انواع فولاد ها و طبقه بندی آن‌ ها

انواع فولاد ها بر چه اساسی طبقه بندی می شوند؟ فولادهای پرکاربردی مانند فولاد ضدزنگ، فولاد ابزار و ...در کدام دسته از فولادها قرار می گیرند؟ عوامل و پارامترهای مختلفی برای طبقه بندی فولادها وجود دارند که هر یک دسته وسیعی از فولادها براساس کاربرد، خواص، نحوه تولید و... را شامل می‌شوند. مهم‌ترین فاکتورهای موجود برای طبقه بندی انواع فولاد ، استانداردها هستند که شامل ASTM، AISI، DIN، EN و... می‌شوند. در ادامه به دسته بندی کامل فولادها و بررسی آن‌ها از دیدگا های گوناگون پرداخته شده است. همچنین، به منظور تفهیم هرچه بهتر این مقاله، پیشنهاد می‌شود که ابتدا مقاله تفاوت آهن و فولاد چیست را مطالعه نمایید.

طبقه بندی انواع فولاد ها

به طور کلی، فولادها را می‌توان براساس پارامترهای مختلفی طبقه‌بندی کرد. این دسته‌بندی‌ها، کلی‌ترین و جامع‌ترین نوع طبقه‌بندی انواع فولاد است که تمامی گریدهای فولادی در انواع شکل‌ها و خواص را شامل می‌شود. این دسته‌بندی شامل موارد زیر می‌شود:

• بر اساس ترکیب شیمیایی
• بر اساس روش تولید
• تمام‌کاری نهایی
• برحسب شکل محصول
• روش اکسیژن زدایی
• بر اساس ریزساختار
• بر اساس استحکام
• نوع عملیات حرارتی

طبقه بندی فولاد ها بر اساس ترکیب شیمیایی

تمامی فولادها از ترکیبی از آهن و کربن به همراه برخی عناصر آلیاژی دیگر تشکیل‌شده‌اند. وجود و یا عدم وجود این عناصر آلیاژی و نیز مقدار کربن، انواع فولاد را از یکدیگر متمایز می‌کند. فولادها بر اساس ترکیب شیمیایی به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

فولاد کربنی

فولادهای ساده کربنی که به آن‌ها فولاد غیر آلیاژی نیز گفته می‌شود، خود به دو دسته فولاد کربنی و فولاد کربنی دماپایین تقسیم می‌شوند. این دو نوع فولاد درصد عناصر کربن، نیکل و منگنز یکسانی دارند و تنها روش ساخت، آن‌ها را از یکدیگر متمایز می‌کند. فولادهای کربنی دماپایین از طریق عملیات حرارتی فولادهای ساده کربنی حاصل می‌شوند. فولادهای کربنی به‌صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• فولاد کم کربن
• فولاد کربن متوسط
• فولاد کربن بالا

اینکه دقیقاً به چه فولادی کم کربن گفته می‌شود، بر اساس استانداردهای مختلف و نوع کاربرد متفاوت است. به‌عنوان‌مثال، طبق استاندارد ASTM، فولاد کم کربن مورداستفاده در صنایع خودروسازی باید حداکثر 0.1% و در صنایع پتروشیمی و نیروگاهی حداکثر 0.3% کربن داشته باشند. اما به‌طور تقریبی، فولادهایی که کمتر از 0.3% کربن دارند در دسته فولادهای کم کربن قرار می‌گیرند. فولادهای کربن متوسط حاوی 0.3 تا 0.6 درصد کربن هستند و این مقدار برای فولادهای پر کربن بالاتر از 0.6 درصد است.

فولاد های آلیاژی

فولادهای آلیاژی بر اساس وجود عناصر آلیاژی نظیر کروم، نیکل، منیزیم، مولیبدن، تیتانیم و... دسته‌بندی و تعریف می‌شوند. این دسته‌بندی‌ها بر اساس مقدار عناصر آلیاژی، خواص و کاربرد مطرح است

جدول انواع فولاد ساده کربنی و آلیاژی

فولاد کم آلیاژ

فولادهای کم آلیاژ به دسته‌ای از فولادها گفته می‌شود که مطابق با استاندارد ASTM، مجموع عناصر آلیاژی در آن‌ها کمتر از 5% است. این فولادها به دلیل مقدار کم عناصر آلیاژی، قیمت کمتری نیز دارند.

