فولاد در تعریف کلی به ترکیب آهن و کربن گفته میشود که آهن ( Fe ) بعنوان عنصر پایه و کربن (C ) بعنوان عنصر اصلی همراه در ترکیب فولاد وجود دارد. به این ترکیب عناصر آلیاژی دیگری به منظور دریافت ویژگی های مکانیکی و شیمیایی خاص از قبیل موارد زیر اضافه میشود.
- بهبود خواص مکانیکی با افزایش عمقی که فولاد می‌تواند سخت شود.
- برای داشتن دمای بازپخت بیشتر با حفظ استحکام زیاد و شکل پذیری مطلوب
- برای بهبود خواص مکانیکی در دماهای زیاد و کم
- برای بهبود مقاومت به خوردگی و اکسایش در دمای زیاد
- برای بهبود خواص مخصوص مانند مقاومت به سایش و خواص خستگی
- برای تسهیل در ماشینکاری و پرداخت
در ادامه به تاثیر قابل توجه عناصر در فولاد ها می‌پردازیم.
تاثیر کربن ( C ) بر خواص فولاد
کربن بیشتربن تاثیر را بر خواص فولاد دارد و در انتخاب گرید فولاد درصد آن حائز اهمیت است. با افزایش درصد کربن استحکام و سختی بالا می رود و مقاوم به سایش میشود اما شکل پذیری، چقرمگی و جوش پذیری کاهش میابد. با افزایش درصد کربن سختی پذیری فولاد به شدت افزایش میابد اما وجود مقدار زیاد کربن در فولادها مطلوب نیست و برای افزایش سختی پذیری، افزودن عناصر آلیاژی دیگر روش بهتری است.
تاثیر کروم ( Cr ) بر خواص فولاد
کروم از جمله عناصر ارزشمند صنایع فولادسازی و جزو عناصر گران محسوب میشود. وجود این عنصر چندان بر افزایش استحکام تاثیری ندارد اما باعث افزایش سختی و سختی پذیری و کاهش شکل پذیری فولاد میشود و مقدار قابل توجه آن در ترکیب فولاد را مقاوم به خوردگی میکند. در فولاد های زنگ نزن عنصر شاخص کروم میباشد.
تاثیر منگنز ( Mn ) بر خواص فولاد
عنصر منگنز از 0.35 درصد تا 1 درصد در گرید های مختلف فولادهای ساده کربنی وجود دارد و با چگالی قابل توجه 97 درصدی موجب افزایش استحکام (تنش تسلیم) و کاهش شکل پذیری میشود. ترکیب منگنز با گوگرد، سولفید منگنز ایجاد میکند و فولاد را نرم کرده و قابلیت چکش خواری را افزایش می دهد. در عملیات حرارتی وجود منگنر موجب افزایش عمق سختی فولاد میشود اما مقدار زیاد آن احتمال تشکیل ترک را افزایش میدهد.
تاثیر گوگرد ( S ) بر خواص فولاد
حداکثر مقدار عنصر گوگرد در فولادهای ساده کربنی 0.05 درصد می باشد. این عنصر در ترکیب ناخالصی محسوب میشود و ترکیب آن با آهن، فولاد را ترد و شکننده میکند برای جلوگیری از این ترکیب به آن منگنز اضافه میشود تا با هم واکنش دهند زیرا موجب بهبود خواص و راحت تر شدن ماشینکاری فولاد میشود.
تاثیر فسفر ( P ) بر خواص فولاد
حداکثر میزان فسفر در فولاد بایستی 0.04 درصد باشد زیرا این عنصر مانند گوگرد ناخالصی محسوب میشود و وجود بیشتر از این مقدار موجب ترد شدن و شکننده بودن زیاد فولاد میشود که بر خواص چکش خواری آن تاثیر دارد و آن را کاهش میدهد.
تاثیر مولیبدن ( Mo ) بر خواص فولاد
این عنصر جهت بهبود استحکام و سختی پذیری به ترکیب فولادها اضافه میشود. مولیبدن در ترکیب با کربن واکنش داده و کاربید تشکیل میدهد که موجب افزایش سختی فولاد میشود. همچنین در فولادهای زنگ نزن وجود این عنصر فولاد را نسبت به خوردگی حفره ای مقاوم تر میکند.
تاثیر نیکل ( Ni ) بر خواص فولاد
نیکل نیز همانند کروم جز عناصر ارزشمند صنایع فولادسازی بوده و جزو عناصر شاخص فولادهای زنگ نزن می باشد. وجود ان موجب افزایش سختی و استحکام فولاد میشود با این تفاوت که بر خلاف عنصر کربن و کروم، شکل پذیری و چقرمگی را کاهش نمیدهد و همچنین قابلیت جوش پذیری فولاد را بهبود می دهد.
تاثیر بور ( B ) بر خواص فولاد
این عنصر با شعاع اتمی بزرگ خود در مقادیر بسیار کم نیز می‌تواند تاثیر قابل توجهی بر روی خواص فولاد داشته باشد. بور ساختار را ریزدانه میکند و در حین نگه داشتن چقرمگی فولاد، موجب افزایش زیاد استحکام و سختی میشود.
تاثیر وانادیوم ( V ) بر خواص فولاد
وانادیوم نیز عامل ریزدانه شدن ساختار فولاد میباشد به همین سبب استحکام و سختی فولاد را افزایش میدهد. در عملیات حرارتی کوئنچ تپمر باعث بالا بودن سختی در حالت تمپر میشود. بیشتر در ترکیب فولادهای ابزار گرمکار دیده میشود.
تاثیر تنگستن ( W ) بر خواص فولاد
تنگستن در فولاد، استحکام و سختی را افزایش داده و سبب کاهش شکل پذیری میشود. فولاد را در برابر حرارت و خوردگی مقاوم میکند. این عنصر را در مقادیر کم در گروه فولادهای ابزار سردکار و گرمکار، و در مقادیر بالاتر تا 18 درصد در گروه فولادهای تندبر (HSS) می‌بینیم.