰۴ و تعداد دیگری از استیل‌های این سری شامل ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل هستند و به همین دلیل به نام استیل ۸-۱۸ هم شناخته می‌شوند. البته نام استیل ۸-۱۸ اشاره به نوع خاصی از استیل ندارد چون فقط درصد دو آلیاژ نیکل و کروم را نشان می‌دهد. علاوه بر این کربن این استیل‌ها کمتر از ۰.۰۸ درصد است و خاصیت آهنربایی ندارند.

استیل ۳۱۶ پس از استیل ۳۰۴ دومین استیل رایج در بین استیل‌های آستنیتی است. این استیل که به «استیل ضدزنگ گرید دریایی» هم معروف است و معمولا شامل ۱۶ درصد کروم، ۱۰ درصد نیکل و ۲ درصد مولیبدن است و به همین دلیل به استیل ۱۰-۱۸ هم معروف است. تغییر در نسبت کروم و نیکل و افزودن مولیبدن باعق شده تا این استیل مقاومت بیشتری در مقابل فرسایش، به‌ویژه فرسایش ناشی از کلر داشته باشد و به همین دلیل برای وسایلی که باید در تماس زیاد با عوامل فرساینده مانند مواد شیمیایی، حلال‌ها، و آب شور باشند، مناسب است. این نوع از استیل معمولا در ساخت کاردها و ابزارهای برنده و لوازم مرغوب آشپزخانه استفاده می‌شود و برای تاسیات دریایی نیز مناسب است.



فولاد سرد

اجزای خانواده فولاد سرد از ورق‌های فولادی سازه‌ای ساخته می‌شود که از طریق پرس ورقهای بریده شده ویا رول فرمینیگ فولاد توسط مجموعه‌ای از قالب‌ها شکل داده می‌شوند برای شکل دهی به این شیوه به عملیات حرارتی نیاز نمی‌باشد (برخلاف فولاد نورد گرم) وبنابراین آنها را با نام فولاد سرد می‌شناسند.

اعضای خانواده فولاد سرد ودیگر محصولات آن نازک تر، سبک تر و دارای تولید ساده تری بوده و نوعاً" نسبت به همتاهای تولیدی به شیوه نورد گرم خود از هزینه‌های کمتری برخوردارند گستره‌ای از ضخامت‌های مختلف فولاد برای برآورده کردن نیازهای سازه‌ای وغیر سازه‌ای در دسترس می‌باشند.




مزایا

فریم‌های فولاد سرد در طی سالیان اخیر بنابه دلایل متعددی مورد توجه مصرف کنندگان قرار گرفته و توانسته است که سهمی از بازار را به خود تخصیص دهد. در واقع بیش از ۵۰٪ از سازه‌های خانه سازی درها وایی CFS می‌باشند. دلایل متعددی برای جلب توجه به سمت فریم‌های فولاد سرد وجود دارد. فریم‌های CFS برای کف ودیوارهای داخل بسیار با محصولات چوبی مهندسی و cement board وسازگار می‌باشند.

مطالعات زمان‌سنجی متعدد نشان داده‌اند که مزایایی هزینه‌ای برای کاربران با تجربه CFS در حدود ۲ تا ۶درصد کل هزینه بنا می‌باشند که وابسته به نوع خانه است. همچنین CFS ازتلرانس‌های ابعادی دقیقی برخوردار است. وبرای مناطقی با مشکل حشرات وموریانه مواجه می‌باشند گزینه مناسبی است. هیچ دلیلی وجودندارد که منابع موجود برای کمک به طراحان از تسهیلات هزینه‌ای خاصی برخوردار باشند.

فریم‌های CFS آزادی در راهکارهای طراحی را ارایه می‌کنند که نسبت به استفاده از فریم سنتی با صرفه تر خواهند بود. (به عبارتی فضای باز بیشتر، تیرهای بلند ترو سقف‌های بلند)




مزایای فریم‌های CFS

برخی از کیفیات منحصربه‌فرد فریم‌های فولادی عبارتنداز:

فراوانی: اعضای خانواده فولادهای سرد به راحتی توسط توزیع کنندگان محلی تامین کنندگان ومصالح ساختمانی در دسترس می‌باشند.
ثبات قیمت: بهای فولاد در طی دو دهه اخیر تقریباً ثابت بوده است.
-کیفیت یکپارچه: فولاد دارای گره، پیچش ویامعایب موضعی نمی‌باشد. همواره ا زنظر ابعادی دقیق بوده وتحت تلرانس‌های تعیین شده‌ای تولید می‌گردد.

همخوانی با استانداردها، فریم‌های CFS تحت استانداردهای ICC,CABO, IBC ,IRC قرار دارند، عدم اشتعال ومقاومت بالای آنها امکان استفاده آنها را در ساختمانهایی تا ارتفاع ۶ طبقه فراهم می آور ند.

انعطاف در طراحی: اعضای خانواده CFS در اندازه‌های مختلف موجود می‌باشند وطراح را قادر به برآورده ساختن ملزومات مورد نیاز خود برای بارها، تحت شرایط اقتصادی ودستیابی به طول تیرهای بلند می‌نماید.
وزن سبک:لیستوفر وزن فلز مصرفی در CFS تاحد ۴۰٪ نسبت به وزن آهن آلات مرسوم در نورد گرم از مصرف کمتری برخوردارند که این امر وزن سازه را کاهش می‌دهد.
نصب آسان: سوراخهای موجود بر روی این سازه‌ها نصب خطوط الکتریکی، لوله کشی ومکانیکی را سهولت می‌بخشد
ارتجاع کمتر: فریم‌های CFS توسط پیچ بهم متصل می‌گردند واین امر مجازا پس زدگی میخ‌ها را در روش ساخت منازل چوبی حذف می‌کند.
ظاهر مشابه: پس از نصب سطوح نهایی نمای داخل و خارج، ساختمانهای CFS و فولادی از هم قابل تشخیص نخواهند بود.
عدم اشتعال: فولادقابل اشتعال نمی‌باشد. از انتشار آتش جلوگیری بعمل می‌آورد وبه راحتی با مقررات اشتعال پذیری تطابق می‌نمایند. 
... page1 - page2 - page3 - page4 - page5 - page6 - page7 ...