فولاد پر آلیاژ

این دسته از فولادها حاوی مقدار عناصر آلیاژی بیشتری نسبت به فولادهای کم آلیاژ هستند. مطابق استاندارد ASTM، به فولادهایی که مجموع عناصر آلیاژی در آن‌ها بیش از 5% است، فولاد پر آلیاژ گفته می‌شود. از مهم‌ترین فولادهای پر آلیاژ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• فولاد مارایجینگ
• فولاد ضدزنگ
• فولاد ابزار

فولاد میکرو آلیاژی استحکام بالا

در این نوع فولادها هر عنصر آلیاژی کمتر از 0.1% است که معمولاً شامل یکی از عناصر نیوبیم، وانادیم و تیتانیم می‌شوند. فولادهای میکرو آلیاژی دارای استحکام تسلیم بالای 320 مگاپاسکال و استحکام کششی بالای 440 مگاپاسکال هستند و به همین سبب، در دسته فولادهای استحکام بالا قرار می‌گیرند.

فولاد ضد زنگ

فولادهایی که حداقل 10.5% کروم دارند و با مقاومت به خوردگی بسیار خوب شناخته می‌شوند، همان فولادهای ضدزنگ هستند. علاوه بر کروم، نیکل نیز یک عنصر آلیاژی مهم در فولادهای ضدزنگ است که مقاومت به خوردگی و استحکام در دمای پایین را از طریق کاهش DBTT (دمای انتقال نرمی به تردی) برای فولاد ضدزنگ به ارمغان می‌آورد. انواع فولادهایی که در بازار به استیل بگیر و استیل نگیر معروف‌اند، به ترتیب بر فولادهای ضدزنگ فریتی و آستنیتی دلالت دارند. انواع فولاد ضدزنگ به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

• فریتی
• آستنیتی
• مارتنزیتی
• دو فازی
• رسوب سخت شده

جدول انواع فولاد ضد زنک

فولاد ابزار

همان‌طور که از نام آن مشخص است، این فولاد برای ساخت ابزار برش و ابزار شکل‌دهی به‌کاربرده می‌شود. ابزارهای برش باید سختی و استحکام بالاتری نسبت به نمونه‌های تحت فرآیند خود داشته باشند و فولادهای ابزار که کربن بالایی دارند، این سختی و استحکام را تأمین می‌کنند. فولادهای ابزار جزو سخت‌ترین فولادهای موجود محسوب می‌شوند. در جدول زیر انواع فولاد ابزار مشخص‌شده‌اند.

جدول انواع فولاد ابزار

طبقه بندی فولاد بر اساس روش تولید

روش تولید به‌طور مستقیم هم بر کیفیت و هم بر خواص فولاد تأثیرگذار است. بنابراین، کنترل خواص و ریزساختار از طریق کنترل روش تولید امکان‌پذیر است. روش‌های معمول در تولید فولاد شامل روش کوره باز، روش بسمر، کوره اکسیژن قلیایی و کوره الکتریکی می‌شوند.

حدود 70% فولاد جهان به روش کوره اکسیژن قلیایی یا BOF تولید می‌شود. این روش، درواقع بهینه‌سازی شده روش بسمر است. روش کوره الکتریکی نیز فولادهای بسیار باکیفیتی تولید می‌کند که شامل فولادهای ابزار و ضدزنگ می‌شوند؛ اما هزینه بسیار بیشتری نسبت به دیگر روش‌ها دارد و تنها 30% از کل فولاد جهان به این روش تولید می‌شود.

انواع فولاد بر اساس تمام‌ کاری نهایی

تمام‌کاری نهایی علاوه بر حفظ کیفیت و بهبود آن در فولاد، در ایجاد یک سطح تمام‌شده مناسب نیز کمک می‌کند. فولادها برحسب نوع تمام‌کاری نهایی به انواع فولاد نورد سرد و فولاد نورد گرم تقسیم می‌شوند. تمام‌کاری سرد، سطح مناسب‌تری را ارائه می‌دهد.

