فولاد ترکیب بسیار متنوعی از آهن ، کربن و عناصر آلیاژی است به طوری که می توان با تغییر مقدار و نوع این عناصر ، تر کیبات مختلف فولادی با خواص بسیار جالب و متفاوت را تولید نمود. اگر چه تاریخچه تولید فولاد به حدود 3000 سال قبل بر می گردد ، ولی روش های جدید تولید محصولات فولادی در قرن 19 میلادی به کار گرفته شدند
توسع تکنولوژی تولید فولاد در آن زمان ، باعث تولید مقادیر بسیار زیاد این محصول گردید و در نتیجه کاربرد های جدیدی جهت استفاده از آن مثلا در راه آهن و صنایع اتومبیل سازی به وجود آمد که از آن زمان تا به حال ، دامنه کاربرد و تولید این محصول روز به روز گسترش بیشتری یافته است
علاوه بر ارزانتر بودن فلز فولاد که سبب مصرف فوق العاده آن می شود ، میتوان به ویژ گی های قابلیت آلیاژ سازی و امکان انجام عملیات حرارتی و دیگر عملیاتی که سبب ایجاد خصوصیات بسیار متنوعی در فولاد می شود اشاره کرد . ویژگی های مذکور تنوع عظیمی در کاربرد فولاد ایجاد کرده است . دامنه این تنوع از سوزن و سنجاق تا کشتی های عظیم الجثه اقیانوس پیما و آسمان خراشها گسترش دارد. ماشین آلات ساخته شده از فولاد ، همه آنچه مورد نیاز روزانه بشر است را می سازند
چنین گستره وسیعی از تنوع کاربرد که امکان پایه گذاری و راهبری صنایع گوناگون را میسر ساخته ، مقدار مصرف آهن و فولاد به معیاری برای داوری در مورد گستردگی صنعت در کشورها مبدل کرده است . صنعت فولاد به عنوان یکی از پایه های مهم اقتصادی هر کشور تلقی می شود ودر برخی مطالعات مصرف سرانه فولاد را به عنوان شاخصی برای ارزیابی صنعتی بودن یک کشور برشمرده اند
در بیش از 61 کشور فولاد تولید می شود و آهن وفولاد سهمی 5/2 درصدی از تجارت جهانی کالا را در بر داشته و سهم آن از صادرات کالاهای کارخانه ای نیز بالغ بر 3/2 درصد است
گروهی ازآلیاژ های Fe – Cو عناصر دیگر هستند که بیشترین کاربرد را در صنعت و تکنولوژی دارند . یکی از علل اصلی کاربرد وسیع فولاد ، خواص متنوعی است که به کمک روشهای مختلف عملیات حرارتی و فرآیند های تولید در آنها بوجود می آید
مشخصات مکانیکی فولاد
فولاد از مهمترین مصالح ساختمانی می باشد . مشخصات مهم فولاد که آنرا نسبت به سایر مصالح ممتاز می سازد ، مقاومت زیاد ،شکل پذیری ، یکسان بودن مقاومت آن در فشار و کشش می باشد.
فولاد به صورت سنگ آهن ( هماتیت، مگنتیت، لیمونیت و .... ) در طبیعت یافت می شود .
فولاد آلیاژهای مختلفی مانند ، مس ، نیکل ، کروم و منگنز ، فسفر ، سیلیکون ، سولفور ، تیتانیوم و وانادیم را دارا می باشند تا خواص مورد نظر مانند مقاومت ، شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی ، تامین گردد .
این آلیاژها مجموعا 3% از وزن فولاد رادر بر می گیرند . با توجه به اینکه این مقدار نا چیز است ولی تاثیر بسیار زیادی در مشخصات مکانیکی فولاد را دارا می باشد .
انواع فولاد :
فولاد هابه چند دسته تقسیم می شوند که به شرح ذیل می باشند:
فولاد کربنی : این نوع فولاد نسبتبه محتوای کربن آنها دسته بندی می شوند و بر حسب درصد اتمی یا وزنی ارائه می گردند :
1لف-فولاد کم کربن یا فولاد نرم : بین 1/0 تا 3/0 درصد کربن دارد و به همین دلیل توانایی سختی پذیری کمی دارد . این نوع فولاد در شکلهای مختلف مانن ورقه ، میله ، لوله ، تیرآهن و نبشی و کلا مقا طع ساختمانی تهیه می شود . به دلیل اینکه فولاد کم کربن توانایی
جوشکاری ، ماشینکاری و شکل پذیری خوبی دارد ، برای ساخت قطعاتی مورد مصرف قرار می گیرد که بتوان روی آنها عملیات تکمیلی انجام داد
ب- فولاد با کربن متوسط :حاوی 3/0 تا 6/0 درصد کربن است که برای ساخت بسیاری از قطعات استاندارد و ماشینها به کار میرود
ج-فولاد با کربن زیاد: این نوع فولاد بین 6/0 تا 7/1 درصد کربن دارد. بهترین نوع آن 7/0 تا 95/0 درصد کربن دارد . این دسته فولادها برای ساخت ابزارهای کوچک مورد استفاده قرار می گیرند و ابتدا باید سخت و سپس تمپر شوند
فولاد آلیاژی : این فراورده خواص ویژه ای دارد . که با مخلوط کردن و افزودن بعضیازعناصر به فولاد به دست می آید . هر فولاد آلیاژی دارای ویژگی مخصوص به خود می باشد که این ویژگی ناشی از عناصر الیاژی افزوده شده به فولاد است .
