نقطه ذوب فولاد و آهن

نقطه جوش و ذوب برای تمامی عناصر منحصر به فرد است و در هر عنصر با عنصر دیگر تفاوت دارد. حال اگر این عناصر با یکدیگر ترکیب شوند و آلیاژ تشکیل دهند، نقطه ذوب آن‌ها نیز دچار تغییر شده و با حالت اولیه‌ فرق می‌کند. دانستن نقطه ذوب عناصر و آلیاژها به صنعتگران کمک می‌کند تا آن‌ها را به صورت اصولی و استاندارد ذوب کنند و برای فلز یا آلیاژ مورد نظر مشکلی پیش نیاید. آهن و فولاد نیز دارای نقاط ذوب مشخصی هستند و فعالان و علاقمندان این حوزه نه تنها نقطه ذوب فولاد و آهن، بلکه باید نقطه ذوب آلیاژهای مربوط به این دو فلز را نیز بدانند. در این مقاله قصد داریم تا در مورد نقطه‌ ذوب آهن و فولاد و آلیاژهای مختلف آن صحبت کنیم و آن‌ها را مورد بررسی قرار دهیم.

ساختار متالورژیکی و ترکیبات شیمیایی دو فاکتور بسیار مهم در نقطه ذوب فولاد هستند و برای ذوب آهن و فولاد روش‌های مختلفی همچون ذوب خمیری و استفاده از کوره‌های مخصوص ذوب وجود دارد.

نقطه ذوب آهن

ذرات جامدات با نظم خاصی در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. حرکت ذرات داخل هر عنصر به میزان حرکت ارتعاشی ایجاد شده در آن بستگی دارد. در واقع با حرارت دادن به فلز و عنصر مورد نظر باعث ایجاد ارتعاش در آن خواهید شد. این حرارت ذرات عنصر را به حرکت درآورده و باعث می‌شود تا عناصر قابلیت چکش خواری و خم شدن پیدا کنند. برای ذوب آهن و همچنین فولاد چند روش وجود دارد. البته گفتنی است که کیفیت آهن که به میزان ناخالصی، دمای ذوب آن و… برمی‌گردد در قیمت تیرآهن و میلگرد به عنوان محصولات نهایی آهن خالص یا مثلا اسفنجی خیلی موثر است.

ذوب خمیری: با توجه به این که آلیاژها دیاگرام‌های فازی مخصوص خود را دارند و از دمای ذوب تا انجماد آن‌ها مطابق با دیاگرام خود مشخص است، با انتخاب دمای خمیری و حرارت‌دهی آهن، این ماده در حالتی که ترکیبی از جامد و مایع است قرار می‌گیرد که در این روش استفاده‌های مورد نظر و نتایج مطلوب حاصل خواهد شد.

کوره‌های مخصوص ذوب: این روش به عنوان روشی مدرن، جایگزین روش قبلی شده و امروزه اغلب کارخانجات با استفاده از این روش آهن را ذوب می‌کنند و مزیت آن هم این است که دیگر هیچ دی اکسید کربنی تولید نمی‌شود.

فارغ از روشی که برای ذوب آهن استفاده می‌کنید، به طور استاندارد آهن در ۱۵۳۸ درجه‌ سانتی‌گراد ذوب می‌شود و ذرات آن بدون اینکه خواص خود را از دست بدهند، کاملا انعطاف‌پذیر خواهند شد. اگر می‌خواهید که به آهن شکل و فرم خاصی بدهید، لازم است که دمای آن را کمتر از مقدار ذکر شده قرار دهید تا به صورت کامل ذوب نشود. در حرارت نزدیک به نقطه‌ ذوب می‌توانید شکل مورد نظر خود را به آهن بدهید و سپس با کمی سرما به حالت دلخواه خود دربیاورید.

