شاید تاکنون این سؤال به ذهنتان خطور نکرده باشد که «آیا ممکن است به جای فولاد معمولی، مقاطع فولادی از نوع دیگری از فولاد ساخته شوند؟». دلیل آهن هم روشن است، فولاد معمولی یا فولاد کربن، پرکاربردترین آلیاژ برای ساخت انواع مقاطع فولادی و به خصوص تیرآهن است. این مقاله، به معرفی انواع آلیاژ تیرآهن اختصاص دارد و در آن علاوه بر پاسخ به سؤالی مثل «فولاد کربنی چیست»، انواع آلیاژ تیرآهن ضدزنگ نیز تشریح شده است.
آلیاژ چیست؟
به ترکیب چند عنصر فلزی یا غیرفلزی با یک فلز پایه، آلیاژ می‌گویند. در آلیاژهای فولادی معمولاً فلز پایه، کربن است و عناصر دیگری مثل کروم، نیکل، مولیبدن و تیتانیوم به آن اضافه می‌شود. تغییر در ترکیب کربن با هر کدام از این عناصر، خواص مکانیکی و فیزیکی میلگرد یا تیرآهن ساختهشده از آن آلیاژ خاص را تغییر می‌دهد. فولاد کربن و فولاد ضدزنگ، پرکاربردترین آلیاژهای فولادی در صنعت ساختمان به شمار می‌روند.
فولاد کربنی چیست؟
فولاد کربنی پرکاربردترین آلیاژ تیرآهن در کل جهان است. همانطور که از نام آن مشخص است، عنصر غالب در این نوع فولاد، کربن بوده و به دلیل خواص کربن، تیرآهن ساختهشده از آن دارای سختی و دوام بالایی هستند. بر همین اساس، هرچه میزان کربن به کار رفته در یک مقطع فولادی خاص مانند میلگرد یا تیرآهن بیشتر باشد، میزان انعطاف‌پذیری آن کمتر شده و قابلیت شکنندگی آن افزایش می‌یابد. البته برخی از روش‌های تولید، خواص مکانیکی مذکور را بهبود می‌بخشند. استانداردهای مختلفی برای نام‌گذاری و دسته‌بندی فولاد کربن و انواع آلیاژ فولاد وجود دارد که ASTM آمریکا مشهورترین و پرکاربردترین آن‌هاست. دسته‌بندی انواع فولاد کربن را در ادامه مشاهده می‌کنید:
• فولاد کم‌کربن با میزان کربن کمتر از 0.2 درصد
• فولاد کربن متوسط با میزان کربن بین 0.2 تا 0.6 درصد
• فولاد پرکربن با میزان کربن بالای 0.6 درصد
عموماً در فرایند تولید فولاد کربنی، آلیاژ دیگری به آن اضافه نمی‌شود؛ یعنی فرایند تولید شمش فولاد کربن، با حرارت دادن سنگ‌آهن استخراج شده از معدن آغاز شده و با شکل‌دهی و خنک‌سازی آن، پایان می‌یابد. به همین دلیل به برخی از انواع آن فولادهای غیرآلیاژی نیز می‌گویند. اگر قصد انجام محاسبات مربوط به میزان تیرآهن موردنیاز در پروژه‌تان را دارید، باید بدانید که در جدول اشتال تیرآهن، اعدادی که متناظر با هر سایز تیرآهن درج شده، مربوط به تیرآهن‌های ساختهشده از فولاد کربنی است.
استنلس استیل یا آلیاژ فولاد ضدزنگ چیست؟
دومین آلیاژ پرکاربرد در بین آلیاژهای تیرآهن، فولاد ضد رنگ است. این نوع فولاد بیشتر در صنعت و جاهایی که مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدن اولویت دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. میزان کربن موجود در این نوع فولاد در مقایسه با فولاد کربنی به وضوح کمتر است و کمبود این عنصر، با عناصر دیگری مثل کروم، منگنز، سیلیسیوم، مولیبدن و نیکل جبران شده است. این عناصر علاوه بر افزایش مقاومت فولاد در برابر خوردگی، استحکام کششی و حد تسلیم فولاد ضدزنگ را کاهش داده و انعطاف‌پذیری آن را افزایش می‌دهند.
