در کاوش در دنیای وسیع مواد، فولاد به عنوان یک ماده قابل توجه به دلیل استحکام، تطبیق پذیری و نقش آن در پیشرفت انسان برجسته می شود. این درس به بررسی ماهیت فولاد می پردازد، آن را در دسته های وسیع تری از فلزات و آلیاژها قرار می دهد و خواص منحصر به فرد و کاربردهای متعدد آن را بررسی می کند.
فلزات عناصری هستند که عموماً دارای سطحی براق هستند، جریان الکتریسیته و گرما را به خوبی هدایت می کنند و می توانند تحت تنش بدون شکستگی تغییر شکل دهند. نمونه های رایج عبارتند از آهن، مس، آلومینیوم و طلا. فلزات به دو گروه اصلی طبقه بندی می شوند: فلزات آهنی که حاوی آهن هستند و فلزات غیرآهنی که حاوی آهن نیستند. این تمایز مهم است زیرا فلزات آهنی هنگام قرار گرفتن در معرض رطوبت مستعد زنگ زدگی هستند، در حالی که بیشتر فلزات غیر آهنی در برابر خوردگی مقاومت می کنند.
آلیاژ ماده ای است که از ذوب و اختلاط دو یا چند عنصر به دست می آید که حداقل یکی از آنها فلز است. آلیاژها برای افزایش خواص خاص فلزات مانند استحکام، مقاومت در برابر خوردگی یا هدایت الکتریکی طراحی شده‌اند. به عنوان مثال، برنز، آلیاژی از مس و قلع، به دلیل ماهیت سخت‌تر و بادوام‌تر نسبت به مس خالص، یکی از اولین آلیاژهایی بود که توسط انسان کشف و مورد استفاده قرار گرفت. ترکیب و فرآیندهای ساخت آلیاژها را می توان به دقت تنظیم کرد تا نیازهای خاص را برای کاربردهای مختلف برآورده کند.
فولاد آلیاژی است که عمدتاً از آهن ( Fe ) با مقدار کمی کربن ( C ) ساخته شده است. محتوای کربن معمولاً از 0.02٪ تا 1.5٪ از جرم کل آلیاژ متغیر است. این افزودن اندک کربن به طور قابل توجهی سختی و استحکام کششی آهن را افزایش می دهد و فولاد را برای ساخت و ساز بسیار مفیدتر می کند. فرآیند تبدیل آهن به فولاد شامل حرارت دادن سنگ آهن در کوره بلند برای تولید آهن مذاب و سپس افزودن کربن و عناصر دیگر مانند منگنز ( Mn ) برای رسیدن به ترکیب شیمیایی مورد نظر است.
فولاد بر اساس ترکیبات شیمیایی و کاربردهای آن به چهار دسته اصلی طبقه بندی می شود:
خواص فولاد بسته به ترکیب و عملیات آن می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. با این حال، برخی از ویژگی های رایج عبارتند از:
تولید فولاد را می توان در مراحل زیر خلاصه کرد:
صنعت فولاد یکی از بزرگترین تولیدکنندگان صنعتی دی اکسید کربن در جهان است که یک گاز گلخانه ای اصلی است. با این حال، تلاش های قابل توجهی برای کاهش ردپای زیست محیطی تولید فولاد در حال انجام است. فن‌آوری‌هایی مانند کوره‌های قوس الکتریکی (EAFs)، که فولاد ضایعات را بازیافت می‌کنند، و روش‌هایی برای جذب و استفاده از CO 2 منتشر شده، نمونه‌هایی از این ابتکارات هستند. علاوه بر این، دوام و قابلیت بازیافت فولاد آن را به ماده ای کلیدی برای ساختن آینده ای پایدار تبدیل می کند.
تطبیق پذیری فولاد امکان استفاده از آن را در طیف وسیعی از صنایع و کاربردها فراهم می کند:
فولاد، یکی از اعضای برجسته خانواده فلزات و آلیاژها، به عنوان ستون فقرات صنعت و زیرساخت مدرن عمل می کند. انواع متنوع آن، که هر کدام دارای خواص و کاربردهای متمایز هستند، بر تطبیق پذیری مواد تاکید دارند. از طریق پیشرفت در تکنیک‌های تولید و شیوه‌های پایدار، فولاد همچنان بخشی اساسی از تمدن بشری است و نوآوری و توسعه را در زمینه‌های متعددی هدایت می‌کند.
اکتشاف فولاد، ترکیب، خواص، انواع و کاربردهای آن، نگاهی اجمالی به قلمرو وسیع‌تر علم مواد ارائه می‌کند. این نقش مهمی را که فلزات و آلیاژها در زندگی روزمره ما ایفا می کنند و امکانات بی پایانی که مهندسی مواد برای حل برخی از مهم ترین چالش های جهان ارائه می دهد را نشان می دهد.
