فولاد ها و انواع آن

  1. 2 معرفی فولادها

1

  1. معرفی فولادها

  2. جزوه ریخته گری آهنی دکتر عرب

ریخته گری فولاد و تاریخچه آن :
در فولاد ریزی دو روش عمده ریخته گری داریم :

۱)     روش شمش ریزی: که ریخته گری جهت تولید آلیاژ انجام می شود.

۲)     شکل ریزی: که ریخته گری جهت تولید قطعه انجام می شود.

تاریخچه فولاد سازی :

فولاد نوعی آهن است که بیشتر ناخالصی های آن جدا شده است . آهن عنصری ،فلزی مستحکم، سخت ،سنگین و به رنگ خاکستری است. این ماده در شهاب سنگ ها یافت می گردد. همچنین آهن در ترکیب با بسیاری از کانی ها در پوسته زمین پیدا می شود. آهن به آسانی زنگ می زند و می توان آن را مغناطیسی ساخت وبه شدت جذب آهنربا نمود. از این ماده جهت ساختن بسیاری از سازه ها استفاده می گردد. فولاد (آهن ذوب شده) با گرمای شدید و آمیختن آن با کربن (آلیاژ) درست می شود . از فولاد برای ساختن ماشین آلات ، اتو مبیل ، ابزار آلات و دیگر مصنوعات استفاده می گردد.

تاریخ ذوب آهن و آهن کاری به درازای خود تاریخ است . باستان شناسان در مصر ابزارهایی آهنی یافتند که تاریخ ساخت آنها به ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح بر می گردد، و زیور آلات آهنی حتی پیش از این تاریخ نیز به کار می رفت . اسلحه های آهنین ساخته شده به وسیله تیمار گرمایی برای یونانیان در ۱۰۰۰ سال پیش از میلاد امری شناخته شده بود.

آهن ورزیده (چکش خوار) :

وسایل آهنی اولیه و آنهایی که تا سده ی چهاردهم ساخته می شد تحت عنوان آهن ورزیده رده بندی می گردد. آنها را با گرما دادن توده های سنگ معدن آهن و زغال چوب در کوره ی آهنگری یا کوره های آهن دارای تهویه مصنوعی تولید می کردند. تحت این تیمار ، سنگ معدن احیا و اسفنجی از آهن فلز و لجنی (سر باره ای ) حاوی نا خالصی های فلزی و خاکستر چوب تبدیل می شد . این اسفنج آهنی را از کوره بیرون می آورند در حالی که هنوز گداخته و ملتهب بود و آن را با پتک های سنگین می کوبیدند تا سرباره و جوش از آن خارج شود و به آهن جامد تبدیل شود.

آهنی که تحت این شرایط تولید می شد حاوی ۳ درصد ذرات سرباره و ۱/۰ درصد دیگر ناخالصی ها بود . گاه این تکنیک آهن سازی بر حسب تصادف به جای آهن چکش خوار فولاد واقعی به دست می داد. آهنگران آموخته اند که با گرما دادن آهن چکش خوار و ذغال چوب در بوته های سفالین به مدت چندین روز فولاد به دست آورنده طی این فرایند آهن کربن کافی جذب می کرد تا به فولاد واقعی تبدیل گردد.

آهن لخته (خام یا شمش) :

پس از سده چهار دهم اندازه کوره هایی که برای ذوب آهن به کار می رفت افزایش یافت ، و از کشش اضافی برای بافشار وارد کردن گازهای حاصل از احتراق به درون((بار)) کوره حاوی آمیزه ی مواد خام استفاده می شد .در این کوره های وسیع تر ،سنگ آهن در بخش بالایی کوره نخست به آهن فلزی تبدیل می شد و سپس به علت گازهایی که با فشار وارد آن می شد با کربن بیشتری آمیخته می گردید. ابزارهای اولیه آهنی که تا سده ی چهاردهم ساخته می شد تحت نام آهن چکش خوار دسته بندی می گردد. فراورده های این کوره ها آهن لخته بود ، آلیاژی که در دمای پایین تری نسبت به آهن چکش خوار ذوب می شود. آهن لخته (چدن خام) (بدان علت به این اسم نامگذاری شده که معمولا آن را در شمش های کوتاه وپهن که تحت عنوان قالب فلزی یا بلوک نامیده می شود می ساختند) وسپس تصفیه ی بیشتری روی آن انجام می شد تا به فولاد تبدیل شود.

دم و کوره های الکتریکی :

امروزه برای ذوب آهن از کوره های دم دار استفاده می شود که در واقع نوع بهبود یافته کوره هایی است که آهنگران قدیم برای تهیه ی آهن به کار می بردند. فرایند تصفیه آهن گداخته به کمک جریان هوا به وسیله مخترعی انگلیسی به نام سر هنری بسمر تکمیل گردید که کوره بسمر یا کونورتور (کوره مخصوص تولید فولاد) را در سال ۱۸۵۵ اختراع کرد. چگونه فولاد می سازیم :

کارخانه های فولاد از چهار واحد اولیه ی یکپارچه درست شده است شامل:

  • احیای مستقیم
  • کوره ی قوس الکترونیکی
  • ریخته گری پیوسته (متوالی)
  • کارخانه نورد

هر یک از واحد ها واحد بعدی را تغذیه می کند. کارخانه احیای مستقیم با استفاده از ساچمه های سنگ معدن آهن جامد تولید می کنند. اولی گاز طبیعی را به هیدروژن و مونوکسید کربن تبدیل می کند . این گازها اکسیژن را از سنگ معدن گرم شده در کوره می زدایند و سنگ آهن را به آهن فلزی تبدیل می کنند.گاز / آب خنک کننده در بخش پایین کوره جریان می یابد و آهن را سرد می کند. طی این فرایند چیزی تولید می شود که آهن مستقیما احیا شده نام دارد (DRI) واین ماده به درون کوره قوس الکتریکی تغذیه می گردد.

