فولاد کربنی یک آلیاژ آهن-کربن است که حاوی حداکثر 2.1 درصد وزنی کربن است. برای فولادهای کربنی، حداقل محتوای مشخصی از سایر عناصر آلیاژی وجود ندارد، با این حال، آنها اغلب حاوی منگنز هستند. حداکثر مقدار منگنز، سیلیکون و مس باید به ترتیب کمتر از 1.65 درصد وزنی، 0.6 درصد وزنی و 0.6 درصد وزنی باشد.

اگر علاقه مند به خرید یا فروش فولاد کربنی هستید، Matmatch با Resourex همکاری کرده است تا یک بازار دیجیتال قابل اعتماد برای سفارشات لحظه ای فولاد با خریداران و فروشندگان تایید شده راه اندازی کند. در این مورد بیشتر بدانید اینجا.

انواع فولاد کربنی و خواص آنها

فولاد کربنی را می توان با توجه به محتوای کربن آن به سه دسته طبقه بندی کرد: فولاد کم کربن (یا فولاد کربن ملایم)، فولاد کربن متوسط ​​و فولاد پر کربن. [1]. محتوای کربن، ریزساختار و خواص آنها به شرح زیر مقایسه می شود:

	محتوای کربن (wt.%)	ریزساختار	خواص	مثال ها
کم کربن فولاد	< 0.25	فریت، پرلیت	سختی و هزینه کم. شکل پذیری، چقرمگی، ماشین کاری و جوش پذیری بالا	AISI 304، ASTM A815، AISI 316L
کربن متوسط فولاد	0.25 – 0.60	مارتنزیت	سختی پذیری کم، استحکام متوسط، شکل پذیری و چقرمگی	AISI 409، ASTM A29، SCM435
کربن بالا فولاد	0.60 – 1.25	پرلیت	سختی بالا، استحکام، شکل پذیری کم	AISI 440C، EN 10088-3

فولاد کم کربن

فولاد کم کربن پرکاربردترین نوع فولاد کربنی است. این فولادها معمولاً دارای محتوای کربن کمتر از 0.25 درصد وزنی هستند. آنها را نمی توان با عملیات حرارتی سخت کرد (برای تشکیل مارتنزیت) بنابراین معمولاً با کار سرد به دست می آید.

فولادهای کربنی معمولاً نسبتاً نرم و استحکام کمی دارند. با این حال، انعطاف پذیری بالایی دارند و برای ماشینکاری، جوشکاری و هزینه کم بسیار عالی هستند.

فولادهای با استحکام بالا و کم آلیاژ (HSLA) نیز اغلب به عنوان فولادهای کم کربن طبقه بندی می شوند، اما حاوی عناصر دیگری مانند مس، نیکل، وانادیم و مولیبدن نیز هستند. در مجموع، اینها تا 10 درصد وزنی از محتوای فولاد را تشکیل می دهند. فولادهای با استحکام بالا و کم آلیاژ همانطور که از نامشان پیداست دارای استحکام بالاتری هستند که با عملیات حرارتی به دست می آید. آنها همچنین انعطاف پذیری را حفظ می کنند و به راحتی قابل شکل گیری و ماشینکاری هستند. HSLA نسبت به فولادهای ساده کم کربن در برابر خوردگی مقاوم تر است.

فولاد کربن متوسط

فولاد با کربن متوسط ​​دارای محتوای کربن 0.25 – 0.60 درصد وزنی و محتوای منگنز 0.60 – 1.65 وزنی است. خواص مکانیکی این فولاد از طریق عملیات حرارتی شامل احیاسازی و سپس خاموش کردن و تمپر کردن بهبود می‌یابد و به آنها ریزساختار مارتنزیتی می‌دهد.

عملیات حرارتی را فقط می توان بر روی مقاطع بسیار نازک انجام داد، با این حال، عناصر آلیاژی اضافی مانند کروم، مولیبدن و نیکل را می توان برای بهبود توانایی فولادها برای عملیات حرارتی و در نتیجه سخت شدن اضافه کرد.

فولادهای با کربن متوسط ​​سخت شده، استحکام بیشتری نسبت به فولادهای کم کربن دارند، با این حال، این امر به ضرر شکل‌پذیری و چقرمگی است.

