ما هو الفولاذ؟

معدن الفولاذ عبارة عن سبيكة مكونة من الحديد و2% من تركيبها عبارة عن كربون. فإذا كانت كمية الكربون أقل من هذا الحد كانت خصائصه قريبة من الحديد، وإذا كانت أكثر سميت حديد الزهر. كل هذا بشرط أن يكون ما لا يقل عن 50٪ من السبيكة من الحديد، وإلا فلا يطلق عليها اسم الفولاذ على الإطلاق. إن إنتاج الصلب صناعة قديمة يعود تاريخها في العالم إلى عدة قرون، بل وفي بعض المناطق إلى عدة آلاف من السنين. المهم هو الإنتاج الواسع والمتقدم للصلب، والذي يعود تاريخه إلى العقود القليلة الماضية. في عام 2013، بلغ إنتاج الفولاذ الخام في العالم 1.6 مليار طن. اليوم، يعد الفولاذ مهمًا جدًا في البنية التحتية والتنمية الصناعية لدرجة أنه يعتبر مؤشرًا رئيسيًا لتنمية البلدان. سهولة الإنتاج والتجهيز وفرة مادتين رئيسيتين لإنتاجه وهما خام الحديد (الحديد الإسفنجي) والخردة تكلفة البناء منخفضة نسبيا مجموعة لا مثيل لها من الخواص الميكانيكية مثل قوة الشد القصوى تطبيقات واسعة في مختلف الصناعات، بما في ذلك هياكل البنية التحتية، وتشييد المباني، وتصنيع السيارات، وبناء المركبات الكبيرة، وتصنيع الأدوات والمعدات والآلات، والمعدات العسكرية، وما إلى ذلك. كل هذه الأشياء تجعل من الفولاذ أحد أكثر المعادن التي أنتجتها البشرية. يمكن تصنيف أنواع مختلفة من الفولاذ من حيث الخواص الكيميائية والفيزيائية، ومن أهمها وأكثرها استخدامًا صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ. للتعرف على أنواع الفولاذ، يجب أولاً معرفة ما هي خصائص الفولاذ.

يتكون الفولاذ من الحديد والكربون. وبشكل عام تبلغ نسبة الكربون في الفولاذ حوالي 0.2 إلى 2.1%، وتزيد كمية الحديد عن 98%. يتم دمج هذين العنصرين مع بعضهما البعض في شكل سبيكة لتحسين الخواص الميكانيكية وصلابة وقوة الفولاذ.

