سنگ آهن اساس تولید و ساخت آهن و فولاد می باشد. ابتدا آهن خام با گداختن سنگ آهن در کوره های آهن گدازی تولید می شود. سپس از آهن خام، آهن معمولی، چودن و فولاد تولید می شود.
در اصل چودن و آهن آلیاژهایی از آهن می باشند. پرکاربردترین این نوع محصولات، فات آهنی هستند که ۹۵ درصد از فات تولید شده در سراسر جهان را تشکیل می دهند.
آهن فی از سنگ معدن آهن استخراج می شود که آهن فی سنگین و رنگ این نوع از اهن خاکستری و درخشان است.
با توجه به قیمت پایین چدن و فولاد در صنایع مختلف و مقاومت بالای ترکیبات آهن، از آن در صنایع برای ساخت ساختمان ها، اتومبیل ها، بدنه کشتی های بزرگ مقرون به صرفه می باشد. همچنین باید بدانید که چودن و فولاد نیز از آهن خام یا همان سنگ آهن تولید می شود.
از دیگر کاربرد آهن میتوان در صنعت ساختمان اشاره کرد که به صورت مقاطع فولادی دیگر مانند میلگرد، تیرآهن، ورق سیاه، گالوانیزه رنگی و روغنی، نبشی، ناودانی، میخ، پیچ و مهره و … استفاده می شود.
با مجموعه اسپادان آهن همراه باشید تا در کنارهم به نقد و بررسی تفاوت آهن، فولاد و چدن بپردازیم.
سنگ آهن
سنگ آهن را در کوره های گداز حرارت داده و محصول خام را می سازند تا بتوان از آن برای تولید آهن، فولاد، چدن استفاده کرد. سنگ آهن مخلوطی از نمک های معدنی، سنگ آهن، سیلیس، آلومین و … می باشد.
از ۴ نوع سنگ در کوره آهن گدازی استفاده می شود.
- کربنات
- اکسیدها
- سولفور
- هیدروکسیدها
انواع آهن خام
کربن ، عامل تفاوت انواع آهن و فات آهنی است. میزان کربن در آهن نیز، خاصیت و ویژگی آهن، فولاد و چدن را مشخص می سازد. میزان کربن در آهن خام زیاد است بنابراین ترد بوده و قابلیت چکش خواری و نورد شدن نخواهد داشت زیرا در اثر ضربه خرد می شود ، کربن همچنین دمای ذوب فات را نیز کاهش می دهد .
از انواع آهن خام، آهن خالص و آهن معمولی می باشد که میزان کربن آنها از آهن خام کمتر است.
آهن معمولی ( آهن ) :
این آهن حدود ۲ درصد کربن دارد و از طریق کربونیزاسیون آهن خام به همراه مقداری آهن قراضه در کوره به دست خواهد آمده ، دمای ذوب آن پایین و حدود ۱۱۳۰ درجه سانتی گراد بوده ، آهن در هوای نمناک زنگ می زند بنابراین نیاز به ضد زنگ و پوشش های محافظ دارد ، این ف مصارف متعددی در صنایع مختلف ، ساخت ماشین آلات صنعتی و نیز ساختمان سازی دارد .
آهن خالص ( آهن نرم – آهن ورزیده ) :
این آهن فقط ۰.۰۲ درصد کربن دارد و به دلیل مخلوط شدن مقداری سرباره با آن حالت فیبری به خود دارد ، دمای ذوب آن نسبتا بالا و حدود ۱۵۴۰ درجه سانتی گراد می باشد به همین علت جوشکاری با آن امکان پذیر نیست ، آهن خالص انعطاف پذیر است و مقاومت کششی بالایی دارا می باشد ، مقاومت آن در برابر خوردگی نیز زیاد است و همچنین آهن خالص مصرف ساختمانی ندارد بلکه از آن در ساخت چدن و فولاد استفاده می شود .
آهن خام بر اساس ساختارهای کریستالی خود، به دسته های زیر تقسیم بندی می شود.
آهن خام سفید :
آهن خام سفید، در اثر سرد شدن آهن خام در سرعت زیاد تولید می شود و به این دلیل سفید است که کربن آن در سردشدن سریع، به گرافیت تبدیل نمی شود و رنگ آن روشن ( سفید نقره ای ) باقی می ماند. از آهن خام سفید در ساخت فات و فولادسازی استفاده می کنند. مقدار سیلیسیم در آهن خام سفید کم است و جنس آن سخت و ترد می باشد ، سطح شکسته آن نیز دارای دانه های ریز و روشن می باشد .