نقطه ذوب آهن اسفنجی

آهن اسفنجی با حذف اکسیژن موجود در سنگ آهن توسط گازهای کاهنده یا کربن به دست می‌آید و برای تبدیل آهن به فولاد، یکی از مراحل تبدیل سنگ آهن به آهن اسفنجی است. این نوع آهن در آخر تبدیل به مقاطع فولادی کاربردی مثل تیرآهن یا میلگرد می‌شود. نقطه‌ ذوب آهن اسفنجی چیزی کمتر از ۱۲۰۰ درجه‌ سانتی‌گراد است. این نقطه ذوب پایین، به دلیل وجود حدود ۳۰ الی ۳۵ درصد ناخالصی موجود در آن است.

دمای ذوب آهن خالص

آهنی که در اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرد، آهنی است که کمی ناخالصی به همراه خود دارد. آهن خالص نقطه‌ ذوب متفاوتی نسبت به آهن ناخالص دارد. البته با اینکه تفاوت آن‌ها مقدار بسیار ناچیزی است، اما همین مقدار ناچیز نیز در صنعت مهم است و می‌تواند اثرگذار باشد. نقطه‌ ذوب آهن با توجه به مقدار و ترکیب شیمیایی که باعث ایجاد ناخالصی شده، می‌تواند متفاوت باشد و از این نقطه بیشتر یا کمتر شود.

دمای ذوب فولاد

فولاد آلیاژی از آهن است. آهن خالص که در بالا درباره‌ آن صحبت کردیم، بسیار نرم و خورنده است و به دلیل اینکه با اکسیدها و سولفیدها در محیط واکنش نشان می‌دهد و به نوعی در محیط فعال نمی‌توان از آن استفاده کرد. یکی از نتایج افزودن کربن به آهن، این است که باعث می‌شود تا واکنش پذیری کمتری داشته باشد و این مشکل آهن خالص را برطرف می‌کند. نقطه ذوب فولاد چیزی در حدود ۱۳۷۰ درجه‌ سانتی‌گراد است.

نقطه ذوب فولاد CK45

فولاد ساده کربنی CK45 با توجه به خواص خوب مکانیکی و متالورژی آن از خواص مقاومت در برابر سایش و ضربه برخوردار است، در تولید ابزارهای خاک ورز نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ اما متاسفانه به علت کم بودن مقدار کروم ck45، این فولاد در مقابل زنگ زدگی و خوردگی مقاوم نیست. همچنین نقطه‌ی ذوب آن با توجه به میزان مواد موجود در آن و درصد هر کدام بستگی دارد. اما به صورت میانگین نقطه‌ ذوب این نوع از فولاد، بین ۱۳۸۰ تا ۱۵۱۴ درجه‌ سانتی‌گراد در نظر گرفته می‌شود.

نقطه ذوب فولاد زنگ نزن

به فولاد زنگ نزن، استنلس استیل هم گفته می‌شود. این نوع فولاد به دلیل داشتن مقاومت در برابر خوردگی، یکی از انواع فولاد است که در مواد مهندسی بسیار پرکاربرد است. وجود حدود 12 درصد کروم در ترکیبات فولاد زنگ نزن باعث ایجاد مقاومت بالای آن شده است. با تولید فولاد زنگ نزن و اضافه کردن آن به سطح آهن، از سطح آهن در برابر خوردگی و اکسید شدن محافظت می‌شود. در برخی از انواع فولاد زنگ نزن، ترکیبات نیکل و آلومینیوم نیز وجود دارد که باعث ایجاد مقاومت به خوردگی بیشتر در آن‌ها و در نتیجه زیادتر شدن قیمت استنلس استیل‌ می‌شود. فولاد زنگ‌نزن شامل گریدهای مختلفی است و به دلیل اینکه آلیاژ محسوب می‌شود، در گریدهای مختلف نقطه‌ ذوب متفاوتی دارد.