تشمل مواصفات الفولاذ الخصائص والخصائص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية لهذا المعدن. تستخدم هذه المواصفات لتعريف وتمييز الأنواع المختلفة من الفولاذ وتشمل بشكل عام ما يلي: التركيب الكيميائي: ويشمل نسبة العناصر المختلفة في الفولاذ، وعلى أساسها يتم تقسيم الفولاذ إلى مجموعات مختلفة. العناصر الرئيسية في الفولاذ هي الحديد (Fe)، الكربون (C)، المنغنيز (Mn)، الكبريت (S)، الفوسفور (P) وغيرها من العناصر الأقل شيوعا. الخواص الفيزيائية: وتشمل خواص مثل الكثافة ونقطة الانصهار ودرجة الغليان وكفاءة امتصاص الحرارة والتوصيل الكهربائي وحجم المعجون. الخواص الميكانيكية: وتشمل خواص مثل قوة الشد (تحمل الضغط)، وقوة الشد، والصلابة، والمرونة، وقابلية التشوه. الخواص الحرارية: وتشمل خواص مثل الكفاءة الحرارية ومعامل التمدد الحراري ومقاومة الحرارة. الخواص الكهرومغناطيسية: وتشمل خواص مثل المقاومة الكهربائية والمقاومة المغناطيسية. خصائص التآكل: تشمل خصائص مثل مقاومة الصدأ والمؤثرات الكيميائية الأخرى. أيضًا، اعتمادًا على نوع الفولاذ (الفولاذ الكربوني، سبائك الصلب، إلخ)، يمكن رؤية مواصفات أكثر دقة وتفصيلًا، اعتمادًا على كيفية استخدام الفولاذ في الصناعات المختلفة (البناء، السيارات، الصناعات البحرية، إلخ)، يختلف عدد وأهمية كل مجموعة من المواصفات الممكنة لقد أخذ الحديد النصيب الأكبر في تركيب الفولاذ. الحديد في الحالة الصلبة هو معدن متعدد البلورات. بمعنى أنها تتكون من العديد من البلورات الملتصقة ببعضها البعض. يتحول الحديد المنصهر المكرر إلى فولاذ بإضافة الكربون وبعض المعادن الأخرى مثل النيكل والمنغنيز والكروم والتيتانيوم والفاناديوم بكمية معينة. قد تحتوي بعض أنواع الفولاذ الخاصة على الموليبدينوم أو التنغستن أو عناصر أخرى في تركيبها. المعادن الأخرى التي قد تكون موجودة في الفولاذ هي السيليكون والكوبالت والنيوبيوم والكبريت والفوسفور والكالسيوم والرصاص. يتم إعطاء الحديد والكربون درجة حرارة عالية ويتحد هذان معًا. ويتكون كربيد الحديد المسمى السمنتيت من اتحادهما. يتكون الفولاذ من التبريد السريع للسمنتيت. ما يميز الفولاذ هو الصلابة واللمعان. ينصهر هذا المعدن عند درجة حرارة 1510 درجة مئوية، لذا فهو يتمتع بنقطة انصهار عالية جدًا. كثافته تساوي 7.9 جرام لكل سنتيمتر مكعب. إن صلابة الفولاذ أعلى من عنصره الأساسي الحديد، وله قوة شد عالية، مما يجعله لا يفقد شكله وخصائصه أمام الضغوط المطبقة على هذه البساطة. ولهذا السبب، فإن استخدام الفولاذ في جميع أنواع الصناعات متعدد وفريد ​​من نوعه. وبطبيعة الحال، يختلف مستوى المقاومة والصلابة في أنواع مختلفة من الفولاذ، ويجب أن نرى ما هو تكوين السبائك في الفولاذ وكيف يتم ضبطه. بشكل عام، تكوين السبائك لجميع أنواع الفولاذ يكون لديه أكثر أو أقل من هذه الخصائص: القدرة على العمل الجاد مقاومة التآكل مقاوم للحرارة الصلابة والقوة دقة البنية المجهرية القدرة على الماكينات

تتم صناعة الفولاذ بطرق مختلفة. إحداها طريقة استخدام الحديد وفرن القوس الكهربائي. لقد عرفنا بالفعل ما هي المادتان الرئيسيتان للفولاذ. يتم وضع خردة الحديد والإسفنج في فرن القوس الكهربائي. أولاً يدخل الحديد الخردة إلى الفرن، وبعد صهره بإنشاء قوس كهربائي يضاف إليه الحديد الإسفنجي في الفرن. يجب أن تكون الخصائص الفيزيائية للخردة قياسية حتى تتم عملية القوس بشكل صحيح. وإلا قد تحدث الأحداث التالية: كسر الأقطاب الكهربائية انفجار ذوبان و فيضان الفولاذ

استخدام الفولاذ واسع جدًا ومتنوع حسب خصائصه وأنواعه. قلنا أن أنواع الفولاذ تختلف من حيث نسبة السبائك ونوع المركبات. هذا التنوع في الأنواع له أيضًا تأثير على استخدام الفولاذ. إذا نظرنا إلى الصناعات الأصغر والأكثر تفصيلاً (مثل صناعة أدوات الورش والمطبخ) إلى الصناعات الضخمة (مثل بناء السفن والطائرات، وتكرير النفط والبتروكيماويات، أو تشييد المباني)، فإن الدور الأساسي الذي لا يمكن الاستغناء عنه للصلب يحدث فيها.