مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
فولاد کربنی یا carbon steel نوعی فولاد دارای کربن و بدون عناصر کروم، کبالت، نیکل، تیتانیوم، تنگستن، وانادیوم و زیرکونیوم است که درصد وزنی کربن آن بین ۰.۰۵ تا ۲.۱ درصد می‌باشد. حداقل مقدار مس فولاد کربنی باید بیشتر از ۰.۰۴ درصد باشد و حداکثر مقدار منگنز ۱.۶۵ درصد و سیلسیم ۰.۶ درصد می‌تواند باشد. فولاد کربنی با درصد کربن بالای ۲.۵ درصد با استفاده از متالوژی پودر ساخته می‌شود. در طبقه بندی AISI که استاندارد انجمن ریخته‌گران فولاد آمریکا می‌باشد؛ فولاد کربنی به چهار گروه فولاد کم کربن با کربن بین ۰.۰۵ تا ۰.۲۵ درصد وزنی، فولاد کربنی متوسط با کربن بین ۰.۳ تا ۰.۵ درصد وزنی، فولاد پرکربن با کربن بین ۰.۶ تا ۱ درصد وزنی و فولاد اولترا کربن با کربنی بین ۱.۲۵ تا۲ درصد وزنی تقسیم می‌شود. این تقسیم بندی بر اساس مقدار کربن آنها می‌باشد.
عناصری مانند اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، گوگرد و فسفر باعث تضعیف خواص فولاد می‌شوند و عناصری نظیر منگنز و سیلیسیم که در مقدار یاد شده در فولاد وجود دارند به طور اتفاقی وارد ترکیب فولاد شده‌اند ولی وجودشان در حد گفته شده مشکلی ایجاد نمی‌کند.
برخی دیگر از عناصر شامل نیکل، کروم، مولیبدن و آلومینیوم به طور خواسته وارد ترکیب فولاد می‌شوند و وجودشان در فولاد باعث بهبود خواصی نظیر استحکام، مقاومت به خوردگی و جوش پذیری می‌شود.
فولاد پرکربن High carbon Steel چیست؟
همانطور که گفته شد فولاد پرکربن یا کربن استیل حاوی ۰.۶ تا ۲ درصد کربن و ۰.۳ تا ۰.۹ درصد منگنز است. این نوع فولاد بسیار شکننده می‌باشد و شکل‌پذیری کمی دارد، جوشکاری این کربن باید با گرمای کنترل شده باشد و مقاومت در برابر سایش آنها زیاد است.
بعضی از فولادهای پر کربن که برای قطعات مقطعی استفاده می‌شوند نیاز به عملیات حرارتی دارند. در این کاربردها برای کاهش اصطکاک و پایین آوردن دما ودر نتیجه جلوگیری از معایبی نظیر ترک و شکستگی در حین کار به جای استفاده از آب که در تراشکاری موجب ترک خوردن می‌شود از آب صابون استفاده می‌شود.
مزایای فولاد پرکربن
از جمله مزیت‌های فولاد پرکربن می‌توان به تحمل نیروها قبل از تغییر شکل اشاره کرد. این نوع فولاد مقاومت، سختی واستحکام زیادی داشته و قادر به تحمل نیروهای زیادی است. از دیگر مزیت‌های این فولاد مقاومت در برابر سایش و حفظ شکل می‌باشد که ناشی از وجود کربن بالا و عناصر ضدسایش موجود در آن می‌باشد.
معایب فولاد پرکربن
اگرچه سخت بودن فولاد پرکربن ازجمله مزیت‌های آن محسوب می‌شود؛ اما زمانی که سخن از شکننده بودن باشد، این مورد عیب محسوب می‌شود. زیرا در هنگام تنش زیاد این سختی موجب شکننده بودن، کاهش انعطاف پذیری، کاهش شکل پذیری و چقرمگی می‌شود. از طرفی تولید فولاد پرکربن هزینه تولید بالایی دارد که این نیز از جمله معایب آن محسوب می‌شود.