طبقه بندی فولاد بر اساس شکل

فولادها پرمصرف‌ترین فلزات در کاربردهای صنعتی و ساختمانی هستند. این فلز به شکل‌های گوناگونی در صنایع مختلف و ساخت‌وساز به کار می‌رود. شمش فولادی، نخستین شکلی است که فولاد به خود می‌گیرد. میلگرد، تیرآهن، لوله، ورق، پروفیل و... از دیگر شکل‌های فولاد هستند که در ساخت‌وساز رواج دارند. برای مشاهده قیمت انواع آهن آلات به لینک زیر مراجعه کنید.

انواع فولاد بر اساس روش اکسیژن زدایی

برخی فولادها دارای مقدار قابل‌توجهی اکسیژن هستند. این مقدار اکسیژن شاید در برخی موارد حدود 0.02 تا 0.04 درصد باشد اما همین مقدار کم هم مضر است. از فولادی که اکسیژن آن حذف نشده است تحت عنوان فولاد جوشان (Rimmed Steel) یاد می‌شود. فولاد جوشان چون دارای اکسیژن است، با کربن واکنش داده و تولید تخلخل و حفرات گازی CO می‌کند که مضر است. این نام‌گذاری به‌این‌علت است که در فولاد جوشان به دلیل آزاد شدن CO یک حالت مشابه جوشیدن ایجاد می‌شود.

اگر مقداری از اکسیژن فولاد حذف‌شده باشد، به آن فولاد نیمه آرام (Semi killed Steel) می‌گویند و فولادی که تمام اکسیژن آن حذف شود، به فولاد آرام (Killed Steel) معروف است. گونه دیگری از فولاد نیز وجود دارد که حالتی بین فولاد نیمه آرام و آرام دارد و به آن فولاد سر دار (Capped Steel) می‌گویند.

فولادها بر اساس ریزساختار

خواص یک ماده تابعی از ریزساختار آن است و با کنترل ریزساختار می‌توان خواص را کنترل کرد. فولادها نیز دارای انواع ریزساختارها هستند که هر یک ویژگی‌هایی مانند استحکام، سختی، خواص مغناطیسی و... را به آن می‌بخشند. فولادها بر اساس ریزساختار به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

• فریتی
• پرلیتی
• مارتنزیتی
• بینیتی

انواع فولاد برحسب استحکام

اولین هدف از تولید فولاد، دستیابی به یک فلز با استحکام بالاتر از آهن است. استحکام مهم‌ترین خاصیت مکانیکی فولاد است که کاربرد فراوان آن در صنعت را توجیه می‌کند. بر اساس استحکام، فولادها به انواع کم استحکام، فولاد استحکام متوسط و فولاد استحکام بالا تقسیم می‌شوند. ازجمله معروف‌ترین فولادهای استحکام بالا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• فولاد دو فازی DP (Dual Phase)
• فولاد TRIP (Transformation Induced Plastic)
• فولاد BH (Bake Hardening)
• فولاد میکرو آلیاژ استحکام بالا HSLA (High Strength Low Alloy)

فولادها بر اساس عملیات حرارتی

در بخش‌های قبل اشاره شد که خواص فولاد با کنترل ریزساختار آن قابل‌تغییر و بهینه‌سازی است. فرآیندی که می‌توان از طریق آن ریزساختار فولاد را کنترل کرد، عملیات حرارتی است. بر اساس عملیات حرارتی، انواع فولادهای آنیل شده، فولاد تمپر شده و فولاد کوئنچ شده را داریم.

سوالات متداول

1- انواع فولاد ها بر چه اساس طبقه بندی می شوند؟

استانداردهای مختلف، فولادها را بر اساس ترکیب شیمیایی، روش تولید، شکل، استحکام و... طبقه بندی می‌کنند.

2- سخت ترین نوع فولاد کدام است؟

فولاهای ابزار جزو سخت ترین فولادها هستند که برای ساخت ابزار برش به کار می‌روند.

3- آیا فولاد ضد زنگ آلیاژی است؟

فولاد ضدزنگ از مقدار بالایی از عناصر کروم و نیکل به عنوان عناصر اصلی تشکیل شده است و بنابراین آلیاژی است.

4- تفاوت فولاد کم کربن و فولاد آلیاژی چیست؟

فولاد کم کربن معمولا دارای مقدار کربن کمتر از 0.3 درصد است اما فولادهای آلیاژی با عناصر آلیاژی همچون کروم، نیکل، مولیبدن، تیتانیم و... همراه هستند و استحکام بسیار بالاتری از فولاد کربنی دارند.