در مورد فولاد کربنی، انواع و طبقه بندی آن

علت نامگذاری فولاد کربنی به دلیل وجود درصد حجمی 0.05 تا 2.1 درصد کربن است. عنصر کربن با نماد شیمیایی C در گروه 14 جدول تناوبی قرار دارد و پانزدهمین عنصر فراوان در پوسته زمین محسوب می‌شود همانطور که میدانید همراه با آهن دو عنصر پایه در ساخت آلیاژ فولاد هستند.

فولاد کربنی چیست؟

انستیتیو آهن و فولاد آمریکا (AISI) که یک منبع معتبر در زمینه فولاد است و حرفی برای گفتن دارد این سه شرط را برای آن تعریف کرده است:

1- درصد جرمی حداقل میزان مس مشخص شده از ۰٫۴ درصد بیشتر نباشد.

2- برای عناصری مانند تنگستن، کبالت، تیتانیوم، زیرکونیم، وانادیم، نیکل، کروم، مولیبدن و نیوبیوم حداقل مقداری تعریف نشده باشد.

3- حداکثر درصد جرمی منگنز از 1.65، مس و سیلیکن از 0.6 بیشتر نباشد.

همان طور که در این تعریف ملاحظه می کنید، یک فولاد ساده کربنی علاوه بر کربن می تواند شامل چندین نوع عنصر آلیاژی دیگری باشد. این عناصر به 3 طریق می توانند در فولاد وجود داشته باشند:

دسته اول: عناصری که وجود آن‌ها برای فولاد مناسب نسیت و به طور اتفاقی وارد ترکیبات فولاد شده‌اند. این عناصر باید در حداقل میزان ممکن نگه داشته شوند زیرا باعث افت خواص مکانیکی فولاد خواهند شد. مهمترین این عناصر عبارتند از: گوگرد، اکسیژن، فسفر، نیتروژن، هیدروژن

دسته دوم: عناصری که به طور اتفاقی وارد ترکیبات فولاد شده و وجود آن‌ها قابل قبول است مانند منگنز و سیلسیم

دسته سوم: این عناصر برای افزودن یک ویژگی خاص مانند سختی، استحکام، افزایش مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت خزشی و … به ترکیبات فولاد اضافه می‌شود مانند نیکل، مولیبدن، وانادیم، کروم، آلومینیوم

انواع فولاد کربنی

فولاد کم‌ کربن

این فولاد ساده دارای درصد کمی از عنصر کربن است و به دلیل ویژگی‌های قابل قبول و قیمت مناسب رایج‌ترین نوع فولاد کربنی محسوب می‌شود. از 0.05 تا 0.3 درصد کربن تشکیل شده و شکل‌پذیر و چکش‌خوار است. همچنین از مقاومت تنش کششی پایینی برخوردار می‌باشد و توسط کربن دهی می‌توان سختی سطحی را بالا برد. چگالی این فولاد تقریبی برابر با 7.85 g/cm3 است. همچنین به دلیل وجود کربن کمتر در مقایسه با سایر فولادها در شکل‌دهی سرد کاربرد دارد و کنترل آن نیز راحت‌تر است.

در مواردی که سطح مقطع بزرگ استفاده می‌شود تا خیز را کمینه کند، مانند فولاد ساختمانی انتخاب مناسبی است. از دیگر کاربردهای آن می‌توان در ساخت قوطی‌های مواد غذایی، لوله‌ها، اجزای مختلف خودروها و ساخت‌وساز ساختمانی اشاره نمود

فولاد با کشش بالا

این نوع فولاد از درصد کربن کم تا متوسطی برخوردار است و وجود عناصر آلیاژی دیگر مانند نیکل، منگنز، وانادیم، کروم، مولیبدن و سیلسیم مقاومت به سایش و مقاومت کششی را بالا می‌برد. گفتنی است مقدار ناخالصی‌ها در فولاد با کشش بالا مانند گوگرد و فسفر نباید از حد مجاز بیشتر شود. چند نمونه از این فولاد عبارتند از:

• استیل 4340
• استیل 4145
•  4140
•  EN26
•  EN25
•  300M

فولاد پر کربن

فولاد پرکربن دارای درصد بالای وزنی 0.30 تا 1.70 کربن است. وجود یک سری ناخالصی در فولاد ممکن است بر روی کیفیت آن تاثیر بگذارد. مانندحضور مقدار کمی گوگرد، که به دلیل پایین بودن دمای ذوب و سریع‌تر ذوب شدن آن در مقایسه با فولاد سبب ایجاد شیارهای سرخ و ترد شدن فولاد می‌گردد.

در  فولادهای کربنی کم آلیاژ مثل سری A36 تقریبا 0.05 درصد عنصر گوگرد وجود دارد که در محدوده دمایی 1,426–1,538 درجه سانتی گراد ذوب می‌گردد. منگنز بیشتر برای بهبود بخشیدن به سختی فولاد کاربرد دارد. با توجه به تعاریف AISI، تا 1.65% وزنی منگنز مجاز است.

طبقه بندی AISI فولاد

•  کم کربن: حضور 0.05 تا 0.25% کربن
• فولاد کربنی متوسط: دارای 0.3 تا 0.5 درصد کربن است. از ویژگی‌های آن می‌توان به مقاومت به سایش و تعادل بین استحکام و شکل‌پذیری اشاره نمود و در عملیات فورج، ساخت اجزای بزرگ و قطعات مختلف خودرو ها کاربرد دارد.
• فولاد پر کربن: دارای 0.6 الی 1.0 درصد کربن است. از این فولاد در ساخت سیم‌های مستحکم، ابزار آلات تراشکاری و فنر استفاده می‌شود.
• فولاد اولترا کربن: با وجود 1.25-2.0 درصد کربن از مقاومت بسیار بالایی برخوردار است. از آندر ساخت پانچ، محورهای ماشین آلات خاص و چاقوهای نظامی کاربرد دارد.

بیشتر بخوانید: فولاد نیتراته، انواع، کاربرد و خواص آن