امروزه آهن آلات یا به عبارتی محصولات فولادی، در ساختمان سازی و صنایع گوناگون کاربرد بسیار زیاد و گسترده ای دارند.
?
امروزه آهن آلات یا به عبارتی محصولات فولادی، در ساختمان سازی و صنایع گوناگون کاربرد بسیار زیاد و گسترده ای دارند. بر اساس آنچه اقتصاد مهندسی خوانده می شود، طراحان می بایست همواره طراحی های خود را به نحوی مدیریت کنند که هزینه تمام شده پروژه کمترین مقدار بوده و در عین حال کیفیت مطلوب به دست آید. در این راه آگاهی از قیمت آهن در زمان اجرای پروژه بسیار اهمیت دارد. عوامل مختلفی نیز در قیمت محصولات فولادی تاثیر گذار می باشند. اما در این مبحث می خواهیم به انواع آهن آلات و دسته بندی های مختلف آن بپردازیم.
بیشتر بدانید : مقاله قیمت آهن | تاثیر متقابل اقتصاد و قیمت آهن در مدیران آهن
آهن یکی از عناصر موجود در جدول مندلیف با نشانه ی شیمیایی Fe می باشد. این نشانه از کلمه فرّوم Ferrum که در لاتین به معنی آهن است گرفته شده است. عدد اتمی آهن 26 و چگالی آن 7.874 گرم بر سانتیمتر مکعب می باشد. نقطه ذوب آهن 1538 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2862 درجه سانتیگراد می باشد. جالب است بدانیم 5 درصد از قشر زمین از آهن تشکیل شده است.
?
تصویر شماره 1 – مشخصات عنصر آهن
اگرچه شواهد باستان شناسی استفاده از آهن را در سرزمین ایران به بیش از 5000 سال پیش از میلاد مسیح و در مصر در حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح نشان می دهند، به طور رسمی دوره زمانی که به عصر آهن مشهور است 1200 تا 600 سال پیش از میلاد مسیح را در بر می گیرد. در این دوره مردمان نواحی سرزمین های مدیترانه، آسیایی، آفریقایی و اروپا برای ساخت ابزار و خصوصا تسلیحات جنگی از آهن بهره می گرفتند. اینگونه کاربردهای سنتی با نرخ رشد و پیشرفت بسیار کمی ادامه یافتند تا انقلاب صنعتی در اروپا به وقوع پیوست. اثری که انقلاب صنعتی بر مفهوم آهن بر جای نهاد بسیار چشمگیر است. به دلیل نیاز به گسترش حمل و نقل و در نتیجه تقاضا برای ریل آهن در قرن 19 میلادی جهش شگرفتی در تولید آهن و به اصطلاح جدیدتر فولاد شکل گرفت. اما در آن زمان هنوز کاربردهای ساختمانی آهن آلات منطقی به نظر نمی رسید. دلیل این امر نیز به این خاطر بود که قیمت آهن تولید شده با روشهای مرسوم بسیار بالا بود. اما پس از ابداع فرآیند بسمر در تولید فولاد و کاهش هزینه تولید آهن آلات، قیمت آهن کاهش پیدا کرده و استفاده های ساختمانی آهن آلات گسترش روز افزونی پیدا نمود.
?تصویر شماره 2 – قدمت استفاده از آهن آلات در طول تاریخ
دو واژه ی آهن و فولاد هر دو برای محصولات ساخته شده از عنصر Fe به کار می رود. دلیل این امر هم در کشور ما به خاطر قدمت این دو واژه است. در بریتانیا که در قلب تحولات ناشی از انقلاب صنعتی قرار دارد نیز هم واژه Iron معادل آهن و هم واژه Steel معادل فولاد کاربرد دارد. آهن آلات و محصولات فولادی یک مفهوم کلی می باشد که می تواند به جای یکدیگر استفاده شوند. عبارت قیمت آهن نیز می تواند همان قیمت محصولات فولادی در نظر گرفته شود. اما در این جا نکته ظریفی وجود دارد. در بازار ایران به محصولاتی که کربن معادل Equivalent Carbon بالا باشد نظیر ورق سیاه، مقاطع فولادی، پروفیل های فولادی و ... واژه ی آهن بیشتر اطلاق می شود تا فولاد و محصولاتی که به نوعی آلیاژ به حساب می آیند فولاد یا استیل گفته می شود. مخصوصا واژه ی استیل Steel به جای عبارت Stainless Steel یا فولاد زنگ نزن (فولاد ضد زنگ) به کار می رود. در حالیکه میدانیم کلمه ی استیل Steel شامل حال همه ی فولادها از جمله فولاد سیاه، گالوانیزه، کم کربن، فولاد نرم و ... می شود ولی به طور مصطلح استیل را برای فولادهای زنگ نزن به کار می برند. همچنین استفاده از کلمه ورق آهن می تواند بیشتر نشان دهنده ورق نورد گرم باشد تا ورق روغنی (ورق نورد سرد) در حالی که هر دو از جنس فولاد با گرید های مختلف می باشند.
مباحث علمی می بایست آهنگ مشخصی در خود داشته باشند. به عنوان مثال زمانی که از گونه های مختلف یک ماده صحبت می گردد می بایست طبقه بندی قابل درکی صورت گیرد. اصولا طبقه بندی بر اساس نقطه نظری خاص می تواند شناخت را برای مخاطبان یک مطلب آسان تر سازد. به عنوان مثال می دانیم 3500 نوع و گرید مختلف فولاد وجود دارد اما اینکه تک تک این گریدها در کجای طبقه بندی فولاد ها قرار دارند مبحث بسیار گسترده ای است که می بایست شاخه به شاخه آن را بررسی نمود. به همین منظور در این مبحث چند نمونه از راه های طبقه بندی انواع آهن آلات را مطرح و زیر گروه های آن را نام می بریم.
