تفاوت بین فولادهای کربنی پایین، متوسط و بالا

فولاد کربنی بسته به میزان کربن موجود در آن، می‌تواند به سه نوع اصلی تقسیم شود: فولاد کم‌کربن، فولاد متوسط‌کربن و فولاد بالاکربن. به دلیل تفاوت در میزان کربن، هر نوع از فولاد چدنگاه نیز تفاوت‌های قابل توجهی در ساختار سازمانی، ویژگی‌های مکانیکی، فناوری پردازش و غیره نشان می‌دهد. با این حال، برای ما بسیار حیاتی است که تفاوت‌های بین فولاد کم‌کربن، متوسط‌کربن و بالاکربن را درک کرده و مواد مناسب را انتخاب کنیم.

چیست کربن استیل؟

چدنی فولاد، که همچنین به آن فولاد کربنی گفته می‌شود، یک مادهٔ فولادی است که اصلی‌ترین عنصر آن آهن است، مقدار مشخصی از کربن (معمولاً کمتر از ۲/۱۱٪) دارد ولی عناصر آلیاژی دیگر به اندازه زیادی اضافه نشده است. فولاد کربنی ساده‌ترین و رایج‌ترین نوع مادهٔ فولادی است. بر اساس محتوای مختلف کربن، فولاد کربنی به سه گروه فولاد کربن پائین، فولاد کربن متوسط و فولاد کربن بالا تقسیم می‌شود. هر چه محتوای کربن بیشتر باشد، مقاومت و سختی فولاد بیشتر می‌شود، اما تراوایی و صلابت آن به طور متناظر کاهش می‌یابد. هر چه محتوای کربن کمتر باشد، تراوایی و عملکرد جوش فولاد بهتر خواهد بود.

طبقه‌بندی فولاد کربنی:

طبقه‌بندی فولاد کربنی اصلی‌ترین‌اش بر اساس محتوای کربن آن است. بر اساس استانداردهای بین‌المللی و داخلی معمول، فولاد کربنی به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شود:

• فولاد کربن پائین: محتوای کربن معمولاً بین ۰/۰۴٪ تا ۰/۲۵٪ است;
• فولاد کربن متوسط: محتوای کربن بین ۰/۲۵٪ تا ۰/۶۰٪ است;
• چدنگاه فولاد: محتوای کربن بین 0.60٪ تا 1.00٪ است.

هر چند طبقه‌بندی اصلی بر اساس محتوای کربن است، اما در کاربردهای خاص، محتوای عناصر دیگر (مانند منگنز، سیلیکون، گوگرد، فسفر و غیره) و استفاده و ویژگی‌های مکانیکی فولاد نیز به عنوان مرجع در نظر گرفته می‌شود.

تفاوت بین فولاد کم‌کربن، فولاد متوسط‌کربن و فولاد زیاد‌کربن چیست؟

تفاوت‌های آنها اصلًا در 5 جنبه زیر بازتابیده می‌شود، همانطور که در پایین نشان داده شده است:

1. ترکیب شیمیایی:

تفاوت مستقیم‌ترین بین فولاد کم‌کربن، فولاد متوسط‌کربن و فولاد زیاد‌کربن در ترکیب شیمیایی آنها بازتابیده می‌شود. همانطور که محتوای کربن به تدریج افزایش می‌یابد، سختی و مقاومت فولاد افزایش می‌یابد، اما قابلیت تراوایی و قابلیت جوشکاری آن کاهش می‌یابد.

• چدنگین کم: علاوه بر محتوای کم چدنگین، اغلب شامل مقدار کوچکی سیلیس (0.17 تا 0.37٪) و منگنز (0.35 تا 0.65٪) است که به منظور بهبود مقاومت و قابلیت ماشین‌کاری آن استفاده می‌شود. به دلیل محتوای کم چدنگین، پلاستیسیته، سختی و قابلیت جوش‌پذیری خوبی دارد.
• چدنگین متوسط: محتوای چدنگین معمولاً بین 0.25٪ تا 0.60٪ است و شامل عناصر تقویت‌کننده‌ای مانند منگنز (0.50٪ تا 1.65٪) است. ویژگی‌های مکانیکی آن نسبتاً خوب است و مناسب برای معالجه حرارتی است. در مقایسه با چدنگین کم، مقاومت و سختی بیشتری دارد، اما سختی کمتری نشان می‌دهد.
• چدنگین زیاد: محتوای چدنگین بین 0.60٪ تا 1.00٪ است. به دلیل محتوای بالای چدنگین، سختی قواچ‌پذیری و مقاومت ضد سرصفحه آن به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، اما قابلیت جوش‌پذیری و ماشین‌کاری آن ضعیف است.

