مقایسه دمای ذوب آهن و فولاد

0

مقدمه

آهن به عنوان یکی از فلزات واسطه جدول تناوبی، به دلیل خواص ذاتی منحصر به فردی که دارد، دارای نقطه ذوب نسبتا بالایی است. شناخت از مفهوم نقطه ذوب این امکان را به ما می‌دهد که با درک درست آن، امکان طراحی و به کارگیری حرفه‌ای‌تر و دقیق‌تری از مواد مهندسی داشته باشیم. بدیهی است که شناخت نقطه ذوب آهن، با کاربرد حدود 95 درصدی در صنایع روز دنیا تا چه اندازه حیاتی است. در این مقاله بر آن شده‌ایم تا با شناخت مفهوم نقطه ذوب، به معرفی عوامل موثر بر نقطه ذوب آهن بپردازیم. در انتها نیز نقطه ذوب فولادهای پرکاربرد در صنایع را ارائه می‌کنیم.


آشنایی با مفهوم نقطه ذوب

هر ماده یا ترکیبی در دنیا به طور کلاسیک در سه حالت جامد، مایع و یا گاز می‌تواند وجود داشته باشد. این حالات از ماده تحت شرایطی خاص، قابل تبدیل شده به همدیگر هستند. از جمله این شرایط می‌توان به ترکیب شیمیایی، فشار و دمای ماده اشاره کرد. از نظر علم ترمودینامیک، نقطه ذوب به شرایطی از ماده می‌گویند که یک تعدل پایدار بین حالت جامد و مایع ماده مورد نظر وجود داشته باشد. در این حالت و با حفظ شرایط موجود، ماده تمایل و انرژی‌ای برای ادامه فرآیند نداشته و ماده، ترکیبی از حامد و مایع می‌شود. به عنوان مثال نقطه ذوب آب، صفر درجه سلسیوس می‌باشد. در این نقطه، هم امکان تشکیل یخ و هم امکان ایجاد آب وجود دارد.


نقطه ذوب آهن

حال که با مفهوم نقطه ذوب آشنا شدیم، به بررسی نقطه ذوب آهن می‌پردازیم. آهن یکی از فلزات فراوان پوسته‌ای زمین است و با توجه به فراوانی آن در معادن سنگ آهن دنیا، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. آهن از جمله مواد قابل بازیافت می‌باشد و توانایی بازیافت 100 درصدی از آن، اهمیت شناخت شرایط و نقطه ذوب آهن را دوچندان کرده است. عدد گزارش شده برای نقطه ذوب آهن خالص، 1538 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. مشاهده می‌شود که آهن نسبت به برخی دیگر از مواد و فلزات مهندسی نظیر آلومینیوم و مس نقطه ذوب بالاتری دارد و این موضوع، یکی از عمده‌ترین دلایل کاربرد وسیع آهن در صنایع جهان است. لازم به ذکر است که عدد ذکر شده مربوط به آهن خالص می‌باشد و وجود هرگونه ماده اضافه یا ناخالصی در ساختار آهن، دمای ذوب آهن را با تغییراتی همراه می‌کند.


دمای ذوب آهن اسفنجی

آهن اسفنجی از جمله پیش فراورده‌های فولادی می‌باشد که به طور مستقیم از سنگ آهن بدست می‌آید. وجود مقدار زیادی ناخالصی در ساختار آهن اسفنجی، نقطه ذوب آهن را با تغییرات عمده‌ای روبرو کرده است. آهن اسفنجی در بهترین کیفیت خود چیزی بین 30 الی 35 درصد ناخالصی در ساختار خود دارد و همین امر باعث شده است که نقطه ذوب آهن اسفنجی به 1200 درجه سانتی‌گراد تقلیل پیدا کند. البته لازم به ذکر است که آهن اسفنجی مستقیما مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و صرفا پیش ماده‌ای برای کوره‌های تولید فولاد است.


