معرفی فولاد کم کربن و انواع آن

فولاد کم کربن یکی از پرکاربردترین انواع فولاد در صنایع مختلف محسوب می شود که به دلیل میزان پایین کربن (معمولاً کمتر از ۰.۳ درصد)، دارای ویژگی هایی مانند شکل پذیری بالا، قابلیت جوشکاری مناسب و مقاومت در برابر ضربه است. این نوع فولاد به دلیل انعطاف پذیری بالا و قابلیت پردازش آسان، در تولید ورق های فلزی، قطعات خودرو، لوله ها و سازه های ساختمانی استفاده می شود. در این مقاله، به معرفی فولاد کم کربن، ویژگی های آن و دسته بندی های مختلف این نوع فولاد می پردازیم و قیمت آن را با قیمت آهن آلات دیگر مقایسه می کنیم.

فولاد کم کربن چیست؟

فولاد کم کربن، که به آن فولاد نرم (Mild Steel) نیز گفته می شود، نوعی آلیاژ آهنی است که حاوی مقدار کمی کربن (معمولاً بین 0.05٪ تا 0.25٪ وزنی) است. این میزان پایین کربن باعث می شود که فولاد دارای ویژگی هایی مانند شکل پذیری بالا و قابلیت جوشکاری و ماشینکاری مناسب باشد. با این حال، به دلیل محتوای کربن پایین، این نوع فولاد از استحکام و سختی کمتری نسبت به فولادهای با کربن بالاتر برخوردار است. همچنین، به دلیل محتوای آهن بالا، فولاد کم کربن دارای خواص مغناطیسی است.

ویژگی های فولاد کم کربن

فولاد کم کربن، که به آن فولاد نرم نیز گفته می شود، دارای ویژگی هایی است که منشأ اکثر آنها، مقدار کم عنصر کربن است. در ادامه، ویژگی های این نوع فولاد را بررسی می کنیم:

• شکل پذیری و انعطاف پذیری بالا:
  محتوای کربن پایین (معمولاً بین 0.05٪ تا 0.25٪) باعث می شود این فولاد قابل انعطاف باشد. این ویژگی امکان شکل دهی و فرم دهی آسان را فراهم می کند.
  
• قابلیت جوشکاری و ماشین کاری:
  به دلیل ترکیب شیمیایی ساده و محتوای کربن کم، این فولاد به راحتی جوشکاری و ماشینکاری می شود، بدون اینکه ترک یا تردی در آن ایجاد شود.
  
• استحکام و سختی پایین تر:
  در مقایسه با فولادهای پر کربن، انواع فولاد کم کربن استحکام و سختی کمتری دارد، اما این ویژگی ها برای بسیاری از کاربردهای عمومی کافی است.
• قابلیت سخت کاری محدود:
  این فولاد قابلیت سخت کاری از طریق عملیات حرارتی را ندارد و برای افزایش استحکام باید تحت عملیات سرد قرار گیرند.
• خواص مغناطیسی:
  محتوای بالای آهن در این فولاد، آن را دارای خواص مغناطیسی می کند.
  
• مقرون به صرفه بودن:
  به دلیل ترکیب شیمیایی ساده و فرآیند تولید آسان، قیمت پروفیل کم کربن مقرون به صرفه است.
  
• مقاومت به خوردگی نسبی:
  فولاد کم کربن مقاومت نسبی به خوردگی دارد، اما این مقاومت به اندازه فولادهای ضد زنگ (استنلس استیل) نیست. با این حال، با اعمال پوشش های محافظ مانند رنگ یا گالوانیزه کردن، می توان مقاومت آن را افزایش داد.

کاربردهای فولاد کم کربن

فولاد کم کربن به دلیل ویژگی های خاصی که دارد، در صنایع مختلف به شکل گسترده ای استفاده می شود. در صنعت ساخت و ساز، از این نوع فولاد برای تولید مقاطع ساختمانی مانند تیر، ستون و ورق های فلزی استفاده می شود که در ساختمان ها و پل ها به کار می روند.

از آنجا که فولاد کم کربن قیمت مناسبی دارد و امکان اعمال پوشش های محافظ برای افزایش مقاومت به خوردگی بر روی آن هست، در حوزه صنایع خانگی نیز کاربرد وسیعی دارد. این فولاد برای تولید ظروف آشپزخانه، وسایل خانگی و بسته بندی مواد غذایی به کار می رود.

در خودروسازی، فولاد کم کربن در ساخت قطعاتی مانند بدنه خودرو، شاسی و قطعات داخلی به کار می رود، زیرا علاوه بر کاهش هزینه ها، پردازش و شکل دهی آن نیز آسان است.

همچنین، این فولاد در تولید لوله ها و اتصالات صنعتی که نیاز به استحکام متوسط و قابلیت جوشکاری بالا دارند، استفاده می شود. علاوه بر موارد فوق، فولاد با کربن پایین در ساخت قوطی های مواد غذایی و سایر محصولات فلزی که نیاز به شکل دهی دقیق دارند، کاربرد دارد.