کوره قوس الکتریکی(EAF):

EAF  برای ساختن فولاد گداخته از DRI به کار می رود.کوره، همراه با سقف آن به یک سو چرخانده    می شود، وبا قراضه بار گیری می شود. قوس جریان الکتریکی توانمندی بین الکترودها و بار کوره به جهش در می آید. این عمل گرمای شدیدی پدید می آورد که بار را ذوب وباعث پیشرفت آن دسته از واکنش های شیمیایی می شود که به تولید فولاد می انجامد.

در پایان فرایند تصفیه ،کارگران جریان برق کوره الکتریکی را قطع می کنند . سپس کوره را کج می کنند ،کوره ای که بر روی اهرم های نوسان کننده ای نصب شده ، تا سرباره بیرون ریزد. پس از بیرون ریختن سرباره ،کوره ی الکتریکی به سوی دیگر خم می شود . فولاد مایع از دهانه بارگیری خارج می شود ودر پاتیل یا کفچه گرد آوری می گردد.

ریخته گری پیوسته  (CC):

فولاد گداخته ی تولید شده در کوره الکتریکی به درون واحد قالب گیری (ریخته گری)وارد می گردد،که آهن گداخته(گدازه)را به شکل شمش در می آورد. فولاد از درون قالبی با شکل ویژه جاری می شود آب سرد به سرعت فولاد را سرد می کند ،و باعثمی شود که به هنگام عبور از میان غلتک های مخصوص سخت شود.

فولاد گداخته تولید شده در کوره ی الکتریکی به درون واحد ریخته گری پیوسته سرازیر می شود که فولاد گداخته را به شمش تبدیل می نماید.

دستگاه نورد :

این واحد دیگری است که فولاد گداخته را شکل می دهد . تولید مفتول های فولادی در دستگاه نوردی انجام می گیرد. دستگاه نورد غلتک هایی دارد که طوری شیار یافته اند که بتوانند شمش داغ را به اشکال مقطع گرد، بیضوی، مربع یا شش گوشه در آورند

خواص مکانیکی فولادها:

۱)     استحکام مناسب که بین ۴۰۰تا ۲۰۰۰ مگاپاسکال می باشد

۲)     قابلیت شکل پذیری بالا

۳)     مقاومت خستگی مناسب

۴)     مقاومت در درجه حرارت پایین مقاومت در درجه حرارت بالا

۵)     قابلیت جوشکاری

دسته بندی فولاد ها:

معمولا به سه دسته فولاد های ساده کربنی فولاد های پر آلیاژی فولاد های کم آلیاژی

انواع فولادهای ساده کربنی :

فولادهای کم کربن – کربن متوسط و پر کربن :

فولاد های کم کربن: که در این فولاد ها مقدار کربن کمتر از ۰.۲% می باشد لذا قابلیت شکل پذیری و فرم دهی بالا دارد که در صنعت بیشتر در مواردی به کار می رود که استحکام پایین همراه با قابلیت انعطاف بالا در نظر باشد.

فولاد های کربن متوسط : که در این فولاد ها مقدار کربن بین ۰.۲تا ۰.۵% می باشد که در مقایسه با فولاد کربنی استحکام و سختی بالاتری دارند ولی انعطاف پذیری پایین تری دارند که عموما در صنایع راهسازی و ماشین سازی از این گروه استفاده می شودفولاد های پرکربن : که در این فولاد ها مقدار کربن پس از ۰.۵% می باشد که افزایش درصد باعث افزایش سختی و کاهش انعطاف پذیری می شود در مواردی استفاده می شود که نیاز به سختی و مقاومت به سایش بالا باشد

فولاد های کم آلیاژی : در این فولاد ها میزان عناصر آلیاژی کمتر از ۸% می باشد . وجود عناصر آلیاژی باعث افزایش خواص مکانیکی فولاد می شود وجود عناصر آلیاژی باعث جلوگیری از تغییر فرم – تابیدگی و ترک خوردن آلیاژ در حین عملیات حرارتی می شود که عمدتا در ساخت قطعات و قالبهای خاص صنعتی ساخته می شود

فولاد های پرآلیاژی : میزان عناصر آلیاژی در این نوع فولادها بیش از ۸% می باشد و در مواردی مصرف می شود که خواص خالی را در نظر داشته باشیم به عنوان مثال مقاومت به خوردگی بالا و مقاومت به سایش بالا و با توجه به اینکه قیمت عناصر بالا می باشد و همچنین تکنولوژی اضافه کردن این عناصر نیز بالاتر می باشد لذا فولاد های آلیاژی از نظر قیمت بالاتر می باشد .

انواع کوره های ذوب در فولاد ریزی:

کوره هایی که در ذوب فولاد استفاده می شود شامل کوره های زیمنس مارتین کوره های القایی و قوس کوره های کوپل و کنوتر دوپله کردن کوپل و کنورترمی باشد .

مراحل دوبله کردن کوپل و کنورتر :

۱- تهیه مذاب در کوره کوپل

۲- انتقال به پاتیل با جداره بازی و گوگرد زدائی

۳- تخلیه مذاب در کنورتر به روش اکسیژن و هوا که با دمش هوا کربن سوخته می شود و واکنش های زیررا به وجود می­آورد.

Fe+O=FeO

Si+FeO=SiO+Fe+Q

Mn+FeO=MnO+Fe+q

C+FeO=CO+Fe+Q

پاسخ دهید