تفاوت فولاد و آهن و مشخصات آن‌ها

آهن و فولاد از پرکاربردترین مواد در صنایع می‌باشد و بیشتر افراد این دو را یکسان در نظر می‌گیرند در حالی که با یکدیگر متفاوت هستند. آهن در طبیعت به صورت خام موجود است ولی فولاد از آهن همراه با دیگر عناصر مانند کربن، نیکل و کروم ساخته می‌شود به همین دلیل خواصی متفاوت با یکدیگر دارند.

در صنعت به علت مقاومت‌های بالا، بیشتر از فولاد به جای آهن استفاده می‌شود. مهم‌ترین تفاوت‌های فولاد و آهن در ترکیبات شیمیایی، دوام، ساختار، شکل پذیری، قیمت و بازیافت آن‌ها می‌باشد. در ابتدا بهتر است به بررسی آهن و فولاد به طور جداگانه بپردازیم سپس تفاوت‌ها را به صورت مختصر بررسی کنیم.

مشخصات آهن

آهن یکی از عناصر طبیعی است و براقیت و انعطاف پذیری بالایی داشته و فرومغناطیس است. آهن به علت استحکام و قیمت ارزان از جمله پرکاربردترین فلزها بوده و در ساختمان سازی از آن استفاده می‌شود.

فلز آهن از سنگ آهن و بدون هیچ افزودنی تهیه می‌شود و میزان مقاومت و کیفیت آهن به درجه خلوص آن بستگی دارد. این فلز زمانی که در شرایط مرطوب قرار بگیرد با اکسیژن هوا ترکیب شده و اکسید آهن را به وجود آورده و زنگ می‌زند. در نتیجه اگر قرار است از آهن به تنهایی یا در شرایط مرطوب استفاده کنیم باید از پوشش‌های سطحی یا ضد زنگ استفاده شود.

مشخصات فولاد

فولاد یکی از آلیاژ‌های محبوب آهن است. فولاد از سنگ آهن و کربن و عناصر دیگر تشکیل شده است. در واقع فولاد فلزی متشکل از آهن با   ۰.۰۰۲تا ۲ درصد کربن است. با وجود اینکه درصد کربن در فولاد کم است اما همین درصد کم نیز منجر به تغییرات زیادی نسبت به آهن شده است. درصد عناصر موجود در فولاد در کیفیت و نوع آن تاثیرگذار است. مثلاً هرچه کربن بیشتر باشد، مقاومت بیشتر و جوش پذیری کمتر می‌شود.

فرمول شیمیایی فولاد

فرمول شیمیایی فولاد Fe3C است که با افزودن آلیاژ‌های دیگر ممکن است این فرمول بسط داده شود. در تولید فولاد از روش BOF یعنی فولادسازی به روش اکسیژن قلیایی استفاده می‌شود. این روش علاوه بر قیمت پایین، خلوص زیادی ایجاد می‌کند.

نماد شیمیایی آهن Fe می‌باشد. آهن یک فلز و جزو فلزات واسطه می‌باشد. از نظر جرمی آهن بزرگترین عنصر در کره زمین است.

تفاوت آهن و فولاد

استفاده از آهن به گذشته های دور برمیگردد و قدمت بسیار زیادی دارد اما فولاد هم مدت‌ها است مورد استفاده بشر بوده و از زمان انقلاب صنعتی به تولید انبوه رسیده است. اما قدمت آهن بیشتر است. اصلی‌ترین اختلاف این دو در مقدار کربن است زیرا هر دو دارای فلز آهن می‌باشند اما کربن موجود در فولاد موجب تمایز آن دو می‌شود.

تفاوت دوام فولاد و آهن

از دیگر تفاوت‌ها میزان دوام فولاد نسبت به آهن است. فولاد در شرایط حرارت و رطوبت مقاوم است؛ بنابراین برای سازه‌هایی که سال‌ها باید مورد استفاده قرار بگیرند مناسب است. زیرا دوام سازه‌ها وابسته به مقاومت به فرسایش و خوردگی بوده در صورتی که آهن در برابر خوردگی مقاوم نیست زیرا تنها از سنگ آهن تشکیل شده است.

اختلاف ساختار کربن و آهن

تفاوت دیگر این دو در ساختارشان است. فولاد نسبت به آهن به دلیل داشتن کربن آلیاژی استحکام بیشتر، چگالی و وزن کمتری دارد. به همین دلیل در ساختمان سازی که استحکام و وزن مطرح است فولاد بسیار مورد توجه قرار می‌گیرد. فولاد از قرن نوزدهم جایگزین آهن در ساختمان سازی شده است.