?
چارت – نمونه ای از طبقه بندی فولاد بر اساس عناصر آلیاژی
یکی از علمی ترین طبقه بندی های صورت گرفته انواع فولاد نوع عناصر آلیاژی موجود در آنها می باشد. اگرچه این دسته بندی کارایی تجاری زیادی ندارد و اصطلاحاتی که در بازار برای معرفی انواع آنها به کار می رود گاهی متفاوت و گاهی اشتباه می باشد، با اینحال در این مبحث اشاره کوتاه و گذرایی بر این نوع طبقه بندی می کنیم و سپس به دسته بندی های رایج تر می پردازیم:
این نوع فولاد دارای درصد قابل ملاحظه ای کربن از 0.12 تا 1.2 درصد می باشد. میزان عناصر آلیاژی همچون کروم، نیکل، کبالت، وانادیوم، مولیبدن و ... در این نوع فولاد تقریبا صفر است. حداکثر میزان مس موجود در آن 0.4 درصد جرمی می باشد. بر اساس میزان کربن نیز به سه دسته اصلی تقسیم می شود:
1. فولاد نرم یا کم کربنMild steel
2.فولاد کربن متوسطMedium carbon steel
3.فولاد پر کربن High carbon steel
این نوع فولاد از نظر قابلیت اکسید شدن در مقابل فولاد کربنی قرار دارد. اصلی ترین عناصر آلیاژی این نوع فولاد کروم و نیکل می باشد. گونه های متنوعی در فولادهای زنگ نزن که در بازار به استیل معروف هستند وجود دارد. اما نوع فاز تشکیل شده در هنگام انجماد این فولاد باعث طبقه بندی کلی تری می گردد:
1. فولاد زنگ نزن مارتنزیتیStainless steel Martensitic
2.فولاد زنگ نزن فریتیStainless steel Feritic
3. فولاد زنگ نزن آستنیتی Austenitic Stainless steel
4. داپلکس (محتوی فاز فریت و آستنیت) Duplex
?تصویر شماره 3 – نمونه هایی از فولاد آلیاژی
این نوع فولاد همانگونه که از نامش پیداست فولادی است که از آلیاژهای فلزی و غیر فلزی متنوعی نظیر نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیوم، سلیسیوم، بور، کبالت، مس، نیوبیوم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیوم و چند عنصر دیگر تولید می گردد. اگر فولاد زنگ نزن تنها در بحث خوردگی و اکسید شدن با فولاد کربنی متفاوت است، فولاد آلیاژی در خواص دیگری نیز تفاوت دارد. خواصی همانند استحکام، سختی، چقرمگی، مقاومت در برابر سایش، سختی پذیری و مقاومت در برابر سرویس های دمای بالا و ... از این گونه خواص می باشد.
?تصویر شماره 4 – نمونه هایی از فولاد ابزار (فولاد ابزار تندبُر)
فولاد ابزار عملا نوعی فولاد کربنی آلیاژی محسوب می شود ولی به دلیل متنوع بودن کاربردهای این نوع فولادها در ساخت ابزار برای خود دسته ای جداگانه تشکیل داده اند. در این نوع فولادها درصد دقیقی از آلیاژها بایستی مدنظر قرار گیرد تا نتیجه دلخواه برای داشتن خواص قابل استفاده در ابزار به دست آید. طبقه بندی این دسته از فولادها بحث تخصصی متالورژیکی می باشد و از حوصله این بحث خارج است.
دامنه ی کاربرد فولادها یعنی محل استفاده ی آنها. فولاد ساختمانی آهن آلاتی هستند که به نوعی در ساختمان سازی کاربرد دارند. فولادهای صنعتی گستره ی بسیار بزرگی دارند. صنایع دارویی، پتروشیمی، تولیدی، پل سازی، سد سازی و هزاران کاربرد دیگر را می توان برای آن مثال زد.
انواع مقاطع فلزی از جمله میلگردها، تیرآهن، ناودانی، نبشی، چهارچوبی فلزی، پروفیل های ساختمانی، ورق سیاه، ورق روغنی، ورق گالوانیزه، ورق رنگی، رابیتس گالوانیزه و لوله تست آب و ... طبقه بندی بر این اساست گرفته است که اینگونه فولادهای در ساختمان سازی کاربرد ویژه ای دارند. فصل مشترک علم متالورژی و سیویل همین نوع فولاد می باشد. کلیه اطلاعات مربوط به خواص مکانیکی وشیمیایی این فولاد ها در استانداردهای تولید آنها آمده است. اطلاعات فیزیکی که در ساختمان سازی کاربرد زیادی دارد نظیر وزن، ابعاد و ... به طور ویژه در جدول اشتال آورده شده است.
?تصویر شماره 5 – استفاده از فولادهای ساختمانی در ساختمان سازی
اصولا کاربرد فولاد یک کاربرد صنعتی به حساب می آید، اما به دلیل اینکه بخش زیادی از فولاد ها در ساختمان سازی کاربرد دارند این فولادها فولاد ساختمانی نامیده شده اند و بنابراین می توان گفت هر کدام از فولاد ها که کاربرد ساختمانی ندارند فولاد صنعتی به حساب می آیند. فولاد ابزار و فولاد آلیاژی در ساختمان سازی هیچ کاربردی ندارند و نمونه اصلی فولادهای صنعتی به شمار می روند.
