فولاد گرم کار چیست؛ مشخصات و انواع آن
در بعضی از صنایع، فلزها در دمای خیلی زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند. این صنایع به نوع خاصی از فولاد نیاز دارند که در دمای بالا ذوب نشود، تغییر شکل ندهد، خواص آن تغییر نکند و مقاومت بالایی داشته باشد. فولاد گرم کار محصولی است که با این ویژگی‌ها طراحی شده است و نیاز صنایع مختلف از جمله ریخته‌گری، فورجینگ و قالب‌سازی را برآورده می‌کند. در این مقاله از آهن آنلاین توضیح می‌دهیم که فولاد گرم کار چیست و چه تفاوتی با فولاد سرد کار دارد. همچنین انواع این نوع فولاد و گریدهای مختلف آن را دسته‌بندی میکنیم. در قسمت‌های پایانی نیز درباره کاربردها، ویژگی‌ها، مزیت‌ها و قیمت فولاد گرم کار صحبت خواهیم کرد.
فولاد گرم کار چیست؟
فولاد ابزار گرم کار (Hot Work Steel) برای فرآیندهای صنعتی در دماهای بالا طراحی شده است. فولاد گرم کار علاوه بر قابلیت تحمل حرارت بالا، در برابر تنش‌های حرارتی، فشار زیاد و سایش هم مقاومت از خود نشان می‌دهد. محصولات ساخته شده با این نوع فولاد تا دمای بالاتر از 500 درجه سانتی‌گراد را تحمل می‌کنند و بعضی از گریدهای خاص آن‌ها توان تحمل دمای حدود 700 درجه سانتی‌گراد را هم دارند.
علت مقاومت حرارتی فولاد گرم کار به ترکیبات و فرآیند تولید این نوع فولاد بستگی دارد. در ادامه به چند روشی که برای افزایش مقاومت فولاد ابزار گرم کار استفاده می‌شود، اشاره میکنیم:
- استفاده از عناصر نسوز مانند کروم، مولیبدن، تنگستن و وانادیوم در ترکیبات فولاد
- انجام عملیات حرارتی و خنک‌سازی فولاد با دقت زیاد و به‌روش مارتنزیت برگشتی (تمپر کردن فولاد سخت) با کاربیدهای پراکنده
- استفاده از فرایندهای بازپخت و سختکاری در طی تولید فولاد گرم کار
- از بین بردن ناخالصی‌هایی که ممکن است مقاومت فولاد در دماهای بالا را کاهش دهند و باعث ترک‌خوردگی شوند
این فرایند پیچیده تولید باعث می‌شود فولاد گرم کار نسبت به فولاد سردکار مقاوم‌تر باشد و در دماهای بالا چقرمگی و خواص فیزیکی آن تغییر نکند. البته در دماهای پایین (کم‌تر از 200 درجه سانتی‌گراد) فولاد سردکار بهتر عمل می‌کند و مقاومت بیشتری در برابر سایش دارد.
انواع دسته بندی های فولاد گرم کار
انواع فولاد گرم کار بر اساس ترکیبات به‌کاررفته در آن به 3 دسته تقسیم می‌شود که در ادامه درباره هرکدام از آن‌ها توضیح می‌دهیم:
- فولاد گرم کار پایه کروم: این نوع فولاد مقاومت حرارتی قابل قبول و مقاومت بالا در برابر سایش دارد؛ وجود کروم در ترکیبات بین چقرمگی و مقاومت حرارتی فولاد تعادل ایجاد می‌کند.
- فولاد ابزار گرم کار پایه تنگستن: این نوع فولاد ابزار مقاومت حرارتی بیشتری نسبت به سایر دسته‌بندی‌ها دارد، اما چقرمگی آن پایین‌تر است.
