مقدار آهنی که با آهن آلیاژ شده مخلوط شده است، بدلیل اثر مخصوص آن به ساختار بلوری میکروسکوپی، تاثیری مشخص بر خواص فیزیکی فولاد دارد. این اثرات در عملیات متفاوت گرمایی که برای بهبود خواص فیزیکی فولاد بر روی آن انجام میشود، به خوبی پدیدار میشود. در ادامه با آهن ملل همراه باشید.
آهن خالص(نرم)
ابن نوع آهن ۰.۰۲ درصد کربن دارد و در روش سنتی با ذوب چدن در یک کوره‌ی پاتیلی چرخان بدست می‌آمد. این کار از نظر تئوریک تا سوختن تمام کربن آهن خام ادامه میابد تا آهن نرم خمیری شکل بدست آید که از کوره خارج میشود و چکش کاری میشود.
آهن نرم دمای ذوب بالایی در حدود ۱۵۴۰ سانتی گراد دارد. در گذشته برای وسایل و قسمت هایی که باید کشش را تحمل میکردند، به کار میرفت. این نوع آهن انعطاف‌پذیر است و قابلیت کاربردی بالایی دارد و به راحتی در دمای سرخ، پرس کاری میشود، به همین خاطر مقاومت بالاتر از انتظار در برابر خوردگی دارد.
آهن خام
این نوع آهن حدود۲ درصد کربن دارد و با کربنیزاسیون آهن خام و آهن قراضه در یک کوره بوسیله‌ی کک تولید میشود.
دمای ذوب پایین آن را برای ریخته گری مناسب میسازد. ولی برخلاف آهن نرم، نمیتوان روی آن در حالت مذاب کار کرد و یک ماده شکننده است. مقاومت آن در برابر خوردگی این محصول را برای ساخت دیگ های بخار و مبلمان فضای باز و هدایت آب باران (ناودان‌ها) مناسب میسازد.
انواع مختلف آهن ریخته گری به ساختارهای کریستالی مختلف آن بستگی دارند. چدن خاکستری که بیشتر مورد استفاده است بلور های ریز گرافیت دارد که باعث خصوصیت شکنندگی میشود و رنگ خاکستری را در مقاطع پدید می‌آورد.
کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت است که از سرد کردن سریع مذاب بوجود می آید. این ماده را میتوان نرم کرد تا درجه شکنندگی آن کم شود.
نوعی دیگر از آهن خام که خاصیت انعطاف پذیری دارد، چدن چکش خوار است که با اضافه کردن منیزیم و سیلیکات آهن و نوعی دیگر از آهن خام که باعث بلوری شدن کربن و تبدیل آن به گره های گرافیت میشود است. این ماده مقاومت کششی زیادی دارد و در برابر ضربه و فشار مقاومت بالایی دارد.
محصولات آهنی مورد مصرف در سطح خیابان، مانند دریچه فاضلاب و دریچه چاه‌های بازدید کابل کشی برق و تلفن، که از چدن خاکستری بازیافتی تولید میشود سنگین ولی شکننده‌اند.
در جاهایی که مقاومت بیشتری در برابر ضربه نیاز میشود، مانند جاده‌های عمومی، قطعات سبک‌تر و انعطاف پذیرتر آهنی استفاده میشوند. کالاهای مربوط به هدایت آب باران که با روش ستنی(قالب ماسه) ریخته گری میشوند، معمولا از چدن خاکستری ساخته شده اند، در حالی که سیستم‌های فاضلاب از جنس چدن خاکستری تهیه میشود و چکش خوار است.
چدن در آتش خیلی زود نرم نمیشود و اگر در زمان گرما یکباره آب روی چدن ریخته شود، به مرور زمان ترک میخورد.
فولاد
تنوع فولاد های موجود در بازار نشان‌دهنده‌ی خصوصیات منحصر به فرد هر فولاد است که به درصد کربن، عملیات گرمایی و اضافه کردن مواد آلیاژی بستگی دارد.
کربن فولاد معمولا بین ۰.۰۷ تا ۱.۷ درصد نوسان دارد و به تنهایی طیف وسیعی از ویژگی‌های فیزیکی پدید می‌آورد.
فولادهای کم کاربرد و فولاد چکش خوار معمولا نرم هستند و میتوان در سرما بر روی آنها کارهای زیادی انجام داد. فولادهای کربن متوسط که معمولا بر روی آنها عملیات گرمایی انجام میشود. سخت اند و فولاد های کربن بالا و فولاد ابزار سازی مقاومت بیشتری در برابر صدمه(ضربه، خراش و غیره) از خود نشان میدهند و با افزایش کربن بیشتر میشود.
به کمک کاهش ناخالصی کربن و سایر مواد زاید، فولاد را از چدن سفید تهیه میکنند. روش های امروزی برای ساخت فولاد عبارتند از: روش اکسیژن،روش اپن هارت و روش فولادسازی با کوره الکتریکی.
صرف نظر از روش تولید، روند فولادسازی شامل اکسیداسیون ناخالصی های نامطلوب است که مبدل به سرباره میشوند و میسوزند.
روش بسمر(اکسیژن)
هوا یا گاز اکسیژن به داخل پاتیل متحرک که با چدن مذاب بارگیری شده است با فشار دمیده شده و باعث اکسید شدن ناخالصی ها میشود.
روش اپن هارت
این عمل به کمک سوخت تسریع میشود و در کوره‌های الکتریکی که با چدن سرد و آهن قراضه بارگیری میشود. حرارت ناشی از ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود ها . آهن قراضه بارگیری میشود. حرارت ناشی از ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود ها و آهن آلات درون کوره موجب ذوب و اکسید شدن ناخالصی‌های نامطلوب میشود.
روش پاتیل اکسیژن
فولادی مشابه کوره اپن هارت تولید میکند، ولی بسیار ارزان‌تر است. در عوض در روش اپن هارت امکان تولید فولادهای آلیاژی فراهم میشود و در روش الکتریکی که گران ترین روش است امکان تولید فولاد های ویژه ایجاد میشود.
یکی از روش‌های جدید تولید فولاد روش پاشیدن است که با تبدیل چدن مذاب به ذرات بسیار ریز به کمک فشار اکسیژن صورت میگیرد.این عملیات در مخزن ویژه‌ای انجام میگیرد. در این دو روش استاندارد برای تولید فولاد وجود دارد.
روش اکسیژن برای تولید مقادیر زیاد فولاد معمولی و روش کوره قوس الکتریکی برای تولیذ فولاد با کیفیت بالا و به خصوص فولادهای آلیاژی به کار میرود.
