مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
شاید برای شما این سوال پیش بیاید که چرا استحکام سازه های فولادی کاهش پیدا می کند در صورتی که فولاد یکی از مقاوم ترین فلزات بر پایه آهن است که برای کاربردهای مختلف مخصوصا ساخت سازه ها از آن استفاده می شود. مهم ترین عامل بالارفتن استحکام در فولاد، وجود کربن در آن است. البته اگر نیاز باشد که فولاد دارای خصوصیاتی مانند شکل پذیری و یا جوش پذیری باشد، باید مقدار کربن آن کم شود که این موضوع سبب می شود استحکام آن کاهش پیدا کند. دیگر دلایل کاهش استحکام سازه های فولادی را در ادامه بررسی می کنیم.
زنگ زدگی فولاد
زنگ زدگی باعث کاهش استحکام سازه های فولادی می شود. فولاد نیز مانند هر ماده دیگری در طبیعت به مرور زمان، با به وجود آمدن تغییرات شیمیایی در آن، دچار زنگ زدگی می شود و همین عامل سبب می شود که استحکام سازه های ساخته شده از فولاد کاهش پیدا کند.
فولاد بسیار بادوام است زیرا می تواند شرایط سخت را تحمل کند. از آنجایی که فولاد یک فلز ترکیبی است که از آهن و کربن ساخته شده است، در برابر اکثر عناصر بسیار مقاوم است و این ویژگی، آن را برای ساخت سازه در مناطقی که بادهای شدید، طوفان‌های مکرر و شرایط سخت وجود دارد، ایده‌آل می‌کند. با این وجود رخ دادن اتفاقاتی مانند زنگ زدگی در فولاد دور از انتظار نیست و باید سازه های فولادی به درستی طراحی، ساخته و نگهداری شوند تا از پایداری و ایمنی آنها اطمینان حاصل شود.
استفاده از آلیاژهای کم کربن فولاد
وجود کربن کم باعث کاهش استحکام سازه های فولادی می شود. کربن ماده ای است که وجود آن در فولاد سبب می شود که استقامت و استحکام این ماده افزایش پیدا کند. کم بودن کربن در فولاد سبب نرم شدن آن می شود و باعث می شود که استحکام فولاد کاهش پیدا کند؛ در نتیجه می توان رابطه مستقیم بین میزان کربن و میزان استحکام فولاد در نظر گرفت.
خوردگی فولاد
خوردگی از دیگر دلایل کاهش استحکام سازه های فولادی است. استفاده از فولاد در مناطقی که رطوبت بالایی در آن ها وجود دارد باعث می شود که پدیده خوردگی در فولاد با سرعت بیشتری به وجود بیاید. سازه های دریایی و پتروشیمی از نمونه های بارز مواردی هستند که کاهش استحکام سازه های فولادی در آن ها با سرعت بالایی اتفاق می‌افتد. به همین نسبت سازه هایی که در مناطق مرطوب قرار ندارند مقاومت بیشتری در طول زمان خواهند داشت؛ البته، تنها وجود رطوبت باعث خوردگی فولاد و کاهش استحکام سازه های فولادی نمی شود. عوامل دیگری مانند موارد زیر نیز در خوردگی و کاهش استحکام فولاد تأثیرگذار هستند:
- درجه حرارت. کاهش استحکام تسلیم سازه های فولادی پس از گرم شدن فولاد تا دمای بالای 600 درجه سانتیگراد، ممکن است تا 25٪ باشد.
- خواص فلزی
- اختلاف پتانسیل
- عوامل مکانیکی
یکی از فولاد هایی که نسبت به خوردگی مقاومت کم تری دارد فولاد st37 است. فولاد st37 از جمله فولاد های کم کربن است که قابلیت جوش پذیری بسیار بالایی دارد و به منظور جلوگیری از کاهش مقاومت آن نسبت به خوردگی و اکسیداسیون معمولاً با استفاده از رنگ آمیزی و به روش گالوانیزاسیون این فولاد را پوشش می دهند تا به این روش استحکام آن را در سازه های فولادی افزایش یابد.
