محصولات فولادی که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند، از انواع آهن چدن و فولاد به تولید می رسند. در واقع آهن و چدن و فولاد بعد از تبدیل به سایر مقاطع مثل شمش فولادی یا ورق های مختلف، به صورت مستقیم و غیر مستقیم برای ساخت مقاطع فولادی مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از افراد فکر کنند که آهن و چدن و فولاد تفاوت ندارند؛ اما، اینگونه نیست و این سه از نظر آلیاژ به کار گرفته شده، نقطه ذوب، میزان آسیب پذیری، قیمت و… با یکدیگر متفاوت هستند. برای آشنایی با آهن چدن و فولاد و آگاهی از تفاوت های آن ها در ادامه مطلب با ما باشید.
سنگ آهن چیست؟
آهن مثل سایر عناصر فلزی در طبیعت به طور سنگ و در ترکیب با عناصرهای مختلف پیدا می شود. سنگ آهن از ترکیب آلومین و آهن و نمک های معدنی تشکیل شده و با فرآوری این سنگ طی فرایندهایی که در کارخانه ذوب آهن انجام می شود، آهن خالص به وجود می آید. آهن از نظر میزان کربن به دو دسته تقسیم می شود که در دسته اول به آن آهن معمولی گفته می شود و حدوداً ۲ درصد کربن دارد و در اثر رطوبت هوا دچار خوردگی زنگ زدگی می شود. دسته دوم آهن خالص نام دارد که میزان کربن آن حدوداً ۰.۰۲ درصد است و این فلز دمای ذوب بالاتری دارد. در واقع آهن خالص معمولاً در دمای ۱۵۰۰ درجه سانتی گراد ذوب شده و مقاومت کششی و انعطاف پذیری بالایی دارد. معمولا از دسته اول آهن در صنعت ساختمان سازی و از دسته دوم برای تولید فولاد و چدن استفاده می شود.
نحوه تولید آهن معمولی و آهن خالص
آهن خام معمولاً از طریق کربونیزاسیون آهن خام به همراه میزانی آهن مقدار کمی آهن قراضه در کوره ها به تولید می رسد. دمای ذوب آهن معمولی تقریباً ۱۱۳۰ درجه سانتی گراد است و نیاز به پوشش های محافظ دارد تا در هوای نمناک و رطوبتی دچار زنگ زدگی نشود. برای تولید آهن خالص که گاهی افراد آن را با نام آهن نرم و آهن ورزیده نیز می شناسند، باید آن را در کوره هایی با دمای ذوب ۱۵۴۰ درجه سانتی گراد و یا بیشتر قرار داد. سپس محصول به دست آمده را برای تولید چدن و فولاد و… استفاده کرد. آهن خالص بر اساس ساختارهای کریستالی خود دارای انواع مختلفی است که عبارتند از:
• آهن خام سفید: این آهن در اثر سرد شدن آهن خالص در سرعت بالا تولید می شود و رنگ آن سفید است. این در آهن خام سفید مقدار کمی سیلیسیم وجود دارد و جنس آن سخت و ترد است.
• آهن خام خاکستری: این آهن در اثر سرد شدن آهن خالص در سرعت پایین به وجود می آید و رنگ آن خاکستری بوده زیرا، کربن آن در سرد شدن آهسته به گرافیت تبدیل شده است. از این محصول معمولاً برای ساخت چدن استفاده می شود.
• آهن خام نیمه خاکستری: نوع سوم آهن خالص نیمه خاکستری نام دارد که جنس آن مابین آهن خام سفید و آهن خام خاکستری می باشد. این محصول در تولید فولاد و چدن سخت کاربرد دارد.
چدن چیست؟
برای ساخته چدن معمولاً یا از آهن خام خاکستری یا از آهن خام نیمه خاکستری استفاده می شود. لذا آن ها را با مقداری قراضه آهن در کوره های مخصوص قرار می دهند تا ذوب شده و مقداری از کربن آن بسوزد و ناخالصی هایی مثل گوگرد و فسفر از آن خارج شوند. در نهایت فلز مذاب باقی مانده که حاوی میزان کمی منگنز است را چدن می نامند. آلیاژهای چدن شامل: کربن، منگنز، سیلیسیم و آهن می باشند. وجود منگز در ساختار چدن باعث می شود که جنس آن سخت بوده و وجود کربن نیز باعث می شود تا چدن به صورت گرافیتی درآید.
