مقدمة إلى فولاذ الكربون وتصنيفه

تصنيف الفولاذ الكربوني

١. وفقًا لنسبة الكربون بالكتلة: فولاذ منخفض الكربون (C: ٠٫٢٥٪)، فولاذ متوسط الكربون (C: ٠٫٢٥٪ < C < ٠٫٦٪)، فولاذ عالي الكربون (C > ٠٫٦٪)

كلما ارتفعت نسبة الكربون، زادت الصلادة والمتانة، بينما تنخفض المطيلية.

٢. وفقًا لجودة الفولاذ (وبشكل رئيسي محتوى الشوائب الكبريت والفوسفور): فولاذ كربوني عادي (S < ٠٫٠٥٥٪، P < ٠٫٠٤٥٪)، فولاذ كربوني عالي الجودة (S < ٠٫٠٤٠٪، P < ٠٫٠٤٠٪)، فولاذ كربوني متقدم عالي الجودة (S < ٠٫٠٣٠٪، P < ٠٫٠٣٥٪)

3. حسب الاستخدام: الفولاذ الهيكلي الكربوني: يُستخدم بشكل رئيسي في الجسور والسفن ومكونات المباني، والفولاذ الكربوني للأدوات الميكانيكية: يُستخدم بشكل رئيسي في السكاكين والقوالب وأدوات القياس وغيرها.

درجات الفولاذ الكربوني واستخداماتها

الفولاذ الهيكلي الكربوني العادي: مثل Q195 وQ215 وQ235 وQ255 وQ275 وما إلى ذلك. وتشير الأرقام إلى أقل حد لمقاومة الخضوع. وتتميَّز درجات Q195 وQ215 وQ235 بمرونة جيدة، ويمكن تشكيلها على هيئة صفائح فولاذية وقضبان فولاذية وأنابيب فولاذية وغيرها. أما درجات Q255 وQ275 فيمكن تشكيلها على هيئة فولاذ مشكَّل وصفائح فولاذية وغيرها من الاستخدامات.

الفولاذ الهيكلي الكربوني عالي الجودة: تُعبَّر درجة الفولاذ عن متوسط كتلة الكربون بالأجزاء من عشرة آلاف، مثل 20# و45# وما إلى ذلك. وتعني 20# أن محتوى الكربون هو 0.20% (20/10000).

يُستخدم بشكل رئيسي في تصنيع مختلف قطع غيار الآلات.

الفولاذ الكربوني للأدوات: تُعبَّر درجة الفولاذ عن متوسط كتلة الكربون، ويسبق الرمز الحرف T مثل T9 وT12 وما إلى ذلك. وتعني T9 أن محتوى الكربون هو 0.9% (تسعة أجزاء من ألف).

يُستخدم بشكل رئيسي في تصنيع مختلف أدوات القطع وأدوات القياس والقوالب وغيرها.

الفولاذ المسبوك: يُكتب رمز درجة الفولاذ المسبوك بحرف ZG قبل العدد، ويمثل العدد الكسر الكتلي المتوسط في الفولاذ (معبرًا عنه بالأجزاء من عشرة آلاف). فعلى سبيل المثال، يشير ZG25 إلى احتوائه على كربون بنسبة 0.25%.

الاستخدام: يُستخدم أساسًا في تصنيع الأجزاء ذات الأشكال المعقدة التي تتطلب قوةً وليونةً ومرونةً معينةً، مثل التروس والوصلات وغيرها.

المعالجة الحرارية التقليدية للفولاذ الكربوني

التلدين

يُسخَّن الفولاذ إلى درجة حرارة مناسبة، ويُحفظ عند تلك الدرجة لفترة زمنية معيَّنة، ثم يُبرَّد تدريجيًّا (تبريد داخل الفرن) للحصول على بنية قريبة من حالة التوازن.

التلدين الكامل، والتلدين المتساوي الحرارة، والتلدين الكروي، والتلدين الانتشاري، والتلدين المخفِّف للإجهادات

التقسية بالهواء (التطبيع)

عملية المعالجة الحرارية تتضمن تسخين أجزاء الفولاذ إلى درجة حرارة تزيد عن AC3 وAcm بمقدار 30–50 درجة مئوية، والاحتفاظ بها عند تلك الدرجة لفترة مناسبة، ثم تبريدها في الهواء للحصول على بنية شبيهة بالبيرلايت.

التبريد السريع (التنعيم)

عملية معالجة حرارية يتم فيها تسخين أجزاء الفولاذ إلى درجة الأستنيت ثم تبريدها بسرعة لتحويل البنية إلى المارتنسيت. وترتبط شكلية المارتنسيت الناتجة ارتباطًا وثيقًا بتراكيب الفولاذ وحجم حبيبات الأوستنيت الأصلية وظروف التكوّن. وكلما كان حجم حبيبات الأوستنيت أصغر، كانت حبيبات المارتنسيت أدق.

التقسية

بعد إجراء عملية التبريد السريع (الكوانشينغ) على أجزاء الفولاذ، ولإزالة الإجهادات الداخلية والحصول على الخصائص المطلوبة، يُسخَّن الفولاذ إلى درجة حرارة معيّنة دون نقطة AC1، ويُترك عند تلك الدرجة لفترة زمنية محددة، ثم يُبرَّد إلى درجة حرارة الغرفة.

فولاذ سبائكي

يتكوّن فولاذ سبائكي بإضافة عنصر أو أكثر من العناصر السبائكية إلى فولاذ الكربون.

تصنيف الفولاذ السبائكي

حسب كمية العناصر السبائكية الموجودة: فولاذ سبائكي منخفض السبيكة (إجمالي الكسر الكتلي أقل من ٥٪)، وفولاذ سبائكي متوسط السبيكة (إجمالي الكسر الكتلي من ٥٪ إلى ١٠٪)، وفولاذ سبائكي عالي السبيكة (إجمالي الكسر الكتلي أكثر من ١٠٪)

حسب أنواع العناصر السبائكية الرئيسية: فولاذ كرومي، وفولاذ كرومي نيكل، وفولاذ سيليكون منغنيزي، إلخ.

حسب الاستخدام: فولاذ هيكلي، وفولاذ أدوات، وفولاذ ذو خصائص أداء خاصة.

فولاذ مقاوم للصدأ

نوعٌ من الفولاذ يتمتّع بمقاومة عالية للتآكل في الجو وبالمواصفات العامة لأوساط التآكل.

الاستخدام: يُستخدم أساسًا في تصنيع الأجزاء أو الأجزاء الهيكلية التي تعمل في مختلف أوساط التآكل وتتمتّع بمقاومة عالية للتآكل. ويُستخدم على نطاق واسع في قطاعات النفط والصناعات الكيميائية والطاقة الذرية وتطوير المحيطات والدفاع الوطني وبعض المجالات العلمية والتكنولوجية المتقدمة.