نقطه ذوب فولاد

در مورد دمای ذوب آهن خالص مطالبی گفته شد اما همانطور که می‌دانیم، آهن خالص به دلیل استحکام و سختی پایینی که دارد در صنعت جز در موارد خاص کاربردی ندارد و این فولاد است که با اضافه کردن کربن و سایر عناصر آلیاژی، انواع مقاطع آهنی را تشکیل داده و چرخ صنعت را می‌گرداند. همانطور که در مطلب “فولاد چیست؟” صحبت شد، تعداد فولاد‌های موجود در دنیا بسیار گسترده است و به هیچ عنوان نمی‌توان عدد خاصی را به عنوان نقطه ذوب فولاد معرفی کرد. علت این اتفاق، به کارگیری عناصر آلیاژی مختلف در ساخت هرکدام از این فولاد‌ها می‌باشد. در ادامه به بررسی دمای ذوب برخی از مهم‌ترین فولادها می‌پردازیم.

پوستر تماس فولاژ

همراه شما در قلب بازار آهن


دمای ذوب فولاد CK45

 فولاد ck45 از جمله فولادهای کم آلیاژ و پرکاربرد در صنایع می‌باشد. این فولاد بسته به میزان عناصر آلیاژی و فرایند تشکیل خود، می‌تواند دمای ذوبی بین 1380 تا 1540 درجه سانتی گراد داشته باشد.  هرچه میزان عناصر آلیاژی با نقطه ذوب کمتر از آهن، در ساختار فولاد بیشتر باشد، بدیهی است که نقطه ذوب فولاد مورد نظر از آهن خالص دورتر می‌شود.


نقطه ذوب استنلس استیل

استنلس استیل از زیرمجموعه‌های اصلی فولاد می‌باشد که در آن عناصر آلیاژی نظیر نیکل و کروم بسیار بیشتر از فولادهای کم آلیاژ می‌باشد. وجود این عناصر با مقدار بالا، نقطه ذوب استنلس استیل را تا حدودی متفاوت از سایر فولادها کرده است. به عنوان مثال، استیل 316 و 316L بازه‌ی دمای ذوب 1400-1375 درجه را به خود اختصاص داده‌اند در صورتی که استیل‌های سری 400 نظیر استیل 410 و استیل 420 دارای بازه‌ی ذوب 1530-1450 می‌باشد. در این میان، استیل 304 و 310 در میان این بازه قرار گرفته و در بیشترین حالت خود دمای ذوب آن به 1450 درجه سانتی‌گراد می‌رسد.

جدول نقطه ذوب استنلس استیل

عوامل موثر بر نقطه ذوب فولاد

همانطور که پیشتر نیز در مورد آن صحبت شد، فولادها بازه گسترده‌ای از دمای ذوب را به خود اختصاص داده‌اند. اگر به بررسی علل این اتفاق توجه کنیم، یکی از مهم‌ترین دلایل آن را می‌توان نوع و میزان عناصر آلیاژی به کار رفته در ساختار فولاد دانست. به عنوان مثال، فولاد خشکه هوایی که از جمله پرکاربردترین فولادهای صنعتی برای ساخت ابزار برش به شمار می‌رود به میزان بسیار زیادی (تا 18 درصد) در ساختار خود از تنگستن بهره برده است. همان‌طور که می‌دانید، تنگستن از جمله فلزات بسیار دیرگداز به حساب می‌آید و طبیعی است که دمای ذوب فولاد را بالا می‌برد.

عامل دوم تاثیر گذار در دمای ذوب فولاد، میزان ناخاصی‌های موجود در فولاد در حین فرآیند تولید است. اکسیژن، گوگرد و فسفر از جمله عناصری هستند که باید میزان حضورشان در فولاد را به حد اقل رساند.

عامل سوم اثرگذار در دمای ذوب فولاد، فشار موجود در اتمسفر کوره است. بدیهی است که هرچه فولاد فشار بالاتری را تحمل کند، در دمای کمتری به مذاب تبدیل می‌شود.

منبع

جمع‌بندی

در این مقاله، ابتدا به مفهوم علمی نقطه ذوب پرداخته شد. پس از آن مطالبی در مورد نقطه ذوب آهن خالص، آهن اسفنجی، برخی فولادها نظیر فولاد CK45 و استنلس استیل آورده شد و در پایان مطالبی در خصوص عوامل موثر بر نقطه ذوب انواع فولاد ذکر شد.

ممکن است شما دوست داشته باشید
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.