جنس نهایی چدن رابطه مستقیمی با سرعت سرد شدن آن و جنس آهن خامی دارد که برای تولید استفاده شده است. میزان کربن موجود در چدن باید بین دو الی سه و نیم درصد وزن آن باشد و نقطه ذوب آن نیز بین ۱۴۲۰ تا ۱۴۷۰ درجه سانتی گراد متفاوت است. به طور کلی جنس چدن بسیار محکم سخت و شکننده بوده و از آن برای ساخت لوله های آب و فاضلاب، انواع نرده ها، کفپوش ها، یراق آلات و… استفاده می کنند.
انواع چدن کدامند؟
انواع چدن مانند آهن خام، به حالت خمیری از جامد به مایع تبدیل شده و قابلیت چکش کاری خوبی ندارند. چدن سخت و شکننده بوده و در برابر آتش، مقاومت بالایی دارد و دچار خوردگی و زنگ زدگی نمی شود. چدن انواع مختلفی دارد که مهم ترین آن ها عبارتند از:
• چدن سفید: در اثر سرد شدن چدن خام در سرعت زیاد این محصول تولید می شود. رنگ این محصول به طور کامل سفید باقی می ماند و از آن در ساخت وسایل کوچک استفاده می کنند. در ساختار چدن سفید میزان کم سیلیسیم وجود دارد و به همین خاطر جنس آن سخت و ترد شده است.
• چدن خاکستری: این محصول در اثر سرد شدن چدن خام در سرعت پایین تولید می شود و جنس آن نسبت به نوع سفید نرم‌تر است. این محصول، قابلیت چکش‌خواری دارد و معمولا در ساخت پروفیل پنجره ها، یراق آلات، ناودانی ها، لوله های چدنی، درپوش های چدنی کف خیابان ها و… کاربرد دارد.
• چدن نیمه خاکستری: جنس این محصول بین چدن سفید و چدن خاکستری است و سطح آن نیز دارای دانه های درشت و تیره می باشد.
فولاد چیست؟
یکی از مشهورترین آلیاژهای موجود که مابین ۱.۵ الی ۰.۲ درصد کربن دارد، فولاد نامیده می شود. فولاد آلیاژی آهنی سخت و محکم است که دو عنصر اصلی تشکیل دهنده آن آهن کربن می باشند. در ساختار این محصول کمتر از دو درصد کربن وجود دارد که بسته به میزان کربن، خاصیت سختی و شکنندگی فولاد نیز تغییر پیدا می کند. البته در ساختار فولاد، میزان کمی کروم نیز وجود دارد که این عنصر قابلیت ضد زنگ بودن فولاد را فراهم می کند. فولاد نیز انواع مختلفی دارد که شامل موارد زیر هستند:
• فولاد نرم: میزان کربن موجود در این فولاد حدوداً ۰.۲ درصد است و معمولاً از فولاد نرم برای ساخت پیچ و مهره، سیم های خاردار، انواع لوله ها و ورق ها و… استفاده می شود.
• فولاد متوسط: درصد کربن در این فولاد بین ۰.۲ الی ۰.۶ درصد است و معمولاً از این محصول برای ساخت ریل، دیگ های بخار، برخی قطعات ماشین آلات و… استفاده می کنند.
• فولاد سخت: کربن موجود در فولاد سخت در مقایسه با نوع نرم و متوسط بیشتر است و چیزی حدود 0.6 الی 1.5 درصد می باشد. از فولاد سخت معمولاً برای ساخت ابزارآلات، کارد و چنگال، انواع فنرها، مته ها و… استفاده می کنند. فولاد سخت از مقاومت مکانیکی و انبساط حرارتی بالایی برخوردار بوده و قابلیت شکل پذیری و انعطاف پذیری آن کم است.
