مقدمه آهن به‌عنوان یکی از پرمصرف‌ترین و پراهمیت‌ترین فلزات در صنعت و زندگی روزمره، انواع مختلفی دارد که هر یک خواص، فرآیند تولید و کاربردهای مخصوص به خود را دارند. تشخیص نوع مناسب آهن برای هر کاربرد از نظر اقتصادی و فنی بسیار حیاتی است. لوله استیل 310 و لوله استیل 316 و ورق استیل 304 و ورق استیل 316 و در این مقالهٔ جامع که با هدف سئو نوشته شده است، به بررسی انواع آهن، خواص فیزیکی و شیمیایی، روش‌های تولید، کاربردها، مزایا و معایب و نکات انتخاب می‌پردازیم. همچنین تفاوت‌های کلیدی بین آلیاژها و محصولات فولادی نیز توضیح داده می‌شود تا خواننده بتواند براساس نیاز خود تصمیم آگاهانه‌ای بگیرد.
چند نوع آهن داریم؟
فهرست مطالب
- تعریف کلی آهن و اهمیت آن
- تقسیم‌بندی کلی انواع آهن
- آهن خام (pig iron)
- آهن نرم (wrought iron)
- چدن (cast iron)
- فولاد و انواع آن 6.1 فولاد کربنی 6.2 فولاد آلیاژی 6.3 فولاد زنگ‌نزن (استنلس استیل) 6.4 فولاد ابزار (tool steel) 6.5 فولاد پرمقاومت و پرواکنش
- روش‌های تولید و فرآوری آهن و فولاد 7.1 کوره بلند (Blast furnace) 7.2 کوره قوس الکتریکی (EAF) 7.3 ریخته‌گری، نورد و عملیات حرارتی
- خواص فیزیکی و مکانیکی انواع آهن
- مقاومت در برابر خوردگی و پوشش‌دهی
- کاربردها بر اساس نوع آهن
- انتخاب مناسب نوع آهن برای پروژه‌ها
- مباحث اقتصادی، زیست‌محیطی و بازیافت
- نتیجه‌گیری
- تعریف کلی آهن و اهمیت آن آهن عنصری فلزی با نماد Fe و عدد اتمی 26 است که از لحاظ فراوانی در پوستهٔ زمین پس از اکسیژن و سیلیکون در رتبهٔ بالایی قرار دارد. آهن پایهٔ بسیاری از آلیاژهای مهم مانند فولاد و چدن است و در ساختمان‌سازی، خودروسازی، کشتی‌سازی، ماشین‌آلات، ابزارآلات و لوازم خانگی کاربرد فراوان دارد. مقاومت مناسب، قیمت نسبتاً ارزان و قابلیت شکل‌دهی آن را به یک مادهٔ کلیدی در صنایع تبدیل کرده است.
- تقسیم‌بندی کلی انواع آهن برای بررسی انواع آهن معمولاً از دو دیدگاه استفاده می‌شود: اول ترکیب شیمیایی و آلیاژی (مانند آهن خام، چدن، فولاد) و دوم شکل و فرآوری (مانند ورق، میله، لوله، ریخته‌گری). این مقاله عمدتاً براساس ترکیب و خواص تقسیم‌بندی را دنبال می‌کند تا خواننده تفاوت بین محصولات پایه‌ای را بهتر درک کند.
- آهن خام (pig iron) تعریف و تولید آهن خام یا pig iron محصول اولیهٔ تولید آهن از سنگ معدن در کورهٔ بلند است. این ماده دارای درصد بالایی کربن (معمولاً حدود 3.5–4.5 درصد) و ناخالصی‌هایی مانند سیلسیم، منگنز، گوگرد و فسفر است. آهن خام عموماً به صورت شمش یا قطعاتی ریخته‌گری شده تولید می‌شود.
خواص و کاربردها آهن خام شکننده و دارای نقطهٔ شکست پایین است و برای استفادهٔ مستقیم در سازه‌ها مناسب نیست. اما به‌عنوان مادهٔ اولیه برای تولید چدن و فولاد استفاده می‌شود. پس از احیا و تصفیه می‌توان کربن و ناخالصی‌ها را کاهش داد تا محصولاتی با خواص مکانیکی مطلوب به‌دست آید.
- آهن نرم (wrought iron) تعریف و ویژگی‌ها آهن نرم به‌صورت تاریخی به آهن با کربن بسیار کم (کمتر از 0.08%) و با ساختار فیبری معروف است. این نوع آهن قابلیت کارپذیری و جوش‌پذیری بسیار خوبی دارد و معمولاً به‌صورت میله، میلگرد یا ورق‌های نازک تولید می‌شود. البته اصطلاح «آهن نرم» در برخی متون تجاری به نرده‌ها و مصنوعات تزئینی نیز اطلاق می‌شود که امروز بیشتر با فولاد نرم جایگزین شده‌اند.
مزایا و معایب آهن نرم مقاومت به خستگی مناسبی دارد و قابلیت خم‌پذیری عالی، اما مقاومت کششی و سختی آن نسبت به فولاد کمتر است. امروزه تولید تجاری آهن نرم خالص کمتر است و بیشتر به‌صورت جایگزینی با فولادهای کم‌کربن صورت می‌گیرد.
- چدن (cast iron) انواع چدن چدن یک خانواده از آلیاژهای آهن-کربن با درصد کربن بالا (معمولاً 2–4 درصد) است. انواع رایج چدن شامل:
- چدن خاکستری (Gray cast iron): حاوی گرافیت فلکی که ظاهری خاکستری در سطوح شکست ایجاد می‌کند.
- چدن سفید (White cast iron): کربیدهای سخت دارد و شکست آن صیقلی و سفید است.
- چدن نشکن یا داکتیل (Ductile/ Nodular cast iron): با افزودن منیزیم یا سرامیک باعث شکل‌گیری گرافیت کروی می‌شود و خواص مکانیکی ارتقاء می‌یابد.
- چدن آلیاژی: با افزودن عناصر آلیاژی برای خواص تخصصی.
خواص و کاربردها چدن‌ها معمولا مقاومت فشاری بالا، میرایی ضربه خوب (خصوصاً چدن خاکستری) و قابلیت قالب‌گیری عالی دارند اما شکننده‌تر از فولاد هستند. چدن در تولید بلوک موتور، قطعات پمپ، بدنه دستگاه‌ها، شافت و فلنچ‌ها به‌کار می‌رود. چدن داکتیل به‌دلیل شکل‌پذیری بهتر، در قطعاتی که نیاز به استحکام و انعطاف همزمان دارند، استفاده می‌شود.
- فولاد و انواع آن فولاد مهم‌ترین و پرکاربردترین شکل استفاده از آهن است؛ درواقع فولاد آلیاژی آهن با درصد کربن پایین‌تر از چدن (معمولاً زیر 2%) و اغلب همراه با عناصر آلیاژی دیگر است که خواص مکانیکی و فیزیکی آن را بهبود می‌بخشد.
6.1 فولاد کربنی (Carbon steel) تعریف و طبقه‌بندی فولاد کربنی براساس درصد کربن به سه گروه کلی تقسیم می‌شود:
- فولاد کم‌کربن (Low-carbon): کربن تا حدود 0.25% — نرم، شکل‌پذیر و جوش‌پذیر؛ مناسب برای ورق، لوله، پروفیل و قطعاتی که سختی بالا نیاز ندارند.
- فولاد متوسط‌کربن (Medium-carbon): کربن بین 0.25–0.6% — تعادل بهتر بین مقاومت و شکل‌پذیری؛ در