کاربرد فولاد پرکربن
فولاد پرکربن محدوده گسترده‌ای از کاربردها را دارد. در واقع اکثر جاهایی که نیاز به مقاومت بالا و استحکام طولانی مدت می‌باشد از فولاد پرکربن استفاده می‌کنند. کاربردهای فولاد پرکربن شامل ساخت تیغه‌های چاقو، تیغه اره، سایر ابزار برش نظیر اسکنه، ساخت انواع فنر، کاربردهایی که مقاومت سایشی مطرح است مثل ورق ضد سایش، ساخت چرخ دنده و زنجیر، ساخت میلگردها با استحکام بالا، ساخت کابل‌های سیمی، ساخت ریل‌های راه آهن، ساخت دیگ‌های بخار، ساخت ابزار سوراخکاری مثل مته که ۹۰ تا ۱۰۰ درصد کربن دارند.
جوشکاری فولاد پرکربن
برای جوشکاری فولاد پرکربن باید از الکترودهای کم هیدروژن استفاده کرد زیرا همانطور که گفته شد هیدروژن منجر به کاهش خواص فولاد پرکربن می‌شود. فرایند جوشکاری باید با پیش گرمایش همراه باشد و افزایش دما در حین جوشکاری کنترل شده باشد و نهایتاً دما بین گذر در طی عملیات بررسی شود.
درجه‌هایی از فولاد پرکربن وجود دارند که برای راحتی ماشین کاری ساخته شده‌اند و در ترکیب شیمیایی آنها سیلیسیم و فسفر بیشتری استفاده شده است اما جوشکاری این درجه از کربن دشوار بوده و احتمال ترک خوردگی زیاد است.
فرایند تولید فولاد پرکربن
در مرحله اول برای تولید فولاد پر کربن از سنگ آهن و فولاد بازیافتی در فرایند BOF یا کوره اکسیژن قلیایی استفاده می‌شود. در این کوره مواد خام به فولاد مذاب تبدیل شده و سپس در قالب ریخته تا به شکل شمش یا اسلوب درآیند. در مرحله بعد فرایندهای ثانویه نظیر کوره قوس الکتریکی EAF استفاده می‌شود. در این مرحله با کنترل دما، گاز زدایی و افزودن عناصر آلیاژ استیل، می‌توان ترکیب فولاد را کنترل کرد. مرحله بعدی اکسیژن زدایی می‌باشد که خود شامل چندین مرحله است. از طریق این فرایند می‌توان به انواع فولاد شامل فولاد کشته شده، فولاد نیمه کشته، فولاد سرپوش‌دار و فولاد لبه‌دار دست یافت.
و نهایتاً به مرحله ریخته‌گری می‌رسیم در این مرحله مواد مذاب داخل قاب‌های مخصوص ریخته شده و منجمد می‌شوند سپس شمش‌های تولید شده به کوره‌های پیت انتقال یافته تا برای نورد گرم و حرارت دادن آماده شوند. توجه داشته باشید که فولاد پرکربن حساسیت بالایی به زنگ زدگی دارند و اگر در مناطق مرطوب قرار بگیرد امکان خوردگی و زنگ زدگی در آنها افزایش می‌یابد.
نتیجه‌گیری
فولاد جزو پرمصرف‌ترین و کاربردی‌ترین آلیاژ‌های صنعتی است و با درجات مختلف کربن کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد به نام های فولاد نرم یا کم کربن، فولاد کربن متوسط، فولاد پر کربن و فولاد اولترا کربن تولید می‌شود.
در میان این فولادها، فولاد پرکربن از استحکام و سختی بالایی برخوردار می‌باشد اما قیمت آن بالا بوده و جوشکاری با آن بسیار دشوار است.
فولاد پر کربن در محصولاتی که نیاز به سختی زیاد می‌باشد نظیر انواع مته، اره، ابزار های برش، ریل‌های راه آهن، کابل‌های سیمی، میلگردها و سایر موارد گفته شده در مقاله بالا استفاده می‌شود.