سایر استفاده های این فولاد شامل تولید سیم ، فنس ، تابلو و علائم ترافیکی، مبلمان و دکوراسیون است. این گستره وسیع از کاربردها نشان دهنده اهمیت و نقش کلیدی فولاد کم کربن در صنایع مختلف است. 

مراحل تولید فولاد کم کربن

برای تولید انواع فولاد کم کربن، مراحل متعددی به دنبال هم لازم است:

در مرحله نخست، مواد اولیه اصلی شامل سنگ آهن و زغال سنگ از معادن استخراج می شوند. سنگ آهن به عنوان منبع اصلی آهن و زغال سنگ به عنوان سوخت و عامل احیا کننده در فرآیند تولید فولاد به کار می روند.

سپس، این مواد به کوره بلند منتقل می شوند. در این کوره، سنگ آهن و زغال سنگ در دمای بالا ذوب می شوند تا آهن مذاب تولید شود. در این مرحله، زغال سنگ به عنوان منبع کربن عمل می کند و با اکسیژن موجود در سنگ آهن واکنش داده و آهن خالص را آزاد می کند.

آهن مذاب حاصله حاوی مقادیر بالایی کربن و ناخالصی های دیگر است که برای تولید فولاد کم کربن باید کاهش یابند. برای این منظور، آهن مذاب به کوره های تصفیه، مانند کوره اکسیژن بازی (BOS) یا کوره قوس الکتریکی (EAF) منتقل می شود.

در فرآیند BOS، اکسیژن خالص به داخل آهن مذاب دمیده می شود که با کربن واکنش داده و آن را به دی اکسید کربن تبدیل می کند و به صورت گاز از مواد مذاب خارج می شود. این عمل باعث کاهش محتوای کربن به سطح مورد نظر می گردد. در فرآیند EAF، از قوس الکتریکی برای ذوب ضایعات فولادی و تنظیم ترکیب شیمیایی استفاده می شود.

پس از تصفیه و کاهش کربن، ترکیب شیمیایی فولاد با افزودن عناصر آلیاژی مورد نیاز تنظیم می شود تا خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب حاصل شود. سپس، فولاد مذاب در قالب های مستطیلی ریخته گری می شود تا به شکل شمش های جامد درآید.

در مرحله نهایی، این شمش ها تحت فرآیندهای نورد گرم و سرد قرار می گیرند تا به محصولات نهایی مانند ورق، تیرآهن و سایر مقاطع فولادی تبدیل شوند. نورد گرم در دماهای بالا انجام می شود و به شکل دهی اولیه کمک می کند، در حالی که نورد سرد در دماهای پایین تر صورت می گیرد و به بهبود دقت ابعادی و خواص سطحی محصول نهایی منجر می شود.

مزایا و معایب فولاد کم کربن

فولاد کم کربن نیز مانند سایر انواع فولاد، دارای مزایا و معایبی است که آن را برای کارکردهای خاصی مناسب می سازد. در ادامه مزایا و معایب این نوع فولاد را بر می شماریم.

مزایا:

• شکل پذیری و انعطاف پذیری بالا:
  همان طور که ذکر شد، محتوای کربن پایین باعث می شود این فولاد نرم و قابل انعطاف باشد و بتوان از آن در کاربردهایی که نیاز به انعطاف هست استفاده کرد.
  
• قابلیت جوشکاری و ماشینکاری مناسب:
  به دلیل ترکیب شیمیایی ساده و محتوای کربن کم، این فولاد به راحتی جوشکاری و ماشینکاری می شود، بدون اینکه ترک در آن ایجاد شود.
  
• قیمت مناسب:
  به دلیل فرآیند تولید ساده تر و استفاده کمتر از عناصر آلیاژی، هزینه تولید این نوع فولاد پایین تر است.
  
• وزن کمتر:
  در مقایسه با فولاد معمولی، فولاد کم کربن سبک تر است.

معایب:

• استحکام و سختی کمتر: در مقایسه با فولادهایی با کربن بالاتر، فولاد کم کربن دارای استحکام و سختی کمتری است.
• مقاومت پایین در برابر سایش: به دلیل سختی کمتر، این نوع فولاد در برابر سایش و خراشیدگی مقاومت کمتری دارد.
• مقاومت کمتر در برابر زنگ زدگی: فولاد کم کربن به دلیل نداشتن عناصر آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی، در برابر زنگ زدگی مقاومت کمتری دارد.

جمع بندی

فولاد کم کربن، با مقدار کربن کمتر از 0.3٪، به دلیل شکل پذیری، قابلیت جوشکاری و هزینه پایین، در صنایع مختلف مانند ساختمان سازی، خودروسازی و تولید لوله، کاربرد فراوان دارد. این فولاد، مقاومت به ضربه و انعطاف پذیری بالایی دارد، اما استحکام و مقاومت به خوردگی آن محدود است. تولید آن شامل مراحل استخراج آهن، کاهش کربن در کوره ها، تنظیم ترکیب شیمیایی و نورد گرم و سرد است. فولاد کم کربن به دو نوع آلیاژی و غیر آلیاژی تقسیم می شود که نوع آلیاژی دارای عناصری مانند منگنز است.

سوالات متداول