هزینه آهن و فولاد

از نظر هزینه نیز فولاد با وجود اینکه ترکیبات دیگری علاوه بر آهن دارد اما فرایند ساخت آن هزینه کمتری نسبت به آهن دارد.‌ اختلاف ساختار فولاد و آهن هم منجر به هزینه کمتر فولاد می‌شود. این هزینه‌ها گاهی به علت وزن زیاد آهن می‌باشد.

شکل پذیری فولاد و آهن

شکل پذیری از دیگر تفاوت‌ها می‌باشد. فولاد را می‌توان با عملیات حرارتی خم کرده و شکل داد و آن را به شکل‌های متنوع و پیچیده تبدیل کرد. به این نکته توجه کنید که همه این شکل‌ها مقاومت و استحکام خوبی دارند. اما آهن با وجود این که نرم و انعطاف پذیر است اما استحکام کافی در ساختمان سازی را ندارد و فقط می‌توان آن را در وسایل دکوراتیو استفاده کرد. در کل تنوع محصولات ساختمانی فولاد بسیار بیشتر از آهن است.

بازیافت فولاد و آهن

اگر از نظر بازیافت این دو را بررسی کنیم متوجه می‌شویم که هر دو قابل بازیافت هستند اما به دلیل اینکه فولاد استحکام بیشتری دارد، عمر بیشتری داشته و نیاز به تعویض سریع آن نیست. از طرفی فرایند تولید آن هزینه کمتری دارد. اما آهن فرایند تولید هزینه بری داشته و سریع فرسوده می‌شود. همچنین مصرف انرژی تولید آهن بسیار بیشتر از فولاد است در نتیجه فولاد از نظر محیط زیستی بهتر از آهن است.

مقاومت کششی فولاد و آهن

وجود سیلیسیم در فولاد از دیگر تفاوت‌های فولاد و آهن است. فولاد سیلیسیم بیشتری دارد که منجر به مقاومت کششی بیشتر آن نسبت به آهن می‌شود.

چکش پذیری فولاد و آهن

فولاد به علت داشتن کربن بیشتر نسبت به آهن چکش پذیری کمتری دارد و سخت‌تر است و هرچه کربن آن کمتر شود نرم‌تر و چکش‌پذیرتر می‌شود. اما با کم شدن کربن استحکام آن هم کاهش می‌یابد. با وجود اینکه چکش خواری فولاد کمتر از آهن است اما تحت عملیات حرارتی می‌توان چکش خواری فولاد را بهبود داد. عامل تمایز دیگر این است که اگر با عملیات حرارتی شکل پذیری فولاد را افزایش دهیم، فولاد بعد از شکل پذیری تثبیت شکل بهتری از آهن دارد.

دمای ذوب فولاد و آهن

دمای ذوب فولاد و آهن نیز با هم متفاوت است. به طوری که هرچه کربن در فولاد بیشتر باشد دمای ذوب هم با همان نسبت کاهش می‌یابد و در نتیجه فولاد تردتر و شکننده‌تر می‌شود. در مقایسه با فولاد، آهن به علت نداشتن کربن، دمای ذوب بالاتری دارد و در نتیجه به اندازه فولاد ترد و شکننده نیست.

تفاوت جوش پذیری فولاد و آهن

هرچه کربن موجود در فولاد کمتر باشد، استحکام آن کمتر اما جوشکاری آن آسان‌تر می‌شود. در نتیجه جوش پذیری آهن بیشتر از فولاد است.

مزیت فولاد نسبت به آهن

امروزه آهن خالص به تنهایی کاربردی در صنایع ندارد و باید افزودنی‌هایی به آن اضافه شود تا قابل استفاده گردد اما فولاد که از مشتقات آهن است در بسیاری از صنایع کاربرد دارد.

نتیجه‌گیری

بر اساس موارد گفته شده آهن به طور مستقیم در طبیعت به دست می‌آید اما فولاد حاصل ترکیب آهن با دیگر عناصر است که مهم‌ترین این عناصر کربن بوده و تفاوت اصلی این دو به واسطه همین کربن است. همچنین استحکام فولاد بیشتر از آهن است اما شکل پذیری آهن بیشتر از فولاد است.

در واقع در مقایسه فولاد و آهن می‌توان گفت علی‌رقم اینکه بسیاری از مردم این دو را یکسان می‌دانند اما فولاد و آهن در بسیاری از موارد نظیر دوام، استحکام، ساختار، هزینه‌ها، شکل پذیری، بازیافت، مقاومت کششی، چکش پذیری، دمای ذوب، جوش پذیری با یکدیگر اختلاف دارند.