الصلب وأنواعه يطلق هذا الاسم على نوع من الفولاذ المقاوم للصدأ لأن الفولاذ لا يصدأ بالسرعة التي يصدأ بها الفولاذ الكربوني العادي ويصدأ الفولاذ في ظل عدد من الظروف الخاصة.
وهي تختلف باختلاف قدرتها على مقاومة الصدأ حسب نسبة الكروم فيه، لذلك من الضروري اختيار النوع المناسب والمناسب من الفولاذ والفولاذ المقاوم حسب العمل المراد استخدامه.
ما هو الفولاذ
لذلك فإن الفولاذ عبارة عن سبيكة من الحديد تحتوي على أقل من 2٪ من عنصر الكربون و 1٪ من عنصر المنجنيز.
تتراوح نسبة الكروم بين 5٪ و 30٪، والنيكل والموليبدينوم حوالي 8.5٪، كما يحتوي على نسب صغيرة من كل من:
- عنصر السيليكون.
- وهكذا فإن عنصر الفوسفور.
- عنصر الكبريت.
- الأكسجين
والصلب الذي يسمى الفولاذ المقاوم للصدأ هو أحد العناصر التي لا تصدأ ولا تتآكل، ويرجع ذلك إلى تكوين طبقات رقيقة متماسكة غير مرئية من عنصر أكسيد الكروم.
وبذلك يتم إلصاقها بسطح المعدن المقاوم للصدأ والتآكل، وكلما زادت نسبة الكروم في الفولاذ، زادت فعاليته كطبقة واقية.
أنظر أيضا: أنواع المعادن واستخداماتها
أنواع الصلب
أول فولاذ كربوني
ينقسم الفولاذ الكربوني إلى ثلاث فئات:
- يحتوي الفولاذ على أقل من 0.3٪ كربون.
- يحتوي هذا الفولاذ على متوسط 0.3٪ إلى 0.6٪ كربون.
- فولاذ يحتوي على نسبة كربون تزيد عن 0.6٪.
يحتوي الفولاذ السبائكي على العديد من العناصر مثل:
- عنصر المنغنيز.
- عنصر السيليكون.
- النيكل أيضا.
- عنصر التيتانيوم.
- وكذلك عنصر النحاس.
- والكروم.
- إنه عنصر من الألومنيوم
كل هذه العناصر بنسب مختلفة.
أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ
لذلك يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على 10٪ إلى 20٪ عنصر كروم كمكون رئيسي، وله القدرة على مقاومة الصدأ بنسبة كبيرة.
هناك ثلاثة أنواع من الفولاذ المقاوم للصدأ:
- يحتوي الفولاذ الأوستنيتي على 18٪ كروم و 8٪ نيكل وأقل من 0.8٪ كربون.
- وهكذا، يحتوي الفولاذ الفريتي على 12٪ إلى 17٪ كروم، وأقل من 0.1٪ كربون، وكمية صغيرة جدًا من النيكل.
- يحتوي الفولاذ المارتنسيتي على 11٪ إلى 17٪ كروم وأقل من 0.4٪ نيكل و 1.2٪ كربون.
تحتوي معدات الصلب على التنجستن والموليبدينوم والكوبالت والفاناديوم وكل هذه بكميات مختلفة مما يزيد من مقاومة الحرارة، وقوة الفولاذ أعلى بكثير من الحديد بألف مرة.
يعد الحديد أحد العناصر الرئيسية للإنتاج، ويعد الفولاذ أحد المكونات المتوفرة في قشرة الأرض بعد الأكسجين والألمنيوم والسيليكون، مما يجعله عنصرًا مثاليًا لإنتاج معدات القطع والحفر.
أكثر المعادن شيوعًا في العنصر هي الفولاذ
وعليه فإن من المعادن المتوافرة في عنصر الصلب:
- معدن الكربون: يدخل كعنصر تقوية فوق باقي العناصر، ويتم الاحتفاظ بمعدن الكربون اعتمادًا على قدرة السبيكة على أن تكون مرنة وقابلة للحام.
- المنغنيز: يزيد من القوة والصلابة والمتانة.
- إذن، معادن الفوسفور والنحاس: كلاهما يزيد القوة ويعملان على مقاومة الصدأ والتآكل بسبب العوامل الجوية.
- معدن الكبريت: تؤثر المستويات العالية من عنصر الكبريت على نقص المرونة والصلابة، كما تؤثر على قابلية اللحام.
- وهكذا فإن السليكون المعدني: هو أحد المؤكسدات القوية المستخدمة في إنتاج الفولاذ المعدني، ويؤثر السيليكون على القوة والصلابة والمتانة.
يحتوي معدن الصلب على كميات صغيرة من الألومنيوم والأكسجين والنيتروجين وكميات أخرى مضافة عن قصد:
- نيكل.
- كروم.
- تيتان.
- بور.
- الموليبدينوم.