آهن و فولاد و چدن چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟
آهن و فولاد و چدن بر اساس چند معیار با یکدیگر متفاوت هستند که از جمله مهم‌ترین این تفاوت ها عبارتند از:
تفاوت از نظر ظاهری
آهن و فولاد و چدن را به راحتی می‌توان از روی ظاهر تشخیص داد. به طوری که سطح فلز آهن به رنگ خاکستری تیره و براق نزدیک است و سطح فلز و سطح چدن مات کدر و تیره یا سفید می باشد. فولاد نیز از نظر ظاهری به خاطر عناصر موجود دارای جلای براق یا ماتی است. در صورت ذوب شدن آهن و فولاد و چدن دچار تغییر رنگ می شوند؛ لذا، اگر رنگ فلز گداخته قرمز باشد، چدن بوده و اگر رنگ فلز گداخته سفید باشد، آهن است.
تفاوت در آلیاژهای به کار رفته
یکی دیگر از تفاوت های آهن و فولاد و چدن، آلیاژهای به کار رفته شده در آن ها است. معمولاً فولاد شامل حداقل ۵۰ درصد آهن و یک یا چند عنصر آلیاژی دیگر است که متداول ترین عناصر به کار گرفته شده در فولاد شامل: کربن، منگنز، سیلیسیم، نیکل، کروم، مولیبدن، تیتانیوم و میزان کمی آلومینیوم می باشند. اما آلیاژهای به کار گرفته شده در چدن با فولاد متفاوت هستند.
تفاوت در تست براده و نقطه ذوب
چدن فلزی ترد است که دارای براده هایی ترد و شکننده نیز می باشد. برای تشخیص تست براده می توان از دستگاه تراش یا فرز استفاده کرده و قسمتی از فلز مورد نظر را ماشین کاری کرد. لذا در این صورت اگر براده ناپیوسته باشد، آن فلز چدن می باشد و اگر براده پیوسته باشد، آهن است. نقطه ذوب آهن و فولاد چدن نیز با یکدیگر متفاوت هستند. معمولا نقطه ذوب آهن بیشتر از فولاد و فولاد نیز بیشتر از چدن است.
تفاوت در آسیب پذیری و میزان شکستگی
چدن در مقایسه با آهن، در برابر خوردگی و زنگ زدگی آسیب پذیرتر است و همچنین نسبت به فولاد نیز بسیار خشک و خمش ناپذیر است. به نحوی که چدن به راحتی می شکند و در محل ناخالصی ها ترک می خورد. در صورتی که آهن و فولاد به راحتی دچار شکستگی نمی شوند.
تفاوت در قیمت و کاربرد
فلز آهن و چدن و فولاد با یکدیگر از نظر هزینه های تولید و همچنین قیمت نهایی نیز متفاوت هستند و معمولاً هزینه تولید چدن و قیمت نهایی آن نیز کمتر است. همچنین، آهن و فولاد و چدن از نظر کاربرد و موارد استفاده نیز به یکدیگر متفاوت هستند. معمولا از آهن و فولاد برای ساخت مقاطع فولادی مثل: میلگرد، تیرآهن، نبشی، ناودانی و… استفاده می شود. اما از چدن برای ساخت انواع لوله ها، قطعات مورد نیاز در صنعت خودروسازی مثل: سرسیلندر، جعبه گیربکس و… استفاده می کنند.
خلاصه مطلب
ما در این مطلب تلاش کردیم تا شما را با آهن و فولاد و چدن آشنا کرده و به تفاوت های آن ها نیز بپردازیم. آهن و فولاد چدن از نظر نقطه ذوب، کاربرد، میزان مقاومت، قیمت و… با هم متفاوت هستند. اگر شما عزیزان در این حیطه سوالی دارید و یا می خواهید از قیمت تیرآهن و یا قیمت ورق سیاه و انواع محصولات فولادی مطلع شوید، می توانید با همکاران ما در فولاد کو ارتباط برقرار کنید.