آهن خام خاکستری :
آهن خام خاکستری، در اثر سرد شدن آهن خام در سرعت پایین تولید می شود و به این دلیل خاکستری است که کربن آن در سردشدن آهسته، به گرافیت تبدیل می شود و رنگ آن تیره باقی می ماند . از آهن خام خاکستری در ساخت چدن استفاده می شود. مقدار سیلیسیم در آهن خام خاکستری زیاد می باشد ، ترد نیست و از آهن خام سفید نرم تر است ، سطح شکسته آن نیز دارای دانه های درشت و خاکستری می باشد.
آهن خام نیمه خاکستری :
جنس این آهن خام مابین آهن خام سفید و خاکستری است و در ساختن فولاد و چدن سخت به کار می رود.
چدن چیست ؟
چدن، از آهن خام خاکستری تولید می شود که با مقداری قراضه آهن در کوره های مخصوص، ذوب می گردند تا مقداری از کربن آن بسوزد و ناخالصی هایی نظیر گوگرد و فسفر که خصوصیات آن را تا حد زیادی تحت تاثیر قرار می دهند ، به صورت سرباره خارج گردد ، حال ف مذاب باقی مانده که حاوی مقداری منگنز نیز می باشد ، چدن نام دارد .
آلیاژهای چدن، آهن ، کربن ، منگنز و سیلیسیم است. منگنز چدن را سخت می کند و سیلیسیم هم سبب می شود که کربن چدن به صورت گرافیت در آید. میزان کربن در چدن ۳.۵-۲ درصد وزن آن بوده و جنس چدن بستگی به سرعت سرد شدن و نیز جنس آهن خامی دارد که در ساخت آن مصرف می شود. نقطه ذوب چدن بین k 1470-1420 میباشد که از هر دو ترکیب اصلی آن کمتر است و آنرا به اولین محصول ذوب شده پس از گرم شدن همزمان کربن و آهن تبدیل می‌کند ، چدن بسیار محکم ، سخت و شکننده میباشد ، چدن حتی چدن گرمای سفید موجب شکستن اجسام میشود قیمت نسبتا پایین و نیز ویژگی های چدن سبب استفاده از آن در صنایع مختلف شده است ، در صنعت ساختمان از چدن برای ساخت لوله های آب و فاضلاب ، نرده ، کف پوش ، یراق آلات و … استفاده می شود .
خواص چدن
چدن نیز به مانند آهن خام ، بدون حالت خمیری از جامد به مایع تبدیل می شود ، ازاین رو قابلیت چکش خواری خوبی را دارا نمی باشد، چدن سخت و شکننده است، مقاومت آن در برابر آتش بیشتر از فولاد بوده و دیر زنگ می زند، هریک متر چدن به ازای هر یک درجه افزایش دما، ۰.۰۱ میلی متر افزایش طول خواهد داشت.
انواع چدن
چدن نیز همانند آهن، انواع مختلفی دارند و همه آنها در برابر فشار مقاومت بالایی دارند.
چدن سفید :
چدن سفید، در اثر سرد شدن چدن خام در سرعت زیاد تولید می شود و به این دلیل سفید است که کربن آن در سردشدن سریع، به گرافیت تبدیل نمی شود و رنگ آن روشن ( سفید نقره ای ) باقی می ماند. از چدن سفید در ساخت وسایل کوچک استفاده می کنند.
مقدار سیلیسیم در چدن سفید کم است و جنس آن سخت و ترد می باشد به طوریکه قابل سوهان کشیدن نیست. سطح شکسته آن نیز دارای دانه های ریز و روشن می باشد .
چدن خاکستری :
چدن خاکستری، در اثر سرد شدن چدن خام در سرعت پایین تولید می شود و به این دلیل خاکستری است که کربن آن در سردشدن آهسته، به گرافیت تبدیل می شود و رنگ آن تیره باقی می ماند. از چدن خاکستری در ساخت لوله های چدنی ، ناودانی ، پروفیل پنجره ، درپوش های چدنی کف خیابان ها ، شبکه چدنی ، یراق آالت و … استفاده می کنند.
چدن خاکستری نرم تر از چدن سفید است، جنس آن سخت و شکننده بوده و قابلیت چکش خواری دارد. سطح شکسته آن نیز دارای دانه های درشت و تیره می باشد .
