فولاد یکی از پرکاربردترین آلیاژهای مورد استفاده در صنایع مختلف است. این فلز از ترکیب آهن خالص با عناصر دیگری همچون کربن، سیلیسیم، نیکل، مس و منگنز به وجود می آید و استحکام و مقاومت آن تا چندین برابر از آهن خالص بیشتر است. فولاد با توجه به میزان و نوع عناصر موجود در آن دسته بندی می شود و هر نوع از آن کاربردهای مختلفی در صنایع دارد. نوعی از فولاد در کارخانجات ذوب آهن تولید می شود که به آن فولاد نرم یا نرمه می گویند. این فولاد نرم خواص مکانیکی ایده آل تری برای ساختمان سازی دارد و به همین جهت در این صنعت کاربرد بیشتری دارد. در ادامه این مبحث به بررسی ویژگی های فولاد نرم و انواع آن خواهیم پرداخت. همچنین نگاهی به کاربردها، مزایا و معایب این فولاد پر مصرف خواهیم داشت.
از آنجایی که فولاد پرمصرف ترین فلز در صنایع مختلف است، می توان ویژگی های آن را تا حدودی با اضافه و کم کردن بعضی عناصر تغییر داد و برای کاربری های متنوع استفاده کرد. عناصری که در آلیاژ فولاد مورد استفاده قرار می گیرند شامل کربن، منگنز، سیلیسیم، مس و نیکل هستند. هر کدام از این عناصر تاثیر به خصوصی بر فولاد و ویژگی های آن می گذارند.
کربن: کربن عنصری است که اضافه کردن آن به فولاد باعث افزایش سختی و مقاومت فولاد می شود، ولی از طرفی مقاومت آن را به خمش کاهش می دهد و به عبارتی آن را شکننده می کند.
منگنز: بیشتر بودن میزان منگنز در فولاد مقاومت آن را نسبت به ساییدگی و ضربه بیشتر می کند. ضمن اینکه شکل پذیری فولاد منگنزدار نیز بیشتر و بهتر است.
سیلیسیم: سیلیسیم عنصری است که با فرمول مولکولی خاصی که با مولکول‌های فولاد ایجاد می‌کند باعث کاهش سرعت خوردگی محصول فولادی می‌شود.
نیکل و مس: معمولا فولاد ساختمانی و فولادی که برای ساخت محصولات مختلف مورد استفاده قرار می گیرد عناصر نیکل و مس بیشتری در محتوای خود دارد، زیرا این عناصر انعطاف پذیری فولاد و شکل پذیری آن را افزایش می دهند.
همان طور که از توضیحات فوق پیداست، عنصر کربن به میزان زیاد در فولاد برای فولاد ساختمانی خیلی مناسب نیست و کیفیت آن را کاهش و شکنندگی آن را افزایش می دهد. البته باید این نکته را هم متذکر شد که از فولاد با کربن بالا برای مصارف غیر ساختمانی و در جاهایی که نیاز به فولاد با سختی و استحکام زیاد است استفاده می شود.
حالا که با تاثیر عناصر مختلف بر فولاد آشنا شدیم درک فولاد نرم و معنی آن می تواند راحت تر باشد. البته قبل از آن دسته بندی فولاد براساس میزان کربن را بررسی می کنیم تا ببینیم فولاد نرمه در کدام دسته یا دسته ها قرار می گیرد. فولاد را بر اساس محتوای کربن آن به چهار دسته تقسیم می کنند:
با این تفاصیل، فولاد نرم یا فولاد نرمه به آن نوع فولادی گفته می شود که میزان کربن آن بسیار بسیار پایین و حداکثر در حدود 17/0 درصد باشد. به این معنی که فولاد نرم در دسته های فولاد کم کربن و فولاد با کربن ملایم قرار دارد. این فولاد به دلیل قابلیت شکل پذیری راحت و جوش پذیری مورد استفاده صنایع مختلف به خصوص صنایع ساختمان سازی قرار گرفته است. اصطلاحاً به فولاد نرم فولاد ساختمانی نیز گفته می شود، زیرا بیشتر استفاده آن در صنعت ساختمان سازی است. از فولاد نرم محصولات مختلفی همچون نبشی، میلگرد، ناودانی، تیرآهن، و انواع پروفیل ها در ابعاد و ضخامت مختلف تولید می شود.
