تعريف الفولاذ نتحدث عنه من خلال مقالنا هذا كما نذكر لكم مجموعة متنوعة أخرى من الفقرات المميزة مثل أنواع الفولاذ وأنواع الفولاذ و الختام تاريخ الفولاذ وأهميته تابعوا السطور القادمة.
محتويات المقال
تعريف الفولاذ
-الفولاذ أو الصلب هو سبيكة من الحديد تحتوي على إضافات من الكربون تتراوح بين (0.2% – 2.0%) من وزن السبيكة حسب نوع السبيكة، وهو يعتبر العنصر المضاف الأساسي في سبائك الصلب. إذا زادت نسبة الكربون في الحديد عن 2.1 % يصبح هشا ويسمى في تلك الحالة حديد زهر. تحتوي سبائك الصلب على نسب من معادن أخرى مثل النيكل والكروم والفاناديوم والسيليكون والموليبدينيوم والفسفور والكبريت وغيرها من العناصر الأخرى.
-يقوم الكربون وعناصر أخرى بتقسية الصلب، ومنع طبقات الحديد في البنية البلورية من الانزلاق فوق بعضها البعض (الانخلاع). باختلاف العناصر المضافة لسبائك الصلب وشكل وجودها في الصلب (كعناصر ذائبة في المعدن أو كترسبات في المعدن)، تختلف خواص السبائك مثل الصلادة والمرونة ومقاومة السبيكة للشد في سبيكة الصلب الناتجة عن تلك الإضافات.
-عندما تزداد نسبة الكربون في السبيكة عن (2.1%)، يطلق على هذه السبيكة اسم الحديد الزهر والتي تتميز بانخفاض درجة انصهارها وقابليتها للتَسَبُّك وأُنتج الصلب باستخدام طرق مختلفة قبل عصر النهضة بفترة طويلة، لكنها لم تكن طرقاً فعالة.
-أصبح استخدام الصلب أكثر شيوعاً بعد تطوير طرق إنتاجه في القرن السابع عشر بعد اختراع طريقة بسمر في منتصف القرن التاسع عشر، أصبح عملية إنتاج الصلب بكميات ضخمة غير مكلفة. بعد إضافة بعض التعديلات على هذه الطريقة، ظهرت طرق أخرى مثل فرن أكسجين قاعدي، التي خفضت تكلفة الإنتاج وحسّنت جودة المعدن.
أنواع الفولاذ
الفولاذ الكربوني:
يشكل هذا النوع من الفولاذ حوالي 90 % من إجمالي إنتاج الفولاذ، وينقسم الفولاذ الكربوني إلى ثلاثة مجموعات بالاعتماد على محتواها من الكربون وهي؛ فولاذ منخفض الكربون يحتوي على 0.3% كربون، وفولاذ متوسط يحتوي على نسبة كربون تتراوح ما بين 0.3% إلى 0.6%، وفولاذ عالي الكربون يحتوي على نسبة تزيد عن 0.6% كربون.
-الفولاذ السبائكي:
يتم إنتاج الفولاذ السبائكي بنسب متفاوتة من عناصر السبائك مثل المنغنيز والسيليكون والنيكل والتيتانيوم والنحاس والكروم والألمنيوم، حيث تساعد هذه النسب على معالجة خصائص الفولاذ كالصلابة والقوة وقابلية التشكيل والليونة وغيرها.
– الفولاذ المقاوم للصدأ
يتم إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ بإضافة ما بين 10 إلى 20% من الكروم كعنصر رئيس للسبيكة، ويقسم هذا النوع من الفولاذ إلى ثلاثة مجموعات وهي الفولاذ الأوستنيتي والفولاذ المارتنسايتي والفولاذ الحديدي.
فولاذ العِدد
يتم إنتاج فولاذ العِدد من خلال إضافة التنغستن والموليبدينوم والكوبالت والفاناديوم بكميات مختلفة لزيادة مقاومة الحرارة والمتانة، حيث يعد هذا النوع من الفولاذ جيد لقطع ومعدات الحفر، كما تشيع استخدامات الفولاذ هذا في قطاعات السيارات والبناء والسفن
خصائص الفولاذ
– المتانة
تعتبر صلابة الفولاذ عالية، مما يعكس قدرته على مقاومة الضغط. فهو طويل الأمد ومقاوم إلى حد كبير للتآكل الخارجي.