- فولاد گرم کار پایه مولیبدن: این دسته بیشترین مقاومت را در برابر تغییرات دمایی ناگهانی دارد و احتمال ترک خوردن آن در شوک‌های حرارتی بسیار پایین است. مقاومت حرارتی فولاد پایه مولیبدن بسیار بالاست و به همین خاطر در ساخت قالب و ابزارهای فورجینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
انواع گریدهای فولاد گرم کار
گریدها انواع فولاد گرم کار را بر اساس ویژگی‌های جزئی‌تر تقسیم‌بندی می‌کنند. گریدهایی که با H شروع می‌شوند، بر اساس استاندارد AISI آمریکا (انجمن آهن و فولاد آمریکا) تعیین شده است و گریدهایی که با .1 شروع می‌شوند، بر اساس استاندارد DIN آلمان و EN اروپا هستند. بعضی از انواع فولاد گرم کار هر دو استاندارد را دارند و بعضی گریدها فقط توسط یکی از این نهادهای استاندارد تعریف شده‌اند.
در ادامه به پرکاربردترین انواع گرید فولاد گرم کار اشاره میکنیم و درباره ویژگی‌های هرکدام از آن‌ها توضیح می‌دهیم:
- گرید H10: مقاومت خوب به شوک حرارتی، سختی قابل قبول.
- گرید H11: سختی زیاد، مقاومت عالی به ترک حرارتی، چقرمگی بیشتر نسبت به H13.
- گرید H13: معروف‌ترین گرید فولاد گرم‌کار، بالانس عالی بین مقاومت، حرارت، سختی و چقرمگی.
- گرید H21: جزو دسته‌بندی فولاد پایه تنگستن، مقاومت عالی در برابر دمای بسیار بالا (حتی بیشتر از گرید H13)
- فولاد 1.2714: استحکام بسیار زیاد، چقرمگی بالا و قابلیت سختکاری. (مقاومت حرارتی این فولاد پایین‌تر از فولاد گرم کار گرید H13 است)
- فولاد 1.2367: مقاومت در برابر سایش در دماهای بالا و ترک حرارتی، خواص مکانیکی پایدار حتی در دماهای بالا. (این نوع فولاد در شرایط بسیار سخت مورد استفاده قرار می‌گیرد و مشخصاتی بهتر از فولادهای H11 و H13 دارد.)
- فولاد1.2767: استفاده از درصد بالای نیکل در ترکیبات، چقرمگی زیاد و مقاومت عالی در برابر ترک‌خوردگی و ضربه.
- فولاد 1.2567: استفاده از درصد بالای نیکل و کروم در ترکیبات، چقرمگی و سختی عالی، مناسب برای کاربردهای دارای شوک حرارتی زیاد.
- فولاد 1.2542: سختی و استحکام بالا و مقاومت در برابر سایش به‌خصوص در دمای بالا.
مشخصات فولاد گرم کار
تا این بخش از مقاله متوجه شدید که فولاد گرم کار چیست و برای چه کاربردهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این بخش لیست مشخصات فولاد گرم کار را ارائه می‌دهیم تا به‌صورت کامل با ویژگی‌ها و خواص این ماده آشنا شوید. لیست این ویژگی‌ها عبارتند از:
- مقاومت عالی در برابر حرارت و شوک حرارتی
- قابلیت حفظ ویژگی‌ها و تحمل دما و فشار بالا حتی در فرایندهای زمان‌بر
- مقاومت کششی بالا
- سختی پایدار در دماهای بالا
- مقاومت به سایش و ترک‌خوردگی در محیط‌های داغ
- چقرمگی (مقاومت در برابر شکست) مناسب حتی در دماهای بالا
- قابل ماشین‌کاری
کاربردهای فولاد گرم کار
فولاد گرم کار در صنایعی که با کوره‌های حرارتی یا شکل دادن به سایر فلزات در شرایط دمایی و فشاری شدید سروکار دارند، استفاده می‌شود. ابزارهای کار با فلزات داغ و ذوب‌شده، معمولا از جنس این نوع فولاد است. در ادامه به تعدادی از مهم‌ترین کاربردهای فولاد گرم کار در صنایع مختلف اشاره میکنیم:
- قالب‌های فورج گرم
- ابزارهای ریخته‌گری تحت فشار
- قالب‌های اکستروژن فلزات
- تیغه‌های برش گرم
- قطعات ماشین‌آلات صنعتی که باید دمای بالا را تحمل کنند
- مناسب برای استفاده به‌عنوان فولاد قیچی‌های صنعتی
- کاربرد در ساخت چکش‌های صنعتی
- ساخت انواع سمباده
- تولید رینگ‌های فشاردهنده
مزایای استفاده از فولاد گرم کار
قیمت فولاد گرم کار از فولاد سردکار بالاتر است و به همین خاطر بسیاری از افراد به دنبال استفاده از فولادهای معمولی برای ساخت ابزارهای مورد استفاده در دماهای بالا هستند. اما پرداخت هزینه بیشتر برای ابزارهای ساخته‌شده با فولاد گرم‌کار، مزیت‌های مهمی به شما ارائه می‌دهد که این هزینه بیشتر را جبران می‌کند. بعضی از مزایای استفاده از فولاد گرم کار عبارتند از:
- ابزارهای ساخته‌شده با این نوع فولاد طول عمر مفید بیشتری دارند.