چدن نیمه خاکستری :
جنس آن بین چدن سفید و چدن خاکستری است.
چدن سخت :
برای ساخت چدن سخت ، چدن را گرم کرده وسپس سطح خارجی آن را زود سرد می کنند و اجازه می دهند که داخل آن به آهستگی خنک گردد ، بدین ترتیب سطح آن چدن سفید و مغز آن چدن خاکستری بوده این چدن دیر ساییده می شود و از آن برای ساخت لوله های زیر دال پل ها استفاده می شود.
چدن نرم :
برای این که مقاومت چدن در برابر ضربه بالا رود و بتوان آن را چکش کاری کرد ، تکه های چدن سفید و نیمه خاکستری را به همراه مقداری گرد سنگ اکسید آهن حرارت می دهند تا بخشی از کربن آن بسوزد ، تردی آن کم شده و نرم شود ، از این چدن در ساخت وسایل کوچک نظیر یراق در و پنجره ، کلید و قفل ، شیر آب و … استفاده می کنند.
فولاد چیست؟
فولاد یکی از معروف ترین آلیاژهای موجود است که بین ۱.۵-۰.۲ درصد کربن دارد. آهن خام سفید را با مقدار قراضه آهن ذوب می کنند تا کربن خود را از دست بدهد و برخی از ناخالصی های آن نیز به صورت سرباره خارج شود و فولاد را تولید می نمایند. در حال حاضر تقریبا ۵۰ درصد تولید کنونی فولاد در دنیا از آهن قراضه است. فولاد از پرمصرف ترین فات آهنی است. عناصر موجود در فولاد، کربن ، سیلیسیم ، کرم ، گوگرد و فسفر می باشد .
خواص فولاد
فولاد به علت قابلیت شکل پذیری و مقاومت زیاد خود ، یکی از مهمترین مصالح ساختمانی به حساب می آید ، خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن ، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فهای آلیاژدهنده موجود در آن بستگی دارد.
• انبساط حرارتی : با افزایش دما تا ۱۰۰ درجه، فولاد ۲ درصد منبسط می شود.
• قابلیت شکل پذیری : فولاد را می توان به هر شکل دلخواهی در آورد.
• قابلیت اتصال : با استفاده از اتصال خشک (پیچ و مهره یا تا کردن) و اتصال تر (جوشکاری) می توان قطعات مختلف فولادی را به یکدیگر متصل کرد.
• اکسیداسیون : فولاد در برابر رطوبت و نمک ها به سرعت زنگ می زند و یا پوسیده می گردد. برای مقابله با زنگ زدگی فولاد می توان عناصری نظیر کرم، مس، وانادیم و نیکل را به آلیاژ آن اضافه کرد. همچنین برای جلوگیری از زنگ زدگی فولاد، می توان سطح آن را قلع اندود (حلبی)، روی اندود (آهن سفید) و یا با مواد آلی و پلاستیکی رنگ کرد.
• مقاومت های مکانیکی : مقاومت کششی فولادهای مختلف متفاوت است. امروزه مقاطع مختلف فولاد را براساس مقاومت کششی آنها به نام ST33 ، ST37 ، ST45 ، ST50 ، ST52 نامگذاری می کنند. مقاومت فشاری، برشی، خمشی، ضربه ای و سختی فولادهای مختلف بر حسب آلیاژ آن ها متفاوت است. خواص مکانیکی فولاد را می توان با عملیات مختلف گرمایی و سپس سرد کردن تحت شرایط مختلف، تغییر داد. سرد کردن فولاد می تواند به صورت سریع در آب یا روغن و یا به آهستگی به وسیله دستگاه خنک کننده یا در هوا صورت گیرد. تاثیر هریک از این روش ها بر فولاد متفاوت خواهد بود.
انواع فولاد
کلی ترین دسته بندی برای فولاد بر حسب میزان کربن در آن است که بدین شرح است:
فولاد نرم :
درصد کربن در این فولاد حداقل و حدود ۰.۲ درصد می باشد ، این فولاد را نمی توان در ابزار سازی به کار برد بلکه از آن برای ساخت پیچ و مهره، سیم خاردار ، چرخ دنده، لوله ، ورق فولادی و تیرهای فولادی مورد استفاده در سازه ساختمان ها استفاده می کنند.
فولاد متوسط :
درصد کربن در این فولاد بین ۰.۶ -۰.۲ درصد می باشد ، این فولاد در ساخت ریل ، دیگ بخار و ماشین آلات به کار می رود.