دمای ذوب استیل 316

استیل یا فولاد به آلیاژی گفته می‌شود که پایه‌ی آن از آهن است و کمتر از دو درصد کربن دارد. استیل 316 شامل ترکیباتی از کروم، نیکل و مولبیدن است. وجود مولبیدن در ترکیبات این ماده به منظور افزایش مقاومت استیل در برابر خوردگی ناشی از کلراید است. اگر حرف L بعد از نام این استیل بیاید، به معنای کربن کمی است که در آلیاژ آن استفاده شده است و این مقدار کم باعث می‌شود تا بعد از جوشکاری نیز لایه‌ی محافظتی آن حفظ شود. یکی از روش‌های تولید این نوع استیل 316، بازیافت استیل‌های ضایعاتی است و حدود ۶۰الی ۸۰ درصد استیل‌های تولید شده، با ذوب استیل و قالب‌گیری دوباره آن‌ شکل گرفتند. استیل 316 به عنوان زیرشاخه‌ای از استیلنس استیل‌ها شناخته می‌شوند. و نقطه ذوبی مشابه با استیلنس استیل دارند که در بالاتر با عنوان فولاد زنگ نزن بررسی کردیم.

مقایسه نقطه ذوب فولاد و چدن

چدن نیز همانند فولاد آلیاژی از آهن و کربن است. اما با این تفاوت که درصد کربن موجود در چدن بیشتر از دو درصد و درصد کربن موجود در فولاد تا حدود ۱/۲ است. چدن در دسته آلیاژهای ریخته‌گری محسوب می‌شود. البته که در فولاد عناصر دیگری نیز مانند منگنز، سیلیسیم، نیکل نیز وجود دارند. چدن نسبت به فولاد در برابر خوردگی آسیب‌پذیری بیشتری از خود نشان می‌دهد و همچنین خمش ناپذیرتر و خشک‌تر هست. ریخته‌گری چدن نسبتا آسان است و نسبت به فولاد درصد انقباض پایین‌تری دارد و همین خاصیت باعث شده است تا در سازه‌های آهنی معماری و زینتی، چدن نسبت به فولاد فلز ایده‌آل‌تری لقب بگیرد. علاوه بر این موارد، هزینه‌ی تولید فولاد نیز نسبت چدن بیشتر است.
اما اگر بخواهیم نقطه‌ی ذوب این دو ماده را با یکدیگر مقایسه کنیم، با اینکه هردوی آن‌ها آلیاژی از آهن محسوب می‌شوند اما، چدن نسبت به فولاد و حتی خود آهن، از نقطه‌ی ذوب پایین‌تری برخوردار است. نقطه‌ ذوب این ماده در حدود ۹۵۰ الی ۹۸۰ درجه‌ سانتی‌گراد است.

عوامل موثر بر نقطه ذوب فولاد

ساختار متالورژیکی و ترکیبات شیمیایی دو فاکتور بسیار مهم در نقطه ذوب فولاد هستند. درست است که نقطه ذوب آهن عددی ثابت است، اما در مواقعی یکی سری فاکتورهایی گفته شده می‌توانند این عدد را تغییر داده و نقطه ذوب را بالاتر یا پایین‌تر ببرند. البته، تاثیر ترکیبات شیمیایی نسبت به ساختار متالورژیکی کمی بیشتر بوده و ممکن است نقطه انجماد یا ذوب فولاد را تغییر دهند. در این مقاله هم به بررسی نمونه‌هایی از ترکیبات و آلیاژهای مختلف آن پرداختیم و دیدیم که با افزایش ناخالصی‌های موجود در آهن، نقطه ذوب آن هم بالاتر می‌رود و هرچقدر درصد کربن داخل آلیاژ آن بیشتر باشد، نقطه ذوب آن آلیاژ از آهن هم پایین‌‌تر است.

جمع‌بندی

در این مقاله سعی کردیم تا به بررسی نقطه ذوب آهن و آلیاژهای مختلف و پرکاربرد آن بپردازیم و از همه‌ی جوانب آن‌ها را بررسی کنیم. با توسعه‌ی علم و پیشرفت تکنولوژی نقطه‌ی ذوب بیش از پیش دارای اهمیت شده و در صنعت بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. همانطور که در بررسی‌ها مشخص شد، نقطه ذوب به عوامل مختلفی بستگی دارد که می‌توانند آن را دست‌خوش تغییرات کنند و توجه به این عوامل و دانستن آن‌ها لازم و ضروری است. امیدواریم که از این مطلب استفاده کرده باشید. همچنین نظرات و سوالات خود در مورد نقطه‌ی ذوب آهن را می‌توانید در بخش نظرات با ما در میان بگذارید.