فولاد کربن بالا

فولاد پر کربن دارای محتوای کربن 0.60-1.25 درصد وزنی و محتوای منگنز 0.30 تا 0.90 درصد وزنی است. بالاترین سختی و چقرمگی فولادهای کربنی و کمترین شکل پذیری را دارد. فولادهای پر کربن به دلیل این واقعیت که تقریباً همیشه سخت شده و تمپر می شوند در برابر سایش بسیار مقاوم هستند.

فولادهای ابزار و فولادهای قالبی انواع فولادهای پرکربن هستند که حاوی عناصر آلیاژی اضافی از جمله کروم، وانادیم، مولیبدن و تنگستن هستند. افزودن این عناصر منجر به فولاد بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش می شود که در نتیجه تشکیل ترکیبات کاربید مانند کاربید تنگستن (WC) است.

تولید و فرآوری

فولاد کربنی را می توان از فولاد بازیافتی، فولاد بکر یا ترکیبی از هر دو تولید کرد.

فولاد بکر از ترکیب سنگ آهن، کک (تولید شده با حرارت دادن زغال سنگ در غیاب هوا) و آهک در کوره بلند در حدود 1650 درجه سانتیگراد ساخته می شود. آهن مذاب استخراج شده از سنگ آهن با کربن حاصل از کک در حال سوختن غنی می شود. ناخالصی‌های باقی‌مانده با آهک ترکیب می‌شوند و سرباره تشکیل می‌دهند که در بالای فلز مذاب شناور می‌شود، جایی که می‌توان آن را استخراج کرد.

فولاد مذاب حاصل تقریباً حاوی 4 درصد وزنی کربن است. سپس این محتوای کربن طی فرآیندی به نام کربن زدایی به مقدار مورد نظر کاهش می یابد. این امر با عبور اکسیژن از مذاب حاصل می شود که کربن موجود در فولاد را اکسید می کند و مونوکسید کربن و دی اکسید کربن تولید می کند.

مثال ها و کاربردها

فولاد کم کربن

فولادهای کم کربن اغلب در اجزای بدنه خودرو، اشکال ساختاری (تیرهای I، آهن کانال و زاویه)، لوله‌ها، اجزای ساختمانی و پل و قوطی‌های غذا استفاده می‌شوند.

فولاد کربن متوسط

به دلیل استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش و چقرمگی، فولادهای کربن متوسط ​​اغلب برای خطوط راه‌آهن، چرخ‌های قطار، میل لنگ و چرخ دنده‌ها و قطعات ماشین‌آلاتی که به این ترکیب از ویژگی‌ها نیاز دارند استفاده می‌شوند.

فولاد کربن بالا

فولادهای پرکربن به دلیل مقاومت در برابر سایش و سختی بالا در ابزارهای برش، فنرهای سیم با استحکام بالا و قالب ها استفاده می شوند.

مقایسه خواص و کاربردهای درجات مختلف

نمونه ها، خواص و کاربردهای فولادهای کربنی مختلف در جدول زیر مقایسه شده است.

تایپ کنید	نام AISI/ASTM	محتوای کربن (wt.%)	استحکام کششی (MPa)	قدرت تسلیم (MPa)	شکل پذیری (% کشیدگی در 50 میلی متر)	برنامه های کاربردی
کم	1010	0.10	325	180	28	پانل های خودرو، میخ، سیم
کم	1020	0.20	380	205	25	لوله، فولاد سازه ای، ورق فولادی
کم	A36	0.29	400	220	23	ساختاری
کم	A516 درجه 70	0.31	485	260	21	مخازن تحت فشار با دمای پایین
متوسط	1030	0.27 – 0.34	460	325	12	قطعات ماشین آلات، دنده، شیفت، محور، پیچ و مهره
متوسط	1040	0.37 – 0.44	620	415	25	میل لنگ، کوپلینگ، قطعات سر سرد.
بالا	1080	0.75 – 0.88	924	440	12	سیم موسیقی
بالا	1095	0.90 – 1.04	665	380	10	فنر، ابزار برش