الفولاذ الكربوني هو سبيكة الحديد والكربون ، والتي تحتوي على ما يصل إلى 2.1٪ من الكربون. بالنسبة للفولاذ الكربوني ، لا يوجد حد أدنى محدد لمحتوى عناصر سبيكة أخرى ، ومع ذلك ، فإنها تحتوي غالبًا على المنغنيز.الحد الأقصى من المنغنيز، يجب أن يكون محتوى السيليكون والنحاس أقل من 1.65٪ من الوزن، 0.6٪ من الوزن و 0.6٪ من الوزن على التوالي.
أنواع الفولاذ الكربوني وخصائصها
يمكن تصنيف الفولاذ الكربوني إلى ثلاث فئات وفقا لمحتواه من الكربون: الفولاذ منخفض الكربون (أو الفولاذ منخفض الكربون) ، الفولاذ المتوسط الكربون والفولاذ عالي الكربون.البنية الدقيقة والخصائص مقارنة على النحو التالي:
الفولاذ منخفض الكربون
الفولاذ منخفض الكربون هو الشكل الأكثر استخدامًا من فولاذ الكربون. عادة ما يكون محتوى الكربون في هذه الفولاذ أقل من 0.25٪.لا يمكن تصلبها عن طريق المعالجة الحرارية (لتشكيل مارتينسيت) لذلك يتم تحقيق ذلك عادة عن طريق العمل البارد.
عادة ما تكون الفولاذ الكربوني ناعمة نسبيًا ولها قوة منخفضة. ومع ذلك ، فهي تمتلك صلابة عالية ، مما يجعلها ممتازة للتصنيع واللحام وتكلفة منخفضة.
غالبًا ما يتم تصنيف الفولاذ ذو القوة العالية والسبائك المنخفضة (HSLA) أيضًا على أنه فولاذ منخفض الكربون ، ومع ذلك ، فإنه يحتوي أيضًا على عناصر أخرى مثل النحاس والنيكل والفاناديوم والموليبدينوم.هذه تحتوي على ما يصل إلى 10 wt.% من محتوى الصلب. الصلبات عالية القوة، منخفضة السبائك، كما يوحي اسمها، لديها قوى أعلى، والتي يتم تحقيقها عن طريق المعالجة الحرارية.مما يجعلها قابلة للتشكيل والصناعة بسهولةإن HSLA أكثر مقاومة للتآكل من الصلب العادي منخفض الكربون.
فولاذ الكربون المتوسط
فولاذ الكربون المتوسط يحتوي على محتوى كربون من 0.25 0.60 ٪ و محتوى المنغنيز من 0.60 1.65 ٪.يتم تحسين الخصائص الميكانيكية لهذا الفولاذ عن طريق المعالجة الحرارية التي تنطوي على autenitising تليها التخفيف والتصلب، مما يعطيهم بنية مجهرية مارتنسيتية.
المعالجة الحرارية لا يمكن أن تتم إلا على الأقسام الرقيقة جدا، ومع ذلك، عناصر سبائك إضافية، مثل الكروم والموليبدينوم والنيكل،يمكن إضافتها لتحسين قدرة الفولاذ على المعالجة الحرارية، وبالتالي، صلبة.
تتمتع الفولاذ المتوسط الكربوني المتصلب بقوة أكبر من الفولاذ منخفض الكربون ، ومع ذلك ، فإن هذا يأتي على حساب اللون والصلابة.
الفولاذ ذو الكربون العالي
يحتوي الفولاذ عالي الكربون على نسبة كربونية تبلغ 0.60٪ إلى 1.25٪ وزناً ومحتوى من المنغنيز يبلغ 0.30٪ إلى 0.90٪ وزناً. يحتوي على أعلى صلابة وصلابة من الفولاذ الكربوني وأدنى مرونة.الفولاذ ذو الكربون العالي مقاوم جداً للارتداء نتيجة لحقيقة أنه غالباً ما يكون صلباً ومصلحاً.
فولاذ الأدوات والفولاذ المقطوع هو نوع من الفولاذ ذو الكربون العالي، والذي يحتوي على عناصر سبائك إضافية بما في ذلك الكروم والفاناديوم والموليبدينوم والتفنجامين.إضافة هذه العناصر تؤدي إلى الصلب المقاوم للنسيج للغاية، والتي هي نتيجة لتشكيل مركبات الكربيد مثل الكربيد التنغستن ((WC).
يمكن إنتاج الصلب الكربوني من الصلب المعاد تدويره أو الصلب البكر أو مزيج من الاثنين.
يتم تصنيع الصلب البكر عن طريق الجمع بين خام الحديد والكوكس (المنتج عن طريق تسخين الفحم في غياب الهواء) والجير في فرن عالي عند حوالي 1650 درجة مئوية.يتم تخصيب الحديد المنصهر من خام الحديد بالكربون من الكوكس المحترقتتجمع الشوائب المتبقية مع الجير لتشكيل الخامات، والتي تطفو فوق المعدن المنصهر حيث يمكن استخراجه.
يحتوي الصلب المنصهر الناتج على حوالي 4٪ من الكربون. ثم يتم تقليل محتوى الكربون هذا إلى الكمية المطلوبة في عملية تسمى إزالة الكربون.ويتحقق ذلك عن طريق تمرير الأكسجين من خلال الذوبان، الذي يأكسد الكربون في الفولاذ، وتنتج أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون.
أمثلة وتطبيقات
غالبًا ما تستخدم الفولاذ المنخفض الكربون في مكونات جسم السيارات والأشكال الهيكلية (أشعة I ، قناة وحديد الزاوية) ، الأنابيب ، ومكونات البناء والجسور ، وعلب الطعام.
نتيجة لقوتها العالية ومقاومتها للاستعمال والصلابة ، غالباً ما تستخدم الفولاذ المتوسط الكربوني في خطوط السكك الحديدية ، عجلات القطار ، الشعب المتحركة ،وأجزاء المعدات والآلات التي تتطلب هذا المزيج من الخصائص.
نظراً لمقاومتها العالية للارتداء وقسوتها، يتم استخدام الفولاذ عالي الكربون في أدوات القطع والريشات والأسلاك عالية المقاومة.
يتم مقارنة أمثلة وخصائص وتطبيقات مختلف الفولاذ الكربوني في الجدول التالي.