کاربرد متفاوت فولاد
نوع کاربرد مورد انتظار از فولاد دیگر عامل اثرگذار بر کاهش استحکام سازه های فولادی است. زمانی که شما از فولاد در کاربرد هایی مانند ساخت ریل قطار و یا سازه هایی که در مناطق زلزله خیز هستند استفاده می کنید، سبب می شوید که فولاد در برابر تنش های پی در پی و مستمر قرار بگیرد که همه این عوامل سبب می شود عمر فولاد کم شود و استحکام سازه های فولادی نیز کاهش پیدا کند. به این پدیده، خستگی فولاد نیز گفته می شود. بنا به کار برد مورد انتظار از فولاد می توان سه نوع خستگی را برای آن در نظر گرفت:
- خستگی چرخه زیاد
- خستگی چرخه کم
- خستگی چرخه بسیار زیاد
برای بالا بردن استحکام سازه های فولادی در کاربردهای متفاوت، باید از آلیاژهای خاصی از فولاد که دارای میزان کربن بیشتری هستند استفاده کرد. فولاد st52 یکی از این فولادهای مستحکم است که در گروه فولاد های کربن دار دسته بندی می شود. از این فولاد می توان در ساخت ریل های راه آهن استفاده کرد البته باید گفت که مستحکم شدن فولاد و مقاوم شدن آن به دلیل افزایش میزان کربن، سبب می شود که قابلیت جوشکاری آن کاهش پیدا کند و شکل پذیری بالایی نداشته باشد؛ اما فولاد st52 دارای قابلیت جوشکاری نیز می باشد.
ترک خوردگی فولاد
وجود ترک در فولاد باعث کاهش استحکام سازه های فولادی می شود. سازه های فولادی ممکن است بنا به دلایلی دچار ترک شود؛ ترک موجود در این سازه ها با گذشت زمان افزایش پیدا می کند و در نهایت منجر به شکسته شدن سازه فولادی می شود.
کم شدن ضخامت فولاد
کم شدن ضخامت فولاد باعث کاهش استحکام سازه های فولادی می شود. زمانی که از فولاد در ساخت سازه های فولادی استفاده می شود و این سازه ها در معرض خوردگی و زنگ زدگی قرار می گیرند، ضخامت آن ها نیز رفته رفته کاهش پیدا می کند؛ برای مثال پل هایی که از فولاد ساخته شده اند با گذشت زمان به دلایل گفته شده ضخامت آن ها کاهش پیدا می کند و همین دلیل در طولانی مدت باعث کاهش استحکام سازه های فولادی می شود.
اضافه بار
اضافه بار باعث کاهش استحکام سازه های فولادی می شود. اعمال بار زیاد به سازه می تواند باعث تغییر شکل و ضعیف شدن المان های فولادی شود. زمانی که فولاد مجبور باشد بار زیادی را تحمل کند به مرور استحکام آن کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه سازه فولادی غیر امن می شود و احتمال آسیب دیدگی به آن افزایش پیدا می کند.
یکی از مهم ترین انواع فولاد مورد استفاده در سازه های فولادی، میلگرد فولادی است. میلگرد فولادی در سازه ها نقش کمک کننده به بتن را در بر دارد. بتن دارای مقاومت خوبی نسبت به فشار است اما مقاومت کششی آن ضعیف است. بالا بودن استحکام میلگردهای فولادی در طول زمان سبب می شود بتن نیز بتواند کار خود را درستی انجام دهد.
دمای بالا
ایی و در نهایت ضعیف شدن سازه فولادی شود.
خطا در طراحی یا ساخت
طراحی یا ساخت ضعیف باعث کاهش استحکام سازه های فولادی می شود. اگر سازه ای که قرار است با استفاده از فولاد ساخته شود در هنگام طراحی با خطا مواجه شود و طراح به این خطاها پی نبرد و یا این که در حین ساخت سازه، خطایی اتفاق بیفتد، همه این عوامل می‌تواند منجر به ضعیف شدن سازه های فولادی شوند و در نتیجه استحکام آنها به مرور کاهش پیدا می کند و در نهایت باعث خراب شدن سازه می شود.
بیشتر بخوانید: کاربرد فولاد زنگ نزن در صنایع نظامی و ساختمانی