2. ویژگی‌های مکانیکی:

در مورد خواص مکانیکی، تفاوت بین این سه نوع فولاد به ویژه مشخص است. خواص مکانیکی شامل مقاومت کششی، مقاومت تسلیم، بلندای درصدی، دمای صدам، سختی و غیره می‌باشد.

• فولاد کربن پایین: مقاومت کششی معمولاً بین 370~500 مگاپاسکال است، مقاومت تسلیم بین 200~300 مگاپاسکال و بلندای درصدی تا بیش از 25٪ می‌رسد. ویژگی‌های برجسته آن عبارتند از سفتی خوب و تراوایی قوی و مناسب برای فرآیندهایی مانند ضربه‌زنی و کشیدن است.
• فولاد کربن متوسط: پس از سنگ زدن و بازگرم کردن، مقاومت کششی می‌تواند به 600~800 مگاپاسکال برسد، مقاومت تسلیم بین 400~600 مگاپاسکال و بلندای درصدی بین 15%~20% است. این فولاد دارای خواص مکانیکی جامع خوبی است و به ویژه برای تولید قطعات ساختاری مناسب است.
• چدنگین کربنی: مقاومت کششی می‌تواند بیش از 900~1300 مگاپاسکال برسد، اما درصد تاری خورده معمولاً کمتر از 10٪ است و سختی ضربه نیز ضعیف است. پس از سنگینه کردن و بازگرم کردن، می‌توان سختی بسیار بالایی به دست آورد که این مواد مناسب برای ابزارهای برشی و قالب‌هاست.

3. عملکرد معالجه حرارتی:

معالجه حرارتی روش مهمی برای بهبود ویژگی‌های فولاد است. فولاد کم‌کربن، متوسط‌کربن و بلندکربن به طور متفاوت به معالجه حرارتی واکنش نشان می‌دهند.

• فلز کم‌کربن: به علت محتوای کم کربن، سختی آن نمی‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای با معالجه حرارتی افزایش یابد. این نوع فولاد اصلًا از کاربردهای کار سرد و نیترویدن برای افزایش سختی سطحی استفاده می‌کند. پس از نرم‌سازی، ماده می‌تواند برای پردازش بعدی نرم شود.
• چدنی فولاد کربنی متوسط: مناسب برای سخت‌کردن و بازگرم کردن، یعنی سخت‌کردن و بازگرم کردن، که سازمان را کنترل می‌کند تا تعادل مورد نیاز بین مقاومت و دمایت به دست آید و مواد اولیه انتخابی برای تولید قطعات خودرو و راه‌آهن است.
• فولاد کربنی بالا: اثر تراویج حرارتی مهم‌ترین است. فولاد کربنی بالا می‌تواند سختی بالا را از طریق سخت‌کردن و دمایت آن را از طریق بازگرم‌کردن تنظیم کند. برای تولید قطعات با مقاومت و ضد استرس بالا مانند فنرها، چاقوها و ابزارهای اندازه‌گیری استفاده می‌شود.

4. قابلیت جوش‌کاری و فرآوری:

قابلیت جوش‌کاری و فرآوری مستقیماً بر هزینه تولید و راحتی استفاده از فولاد تأثیر می‌گذارد.