فولاد سخت :
درصد کربن در این فولاد زیاد و بین ۱.۵-۰.۶ درصد است ، از این فولاد برای ساختن ابزارآلات ، مته ، فنر، کارد و چنگال و … استفاده می کنند ، همان طور که اشاره شد با افزودن برخی عناصر به فولاد ، فولادهای ویژه ای جهت مصارف خاص تولید می شود ، از جمله فولاد ضد زنگ ، فولاد مقاوم در برابر آب و هوا، فولاد مقاوم در برابر گرما و… .
تفاوت آهن ، فولاد و چدن
در تمامی کارهای صنعتی همانند جوشکاری، ماشین کاری، مهندسی مواد و …. توانایی شناختن چدن از آهن از موضوعات پر اهمیت در صنعت ساخت و تولید می باشد.
-
آهن: آهن از فولاد کم کربن تولید می شود. کیفیت این نوع آلیاژ توسط درصد کربن و منگنز پایین مشخص می گردد. (کربن کمتر از ۰.۰۸ درصد و منگنز کمتر از ۰.۰۶ درصد)
-
فولاد : آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم ، کروم ، تیتانیم ، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. بیشترین حد کربن در فولاد، تقریباً ۲ درصد می باشد.
-
چدن: چدن آلیاژی از آهن و کربن است که عموما ۳ تا ۵ درصد کربن و ۱ تا ۳ درصد سیلیسیم دارد. میزان کربن چدن، از فولاد بیشتر است. چدن ها گروه مهمی از آلیاژهای ریخته گری هستند.
- فولاد را در گذشته به صورت آلیاژی از آهن و کربن توصیف می کردند اما امروزه با وجود برخی از مهم ترین انواع فولاد نظیر فولادهای (Interstitial- Free(IF و فولادهای زنگ نزن فریتی نوع ۴۰۹ که در آنها کربن یک ناخالصی است که مقدار آن در حد چند جزء در میلیون است، دیگر نمی توان از توصیف آلیاژ آهن و کربن برای فولاد استفاده کرد. طبق تعریف، فولاد باید شامل حداقل ۵۰ % آهن و یک یا چند عنصر آلیاژی دیگر باشد. این عناصر معمولا شامل کربن، منگنز، سیلیسیم، نیکل ، کرم ، وانادیم، مولیبدن، تیتانیوم، نیوبیم و آلومینیوم هستند.
- نقطه ی ذوب چدن پایین تر از نقطه ذوب آهن است.
- چدن نسبت به آهن در مقابل خوردگی آسیب پذیر تر می باشد.
- چدن بسیار خشک تر و خمش ناپذیرتر از فولاد و آهن می باشد.
در اینجا به چند نکته ی ساده برای درک بیشتر از تفاوت بین چدن و آهن می پردازیم:
- سطح ف آهن و چدن متفاوت است، ف آهن به رنگ خاکستری تیره و براق می باشد. ف چدن هم رنگ سفید و هم رنگ خاکستری، سطجی هات و کدر و رنگی خاکستری دارد.
- تفاوت بعدی میتوان در تست جرقه نوع ف را تشخیص داد.
- اگر طول جرقه ها کم، رنگ جرقه قرمز و نوک جرقه برفکی باشد ف چودن است.
- اگر طول جرقه ها زیاد، رنگ جرقه سفید و نوک جرقه ها چنگالی و سوزنی باشد ف آهن است.
- آزمایش تست براده: چدن فی ترد است پس می توان گفت براده ی چدن نیز ترد و شکننده است.در صورتی که دستگاه تراش موجود باشد با تراشیدن قسمتی از یک نمونه ف اگر براده ناپیوسته باشد ف چدن و اگر ف پیوسته باشد ف آهن است.در صورت موجود نبودن دستگاه تراش می توانید از یک قلم تیز این تست را انجام دهید.یک لایه نازک از ف برمی داریم، اگر براده ها ریز شدن ف چدن است و اگر به صورت نواری برداشته شدن ف آهن است.
- در حالت دیگر می توانید ف را تارسیدن به نقطه ذوب روی مشعل بگیریم در صورتی که رنگ ف گداخته شده قرمز شد، نوع ف چدن است. و اگر رنگ ف گذاخته شده سفید شد، نوع ف آهن است.
برای بررسی قیمت انواع ورق می توانید به سایت اسپادان آهن مراجعه کنید.
درباره این سایت