- محصول نهایی که در قالب‌هایی از جنس گرم کار ساخته شده است، با مشخصات دقیق‌تر و کیفیت بالاتر ساخته می‌شود، چون قالب تحت هیچ شرایطی در دما و فشار بالا تغییر شکل نمی‌دهد.
- هزینه اولیه خرید فولاد گرم کار بیشتر است، اما هزینه‌های تعمیرات و نگهداری از قطعات و تجهیزات را تاحد زیادی کاهش می‌دهد. در بسیاری از صنایع، این ابزارها تا بیشتر از ده سال هم بدون مشکل کار کرده‌اند.
کارخانه های تولید کننده فولاد گرم کار
اکثر نیاز صنعت ایران به فولاد گرم کار از طریق واردات برآورده می‌شود. چین تولیدکننده فولاد گرم کار با قیمت اقتصادی است و اوکراین فولاد گرم کار باکیفیت تولید می‌کند. محصولات هر دو کشور وارد ایران می‌شوند و مشتری‌ها براساس نیازشان آن‌ها را خریداری می‌کنند. البته تعدادی از کارخانه های تولید کننده فولادی ایران هم در زمینه تولید فولاد گرم کار فعالیت دارند. محصولات این کارخانه‌ها کیفیت قابل قبولی دارد، اما هنوز موفق به کسب استانداردهایی که در قسمت‌های قبلی به آن‌ها اشاره کردیم، نشده‌اند.
لیست تعدادی از کارخانه‌های تولیدکننده فولاد گرم کار در ایران عبارتند از:
- مجتمع فولاد آلیاژی ایران در یزد
- کارخانه فولاد آلیاژی اصفهان
- کارخانه فولاد آلیاژی اسفراین
علاوه بر موارد بالا، واحدهای کوچک‌تری هم هستند که در زمینه تولید آلیاژ فولادی در سطح کارگاهی فعالیت می‌کنند؛ بعضی از این کارگاه‌ها ابزارهای ساخته‌شده با فولاد گرم کار را در لیست محصولاتشان دارند.
عوامل تاثیرگذار بر قیمت فولاد گرم کار
فولاد گرم کار یکی از محصولات خاص در بازار آهن آلات و فولاد است که قیمت آن علاوه بر معیارهای معمول مثل میزان عرضه و تقاضا، نرخ تورم و قیمت ارز، به موارد دیگری هم بستگی دارد که در ادامه به آن‌ها اشاره میکنیم:
- قیمت فولاد گرم کار وارداتی: قیمت فولاد گرم کار وارداتی از محصولات داخلی بالاتر است و تاحد زیادی قیمت این محصول را در بازار تعیین می‌کند.
- ترکیبات فولاد: نوع آلیاژ به‌کاررفته در فولاد نقش مهمی در قیمت آن ایفا می‌کند. فولاد گرم کار پایه تنگستن، گران‌ترین نوع این محصولات است. قیمت فولاد پایه مولیبدن هم تقریبا نزدیک فولاد پایه تگنستن است، اما قیمت فولاد گرم کار پایه کروم صرفه اقتصادی بیشتری نسبت به دو نوع دیگر دارد.
- نوع ابزارها: ساخت بعضی از ابزارهای فولاد گرم کار فرایند پیچیده‌ای دارد، به همین دلیل قیمت آن‌ها بالاتر است.
- وزن: هرچقدر وزن ابزارهای فولادی بیشتر باشد، قیمت بالاتری دارند.