-موصل للحرارة والكهرباء
الفولاذ هو موصل جيد للحرارة والكهرباء. هذه الخصائص تجعله اختياراً جيداً لصنع أواني الطهي، وكذلك الأسلاك
-قوة الشد
وهي مقدار الإجهاد الذي يمكن أن تتحمله المادة قبل أن تصبح مشوهةً وتعتبر قوة شد الفولاذ عالية نسبياً، مما يجعله شديد المقاومة للكسر وهذا أحد أسباب استخدامه في بناء البنية التحتية.
-الليونة
تعتبر هذه واحدةً من الخواص الميكانيكية المفيدة للفولاذ. يمكن تغيير شكل الفولاذ عند تطبيق القوة عليه. تُعرف هذه الخاصية باسم الليونة، والتي تمكننا من استخدامه في صنع أشكال وهياكل مختلفة.
الكهربائية.
الفولاذ ومقاومة للصدأ
إضافة عناصر معينة إلى الفولاذ تجعل بعض أنواع الفولاذ مقاومةً للصدأ.
ما الفرق بين الحديد والفولاذ
– يعود استخدام الحديد من قبل البشر الى نحو حوالي 5000 سنة وهو ثاني أكثر العناصر المعدنية وفرة في القشرة الأرضية ويستخدم بشكل أساسي لإنتاج الفولاذ ويعدّ أحد أهم المواد الإنشائية في العالم، كما يتم إنتاج الحديد من الخامات الموجودة على سطح القشرة الأرضية أو القريبة منها ويحتوي الحديد الخام على ما بين 3.5% الى 4.5% من الكربون وهو هش ويصعب التعامل معه، ويتم استخدام عمليات صهر وتعدين مختلفة لتصفية الشوائب الموجودة في الخامات وخفض نسبتها وتوجد شوائب مختلفة في الحديد الخام كالفوسفور والكبريت، ويمتاز نوع محدد من الحديد المُصنّع والذي يسمى بالحديد المطاوع بقدرته على التحمل والمرونة ووزنه الخفيف وانخفاض نسبة الكربون التي قد تصل الى 0.25% من الكربون.
– وعلى هذا النحو، توجد نقاط عدة تحدد الفرق بين الحديد والفولاذ منها أن الفولاذ يستخدم لتعزيز خصائص الحديد، وعلى نحو ذلك يُعرف الفولاذ على أنه يمتاز بقدرته على تحمل الحرارة ومقاومته للتآكل ويعدّ أقوى من الحديد، وعلى عكس الحديد الذي قد يصدأ مع الزمن يقاوم الفولاذ الصدأ بشكل كبير وهذه الخاصية هي الجوهر في الفرق بين الحديد والفولاذ.
تاريخ الفولاذ وأهميته
– يرجع استخدام الفولاذ والحديد إلى ألف سنة قبل الميلاد، واشتهرت به في ذلك الوقت سوريا.
– في القرن الثاني عشر تم توفير الحرارة التي يحتاجها الحديد لكي ينصهر عن طريق إنتاج أفران معينة في أوروبا، ولكن الحديد الذي أنتجوه وقتها كان غير قابل للطرق، وذلك بسبب أن نسبة الكربون فيه كانت كبيرة، لذا كان لابد من تنقيته من الكربون عن طريق حرقه لخفض النسبة.
– وفي انجلترا في عام 1740 م، قام بنيامين هنتسمان بصهر الحديد باستخدام طريقة البوتقة.
– وقام الألماني فريدريك كروب عام 1811 م بإقامة أول مصنع للحديد، والذي استخدم في صناعة السكك الحديدية، والآلات البخارية، والسفن، وغيرها.
– وفي عام 1889 م حينما افتتح برج إيفل، والذي تم تصنيعه من الحديد، فكان قمة التقدم التكنولوجي، وأصبح له أهمية اقتصادية وسياسية كبرى لكل بلدان العالم .
– وأصبح الحديد محل طمع لكثير من البلدان، وتسبب في احتلال بلاد لبعضها وإقامة الحروب من أجل الحصول عليه، ففي عام 1935 م حينما تم الهجوم على النرويج والسويد، كان ذلك بغرض الحصول على الفولاذ، حيث كانت السويد تصنع أحسن وأفضل أنواع الفولاذ.