انواع استنلس استیل به 4 دسته زیر تقسیم می‌شود:
• فولاد ضدزنگ فریتی
• فولاد ضد نزن آستنیتی
• فولاد ضدزنگ مارتنزیتی
• فولاد زنگ نزن آستنیتی-فریتی
• فولاد رسوب سخت شده
برخلاف فرایند تولید شمش فولاد کربن، در تولید شمش فولاد ضدزنگ، برخی از عناصر جانبی مثل کروم و نیکل به سنگ‌آهن مذاب، اضافه می‌شود.
با انواع آلیاژهای تیرآهن آشنا شوید:
علاوه بر استفاده از آلیاژهای بالا، ممکن است از آلیاژهای دیگری نیز در ساخت تیرآهن استفاده شود. به این منظور، در فرایند تولید تیرآهن معمولی یا تیرآهن هاش برخی عناصر خاص به فولاد کربنی اضافه می‌شوند.
هدف از افزودن این عناصر، بهبود برخی از خواص مکانیکی، شیمیایی یا فیزیکی تیرآهن است. البته این نکته را در نظر بگیرید که علاوه بر قیمت آهن، افزودن هر کدام از این عناصر می‌تواند بر قیمت تیرآهن نیز اثرگذار باشد. این موضوع را باید در محاسبه تیرآهن برای ساختمان نیز در نظر داشته باشید. در ادامه، با این عناصر و خاصیت هر کدام آشنا می‌شوید:
کروم (Alliage nickel-chrome)
نقش کروم در فولاد، ضدزنگ کردن آن و افزودن خاصیت ضد خوردگی است. برای افزودن این خاصیت، میزان کروم موجود در فرایند تولید تیرآهن را بین 10.5 تا 27 درصد افزایش می‌دهند. افزودن کروم منجر به ایجاد ناخالصی در ظاهر تیرآهن می‌شود. این فلز به دلیل مقاومت بالای در برابر رطوبت در مقایسه با سایر عناصر، محبوبیت زیادی در بین سازندگان تیرآهن ضدزنگ دارد.
منگنز (Manganese)
افزودن منگنز به فرایند تولید تیراهن، خواص مکانیکی، میزان سختی و مقاومت محصول نهایی را بهبود می‌بخشد. این عنصر می‌تواند جایگزین مناسبی برای نیکل (به دلیل قیمت بالا) باشد.
نیکل (Nickel)
نیکل در کنار کروم، منجر به تشکیل مهمترین دسته فولادهای ضدزنگ می‌شود و به همین دلیل اگر این 2 عنصر با یکدیگر به فرایند تولید تیرآهن اضافه شوند، مقاومت آن در برابر گرما و خوردگی را به صورت هم‌زمان بالا می‌برند. البته استفاده از نیکل می‌توانند قیمت تیرآهن را افزایش دهد.
مولیبدن و نیتروژن (Nitrogen & Molybdenum)
استفاده از مولیبدن و نیتروژن موجب می‌شود که مقاومت تیرآهن در محیط‌هایی که علاوه بر رطوبت، دارای دوز بالایی از گوگرد و کلر هستند، به شدت افزایش یابد.
مس (copper)
افزودن مس نیز همانند عناصر دیگر، منجر به افزایش میزان مقاومت تیراهن در برابر خوردگی و رطوبت می‌شود، اما مس یک خاصیت دیگر را نیز به تیرآهن اضافه می‌کند و آن هم مقاومت نمودن این مقاطع فولادی در برابر آب دریا و اسید سولفوریک است.
تیتانیوم (Titanium)
اگر می‌خواهید جوش‌پذیری تیرآهنی که می‌خرید بالا باشد، پیش از خرید میزان تیتانیوم موجود در ساختار آن را بررسی کنید. در صورت بالا بودن این عنصر به میزان 0.25 تا 0.6 درصد، تیرآهن برای عملیات جوشکاری ایده آل خواهد بود.
فسفر و گوگرد (Phosphorus and sulfur)
این 2 عنصر نیز خاصیت ضد خوردگی را به تیراهن اضافه می‌کنند، اما اصلی‌ترین کارکرد آن‌ها، بهبود خواص ماشین‌کاری تیرآهن به شمار می‌رود.
آلیاژ تیرآهن می‌تواند عنصری مهم در تعیین کاربرد و قیمت آن باشد. به عنوان مثال، آلیاژ تیرآهن ضدزنگ منجر به افزایش قیمت و کمیاب شدن این مقطع فولادی خاص شده است. امیدواریم با خواندن این مقاله، پاسخ سؤالاتی مثل «فولاد کربنی چیست» و سایر سؤالات مربوط به آلیاژهای تیرآهن را گرفته باشید.