- النيوبيوم.
كل هذه العناصر والمعادن تؤثر على خصائص الصلابة والقوة والمرونة.
عملية إنتاج الصلب
- لذلك بعد تعدين خام الحديد نجد أنه يحتوي على نسبة عالية من الكربون وهذا يجعل من الصعب الحصول على النتائج المرجوة.
- يتم صهر خام الحديد ومعالجته لتقليل كمية الكربون فيه، وتضاف العديد من العناصر المختلفة إلى الآلية بنسب مختلفة، ثم يتم صب الفولاذ وتحويله إلى سبائك.
- لذلك، يُصنع الفولاذ الحديث من الحديد الزهر، حيث يتم تصنيع 40٪ من الفولاذ الحديث باستخدام عملية فرن الأكسجين الأساسي (BOF).
- يتم إنتاج ربع الفولاذ في العالم بطريقة القوس الكهربائي، ويتم إنتاج سدس الفولاذ بطريقة مارتينوف.
- لذلك، تم استبدال هذه الطريقة بطريقة فرن الأكسجين الأساسي وطريقة القوس الكهربائي في الدول الصناعية المتقدمة.
إقرأ أيضاً: عيوب ومميزات دفاية غاز تورنادو
حقائق الصلب
هناك العديد من الحقائق عن الفولاذ مثل:
- يبلغ متوسط عمر خدمة المعدن الصلب حوالي أربعين عامًا.
- يحتوي الفولاذ المصنّع اليوم على ما معدله 37٪ من الفولاذ المعاد تدويره.
- كمية الصلب المستخدمة في العالم عام 2017 حوالي 1587 مليون طن.
توسع استخدامها للصلب بشكل كبير في:
- 51٪ في المباني والبنية التحتية.
- 12٪ في صناعة السيارات والنقل.
- 11٪ في صناعة المعادن.
- 15٪ في إنتاج المعدات والأجهزة الميكانيكية.
يستخدم الفولاذ في العديد من الصناعات. يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ من المواد المثالية للاستخدام حيث يتم استخدامه في تصنيع المعدات الطبية نظرًا لسهولة تنظيفه وتعقيمه وقدرته على مقاومة التآكل والصدأ والخدوش.
أهم تطبيق للصلب
استخدام الفولاذ منخفض الكربون
يعتبر الفولاذ الكربوني من أكثر أنواع الفولاذ استخدامًا، حيث يستخدم في:
- يتم استخدامه في إنتاج هياكل السيارات والتجمعات.
- يتم استخدامه في جميع أنواع البناء.
- يتم استخدامه في صناعة خطوط السكك الحديدية.
- يتم استخدامه في إنتاج أنابيب الغاز والنفط والسفن.
- يتم استخدامه في إنتاج الأجهزة البحرية.
- يتم استخدامه في إنتاج البطاريات.
- يتم استخدامه في إنتاج المسامير والبراغي والصواميل.
- يتم استخدامه في إنتاج محركات الطائرات.
- يتم استخدامه في إنتاج التوربينات الغازية.
- يتم استخدامه في صناعة السكاكين والأدوات المنزلية.
- يتم استخدامه في إنتاج الكهرباء.
الخواص الفولاذية والكيميائية
وفقًا لتقرير صادر عن الرابطة العالمية للصلب، هناك أكثر من 3500 نوع من الفولاذ والعديد من الخصائص البيئية.
تؤثر الخصائص الفيزيائية والكيميائية على كمية الكربون والشوائب على مستوى السبيكة، حيث يندرج تصنيف الصلب التجاري تحت أربعة أنواع تجارية رئيسية تعتمد على محتوى السبائك المعدنية، وهي:
فولاذ كربوني
يمثل هذا النوع من الصلب 90٪ من إنتاج الصلب في العالم، حيث تكون نسبة المنجنيز أقل من 1.65٪، ونسبة السيليكون 0.6٪، ونسبة النحاس 0.6٪، ويجب أن تكون الكمية الإجمالية للعناصر المضافة. لا تتعدى 2٪.
منخفض الكربون الصلب
تتراوح نسبة الكربون فيه بين 0.05-0.19٪.
معدن الكربون المتوسط
محتوى الكربون هو 0.2-0.49٪.
ارتفاع الكربون الصلب
يحتوي على 0.5٪ كربون.
خليط معدني
يحتوي على العديد من المعادن مثل: المنجنيز والنيكل والسيليكون والكروم.
سبائك الصلب منخفضة القوة العالية (HSLA).
إنه أقل من 0.05٪ كربون.
ستانلس ستيل
إنه 10٪ كروم.
أدوات الصلب
الفولاذ ممزوج بعدد من المعادن الصلبة.
أنظر أيضا: الكيمياء الحرارية في معالجة المواد
هنا نحن أصدقائنا ومشتركينا الكرام قدمنا لكم مقالتنا حول الحديد وأنواعه بالتفصيل.