فولاد نرم از نظر صنعتی در دو نوع st37 و st52 تولید می شود که هر کدام درجه نرمی متفاوتی دارد. فولاد st37 نرم ترین نوع فولاد است که جوش پذیری آن بسیار بالا و راحت است و به دلیل خواص مکانیکی عالی در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرد. فولاد st52 نیز به دلیل وجود عناصر مختلف در آن دارای ساختمان بلوری ریزتری است که به افزایش مقاومت آن انجامیده و در نتیجه جوش پذیری و انعطاف پذیری آن را افزایش داده است.
این نوع فولاد نرم در صنایع دیگری غیر از ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرد. البته به دلیل قیمت کمتر فولاد st52 به فولاد st37 گاهی در ساختمان سازی نیز از آن بهره گرفته می شود. استفاده از فولاد st52 وزن سازه را نیز کمتر می کند و به همین جهت مقرون به صرفه تر است. البته لازم به ذکر است فولاد st52 هزینه جوش را نیز افزایش می دهد.
در ادامه این نکته را باید متذکر شد که توجه به رفتار این فولادها در حین تنش، زلزله و باد ضروری است و گاهی لازم است که ترکیبی از ورق st37 و st52 برای بهبود مقاومت سازه مورد استفاده قرار گیرد. عدد بعد از حروف st نشان دهنده تنش نهایی فولاد است؛ به عنوان مثال، تنش تسلیم فولاد st37 معادل ۲۴۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است و تنش نهایی آن برابر است با ۳۷۰۰ کیلوگرم، که به همین جهت به آن فولاد ۳۷ نیز گفته می شود. از طرفی تنش تسلیم فولاد ۵۲ معادل ۳۶۰۰ کیلوگرم و تنش نهایی آن برابر با ۵۲۰۰ کیلوگرم است.
همان طور که قبلا گفته شد کربن در فولاد باعث سختی و سفتی آن و افزایش شکنندگی آن می شود. فولاد نرم به دلیل داشتن مقادیر کمی کربن خاصیت سختی خود را از داده است. از آنجایی که فولاد نرم پرکاربردتر از فولادهای دیگر است، باید بتوان کاری کرد که در عین انعطاف پذیری، مقاومت و سختی آن نیز افزایش پیدا کند تا طیف وسیع تری از صنایع را پوشش دهد. برای این منظور عملیاتی برای سخت کاری سطح فولاد نرم اجرا می شود که عملیات کربن دهی و عملیات حرارتی نام دارند.
یکی از مهمترین فرآیندهای سخت کاری فولاد نرم انجام عملیات کربن دهی است که باعث بهبود خواص مکانیکی این فولاد نظیر سختی و مقاومت به سایش می شود. طی این عملیات میزان کربن سطح فولاد را ۸ تا ۹ دهم درصد افزایش می دهند. این رقم به هیچ وجه نباید افزایش پیدا کند، زیرا زیاد شدن مقدار کربن روی سطح باعث ایجاد یک بافت لایه ای و کاهش سختی فولاد نرم می شود که خلاف هدف اصلی کربن دهی است. کربن با فناوری خاصی به سطح فولاد نرم تزریق شده و باعث ریزتر شدن بلورهای فولاد و در نتیجه افزایش سختی سطحی آن می شود و از طرف دیگر هم انعطاف پذیری آن را حفظ می کند.
روش دیگری برای سخت کاری فولاد نرم وجود دارد که به آن عملیات حرارتی گفته می شود. در طی فرآیند سخت کاری به روش حرارتی، فولاد نرم را در کوره تا رسیدن به دمای بحرانی حرارت می دهند. دمای بحرانی همان دمایی است که فلز خاصیت الکترومغناطیسی خود را از دست می دهد. سپس فولاد را تا مدت زمان طولانی در دمای ثابت حفظ می کنند و بعد بر اساس موارد استفاده و درجه سختی مورد نیاز، فولاد نرم را در آب و روغن یا آب و نمک غوطه ور می کنند تا به سختی لازم برسد.
کلام آخرفولاد نرم از پرکاربردترین فولادهای مصرفی در صنایع مختلف است. خواص مکانیکی این فولاد آن را برای تولید محصولات متنوع ایده آل کرده است. سختی این فولاد نسبت به انواع دیگر فولاد کمتر بوده و شکننده نیست؛ بنابراین می توان آن را به فرم های دلخواه شکل داد. لوازم متعددی که روزانه از آنها استفاده می کنیم از همین فولاد نرم تولید شده اند.