در زیر تاثیر برخی عناصر آلیاژی آورده شده است :
الف-نیکل
برای افزایش استحکام و چقرمگی افزوده می شود و همچنین باعث افزایش مقاومت فولاد در برابر خوردگی می شود .
ب-کروم
موجب افزایش سختی فولاد می گردد . علاوه بر آن باعث بهبود خواص سایشی سطحی می شود ، به عنوان مثال در ساخت محورها و چرخ دنده ها از فولاد های کروم – نیکل استفاده می شود زیرا این عنصر سختی کافی به قطعات می بخشد .
ج- منگنز
برای افزایش استحکام در فولاد مورد استفاده قرار می گیرد . همچنین در فرایند تولید فولاد اضافه کردن مقداری منگنز از حضور عناصر نامطلوب جلوگیری می کند .
د- تنگستن
برای ساخت ابزار برش به همراه کرم ، وانادیم ، یا منگنز به فولاد تندبر افزوده می شود . تنگستن سختی کافی را برای ابزار برش در فولاد ایجاد می کند .
ه- مولیبدن
مولیبدین برای افزایش چقرمگی به فولاد افزوده می گردد .
ی- وانادیم
موجب بهبود اندازه دانه های فولاد می شود . وانادیم معمولا به همراه کرم برای ساخت فولادهای کرم – وانادیم ، چرخ دنده ها و قطعات انتقال نیرو به کار می رود . این نوع فولادها ضد شوک معرفی می شوند
فولادهای ابزار
فولادهای ابزار محدوده وسیعی از ترکیبات شیمیایی مختلف را شامل می شوند . از یک فولاد کربنی ساده پر کربن می توان یک لبه برنده سخت به وجود آورد .
مزایای فولادهای پر آلیاژ دو چندان است : اول اینکه سختی پذیری زیادی دارند و این امکان را فراهم می آورد تا بتوان فولاد را با سرعت کمتری سرد کرد که به این ترتیب از ترک خوردن ابزار جلوگیری می شود . دوم اینکه مارتنزیت پر آلیاژ علاوه بر اثر عناصر آلیاژی ، باعث حفظ سختی فولاد در دمای بالا می شوند
فولادهای نورد شده
این نوع فولاد شامل میلگردها ، نبشی ، تیر آهن و لوله های ساختمانی است که به کمک فرایند نورد گرم ساخته ،و شکل داده می شوند هنگامی که قطعه به ناحیه حرارتی مناسب رسید ، از میان یک سری غلتکها که هر کدام پس از دیگری ، مجرای کوچک دارد ، عبور داده می شود . این فولاد از میان غلتک نهایی عبور می کند و آب داغ به صورت اسپری به آن پاشیده می- شود .
فولاد تولید شده با این روش بطور متوسط از لحاظ کیفیت ، یکنواخت است و برای ساخت بسیاری از انواع قطعات مورد استفاده قرار می گیرد
فولاد گالوانیزه شده
در این حالت ورق ها و لوله های کم کربن توسط فلز روی برای مراقبت و پیشگیری از زنگ زدگی پوشش داده می شوند
فولاد قلع اندود
در این حالت فولاد کم کربن برای حفاظت در مقابل خوردگی با قلع پوشش داده می شود (بایستی توجه داشت که در صورت عدم پیوستگی در پوشش ، فلز پایه خورده می شود
معرفی محصول
محصول مورد بررسی در این گزارش تولید میلگردوشمش فولادی سبک آلیاژی ( بیلت ) از ضایعات می باشد و به طور کلی قسمت عمده ای از تولید میلگرد که یکی از پر مصرف ترین و پر کاربردترین محصولات ساخته شده از فولاد می باشد از شمش است ولی در این پروژه منحصرا به تولید میلگرد از ضایعات آهن یا شمش و خود شمش پرداخته شده است .
بطور کلی میلگرد در ابعاد ، اندازه ، اقطار و استحکام متفاوت تولید و به بازار عرضه می شود که قسمت عمده ای از انواع میلگرد موجود در بازار به شرح جداول زیر است