• فولاد کربنی پایین: دارای قابلیت جوش‌کاری عالی و خواص شکل‌دهی سرد است و می‌تواند با روش‌های مختلفی جوش شود. در ساخت و ساز و تولید ماشین‌آلات به طور گسترده استفاده می‌شود.
• چدنی فولاد متوسط: قابلیت جوشکاری متوسطی دارد و در حین جوشکاری به راحتی شکست می‌خورد. معمولاً نیاز به پیش گرم کردن و پس از جوشکاری درمان حرارتی دارد تا کیفیت جوشکاری بهبود یابد. همچنین، پردازش آن نسبت به فولاد کربنی پایین کمی ضعیف‌تر است.
• فلز چدنی فولاد بالا: قابلیت جوشکاری ضعیف، عرضه به سختی و شکست در حین جوشکاری، معمولاً مناسب برای جوشکاری نیست. همچنین، در حین پردازش ممکن است شکسته و چرخیده شود، بنابراین نیاز به استفاده از ابزارهای خاص و روش‌های سرد کردن دارد.

5. کاربردها:

به دلیل تفاوت در عملکرد، کاربردهای سه نوع فولاد نیز به طور قابل توجهی متفاوت است.

• فلز چدنی فولاد پایین: اصلًا برای ساختارهای بنا (مانند آرمهای بتنی، قطعات فلزی)، قطعات مکانیکی (مانند پیچ و مهره)، بدنه‌های خودروها، و غیره استفاده می‌شود.
• چدنگاه میانی: عمدتاً برای تولید قطعات سازه‌ای باربر، مانند دنده‌ها، محورها، چرخ‌های اتصال، بازوهای کراوچ و غیره استفاده می‌شود.
• چدنگاه بالا: عمدتاً برای تولید ابزارهای مقاوم به خرجاب و با قدرت بالا، مانند چاقو، ابزار اندازه‌گیری، فنرها، دسته‌های کُره و غیره استفاده می‌شود.

گونه‌های معمول:

در استاندارد چینی GB و استاندارد ASTM آمریکا، نمونه‌های نماینده فولاد با محتوای کربن مختلف وجود دارد:

• چدنگاه پایین: Q235 (چین)، A36 (آمریکا)، SS400 (ژاپن)
• فولاد کربنی متوسط: فولاد 45# (چین)، فولاد 1045 (آمریکا)، S45C (ژاپن)
• فولاد کربنی بالا: T8, T10 فولاد (چین)، 1095 فولاد (ایالات متحده)، SK85 (ژاپن)

مقاومت در برابر خوردگی و پوشش سطحی:

خود فولاد کربنی مقاومت مناسبی در برابر خوردگی ندارد، بنابراین معمولاً در کاربرد با پوشش سطحی جفت شده است.

• فولاد کربنی کمکربن: اغلب از فرآیندهای زغال‌زنی گرم، زغال‌زنی الکتریکی، پلاستیک‌سازی و دیگر روش‌ها برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌شود و در محیط‌های بیرونی یا مرطوب به طور گسترده استفاده می‌شود.
• فولاد کربنی متوسط و فولاد کربنی بالا: به دلیل قدرت بالایشان، اغلب در تجهیزات صنعتی استفاده می‌شوند و بیشتر به نوسازی روغنی، پوشش ضدروی یا درمان فسفری توجه می‌کنند، نه در محیط‌های معرض روزمره.

باید توجه داشت که فولاد‌های با محتوای کربن بالا به اکسیداسیون نزدیکتر هستند، به ویژه در حین جوشکاری و پردازش گرم. بنابراین، فولاد کربن بالا معمولاً قبل و بعد از استفاده با یک لایه محافظانه پوشش داده می‌شود یا پردازش گرم می‌پذیرد تا جلوی خوردگی را بگیرد.

نتیجه گیری:

هرچند فولاد کربن پائین، فولاد کربن متوسط و فولاد کربن بالا به سری فولاد کربنی تعلق دارند، اما به علت اختلاف در محتوای کربن، سه نوع آن ویژگی‌های متمایزی در خواص مکانیکی، قابلیت ماشین‌کاری، قابلیت جوشابرسی، ویژگی‌های پردازش گرم و زمینه‌های کاربردی دارند. انتخاب منطقی و کاربرد این سه نوع فولاد برای بهبود کیفیت محصولات مهندسی، کنترل هزینه‌های تولید و افزایش طول عمر استفاده بسیار مهم است.

  +86 17611015797 (WhatsApp )        

  [email protected]