فولاد نرم چگونه تولید می شود؟

فولاد نرم به دلیل خواص عالی خود به یک ماده مورد تقاضا در صنایع مختلف تبدیل شده است. فولاد نرم یا Mild Steel قابلیت جوشکاری و ماشین کاری بی نظیری دارد که منجر به افزایش تصاعدی استفاده از آن شده است.

در این مقاله به اهمیت فولاد نرم و نحوه ساخت آن می پردازیم.

فولاد نرم چیست؟

فولاد نرم نوعی فولاد کم کربن یا کربن پایین است. فولاد های کربنی فلزاتی هستند که حاوی درصد کمی کربن (حداکثر 1/2 درصد) می باشند و همین مقدار کم کربن خواص آهن خالص موجود در آلیاژ را افزایش می‌دهد. مقادیر کربن در آلیاژ بسته به حوزه استفاده فولاد متفاوت است. فولادهای کم کربن حاوی مقادیر کربن در محدوده 0.05 الی 0.25 درصد هستند.

انواع مختلفی از فولاد نرم وجود دارد. اما همه آنها دارای محتوای کربن در محدوده ذکر شده در بالا هستند. عناصر دیگری نیز به فولاد نرم برای بهبود خواص مفید مانند مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و استحکام کششی افزوده می شوند.

فولاد کم کربن چگونه ساخته می شود؟

محتوای کربن به طور یکنواخت از طریق عملیات حرارتی بر روی استیل افزایش می یابد. با افزایش محتوای کربن، فولاد سختی پیدا می کند اما در عوض شکل پذیری و داکتیلیته خود را از دست می دهد. این بدان معنی است که فلز شکننده شده و در برابر بار اضافی ممکن است بجای خم شدن، شکسته شود.

 فرایند های تولید فولاد نرم مشابه سایر فولاد های کربنی است. فولاد های با کربن بالا تر فقط حاوی کربن بیشتری هستند و در نتیجه خواص متفاوتی مانند مقاومت و سختی بالاتر و شکل پذیری پایین تر در مقایسه با فولاد نرم دارند.

این فرایند ها در طول زمان توسعه یافته اند و اکنون بسیار مقرون به صرفه تر از قبل هستند. امروزه در صنعت تولید فلز، سه مرحله برای ساخت فولاد نرم از آهن خالص وجود دارد.

مرحله اولیه فولاد سازی

در این مرحله از فرایند فولاد سازی، سنگ آهن با زغال سنگ و آهک مخلوط شده و در کوره بلندی با ظرفیت 100 تا 400 تن حرارت داده می شود. آهک به عنوان یک گداز آور (Flux) عمل می کند و علاوه بر آن، یک لایه محافظ در بالای فلز مذاب داغ تشکیل می دهد.

در فولاد سازی اولیه مدرن از فرایند های کوره اکسیژن پایه (BOS) یا کوره قوس الکتریکی (EAF) استفاده می شود. هر دو روش بر اساس فرایند اصلی بسمر (Bessemer) برای فولاد سازی هستند.

در فرایند BOS، اکسیژن به آهن مذاب دمیده می شود و در همان حال ضایعات فولاد به مبدل اضافه می شود. این کار باعث کاهش محتوای کربن تا حداکثر 1.5 درصد می گردد.

در کشور های توسعه یافته، از کوره قوس الکتریکی برای پیش بردن ضایعات فولادی از میان قوس الکتریکی بسیار پر قدرت استفاده می شود. بکار گیری این روش منجر به تولید فولاد با کیفیت چشمگیر می شود.

مرحله ثانویه فولاد سازی

مرحله دوم در فرایند ساخت فولاد نرم شامل کاهش بیشتر محتوای کربن آن و افزودن عناصر آلیاژی است. تنظیم شرایط کوره (دما، سرعت خنک کننده و غیره) به این فرایند کمک بیشتری می کند. در نهایت، نوع فولاد مورد نظر فرایند فولاد سازی ثانویه را تعیین خواهد کرد. فرایند های زیر از دسته فرایند هایی هستند که برای انجام این کار برگزیده می شوند:

• CAS-OB
  
• گاز زدایی
• کوره پاتیلی
• تزریق پاتیلی
• هم زدن

ریخته گری و شکل دهی اولیه

هنگامی که فولاد دارای محتوای کربن مشخص و سایر عناصر مربوطه شد، فولاد مذاب در قالب مخصوص ریخته می شود. به این فرایند ریخته گری گفته می شود. در این مرحله، فولاد شکل داده شده و به آن اجازه می دهند تا سرد و جامد شود. پس از آن برش فلز به شکل های دلخواه مانند اسلب، بلوم و بیلت انجام می شود.

محصول به دست آمده همچنان نیاز به عملیات دیگری دارد تا از کیفیت در سطح مناسبی برخوردار شده و عاری از عیوب ریخته‌گری شود. در فرایند شکل دهی اولیه اغلب روش نورد گرم بکار گرفته می شود. محصولات فولادی نورد گرم معمولاً به محصولات تخت، محصولات سفارشی، محصولات بلند و لوله های بدون درز طبقه بندی می شوند.

شکل دهی ثانویه

تا پایان فرایند قبل، فولاد نرم بصورت یک محصول تکمیل شده بدست می آید، اما معمولاً یک بار دیگر برای بهبود خواص مکانیکی آن مطابق با شرایط کاربرد، بر روی آن شکل دهی انجام می شود.

شکل دهی ثانویه به آن شکل و خواص نهایی را می بخشد. روش های شکل دهی عبارتند از:

• شکل دهی از طریق نورد سرد
  
• ماشینکاری
• پوشش
• تمپرینگ
• عملیات سطحی و غیره