کاربرد فولاد در صنایع
امروزه تمامی صنایع، وابسته به آلیاژها و فولاد است که یکی از کاربردی‌ترین مصالح در صنعت ساخت و سازه‌های متفاوت به‌شمار می‌رود. فولاد و انواع آن با توجه به ظاهر مستحکمی که دارد فلز نیست، در واقع آلیاژ میباشد. فولاد علاوه بر مقاومت بالا نسبت به وزن، از دوامی استثنایی نیز بهره برده است. همان‌طور که می‌دانید امروزه تمامی صنایع وابسته به آلیاژ و فولاد میباشد. در نتیجه کاربرد فولاد در صنایع با توجه به این امر بسیار چشمگیر است. فولاد با توجه به قابل بازیافت بودنش بارها مورد استفاده مجدد قرار می‌گیرد. این آلیاژ پرکاریرد در صنایعی مانند ساخت وسایل نقلیه، مهندسی، کشتی‌سازی، پتروشیمی، هوافضا و... مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توجه به اینکه هزینه تولید فولاد به نسبت استحکام بالایش، نسبتا پایین است، این امر باعث استفاده بی‌شمار آن به عنوان مصالح ساختمانی گردیده است.
مهمترین روش تولید فولاد
امروزه روش‌های بسیار مختلف و متداولی برای تولید، استفاده و کاربرد فولاد در صنایع وجود دارد که مهمترین روش‌های تولید آن به شرح زیر می‌باشند :
بسمر (Bessemer)
کوره قوس الکتریکی (EAF)
کوره باز (Open Hearth)
کوره اکسیژن قلیایی (BOF)
خواص فولاد
استحکام فولاد یکی از مشخصه‌های اصلی آن محسوب می‌شود. موارد زیر از مهمترین خاصیت‌های فولاد به شمار می‌روند که آن را تبدیل به آلیاژی پرکاربرد در صنایع نموده است.
مقاومت به خوردگی بسیار خوب ( گریدهای فولاد ضدزنگ )
استحکام کششی بسیار بالا
هزینه تولید کم
فراوانی و در دسترس بودن منابع تولید
شکل‌پذیری بسیار خوب و قابلیت چکش‌خواری
سختی و مقاومت نسبت به سایش بالا
دوام و پایداری خیلی خوب در شرایط بارگذاری مختلف
کاربردهای فولاد در صنایع
پیشرفت تکنولوژی از جمله مواردی است که با توجه به خواص و ویژگی‌هایی که این آلیاژ دارد باعث افزایش و ایجاد طیف وسیعی از کاربردهای فولاد در صنایع گردیده است. تقریبا تمامی محصولات فلزی اصلی بدون در نظر گرفتن دستورالعمل‌های خاص، آهن نامیده می‌شوند. با توجه به این امر حتی مقدار کمی از کربن باعث تغییر قابل توجهی در خواص فولاد می‌شود.
کاربرد فولاد به بخش‌های مختلفی تقسیم می‌شود که به طور مفصل به بررسی آنها می‌پردازیم.
• کاربرد فولاد در خودروسازی و حمل و نقل
فولادهای فرفوروژه فولادهای مهندسی هستند که با توجه به نوع طراحی آنها دارای خاصیت ارتجاعی، مقاومت در برابر خوردگی و شکل‌پذیری در سطح خاصی هستند. امروزه در ساخت اکثر وسایل نقیه و خودروها از فولادهایی با مقاومت بالا و پیشرفته استفاده می‌شود. این آلیاژ حدودا بیش از نیمی از وزن یک خودروی متوسط را به خود اختصاص می‌دهد. با توجه به عدم سنگینی، فولاد برای ساخت تجهیزات وسایل نقلیه بسیار ایده‌آل است. زیرا برای ساخت به انرژی کمتری نیاز دارد. در قسمت‌های مختلف خودرو از جمله محور چرخ‌ها، بدنه، فضای داخلی، درها و... از انواع مختلف این آلیاژ استفاده می‌شود. ورق فولادی یکی از پرکاربردترین مقاطع در ساخت بدنه در صنعت خودروسازی به شمار می‌رود.
فولاد با توجه به مقاومت در برابر زنگ‌زدگی در مقابل فلزاتی مانند برنز و گالوانیزه، ماده‌ی بسیار ایده‌آلی برای استفاده در صنایع دریایی است. یکی از بزرگترین موارد استفاده‌‌ی فولاد تانکرهای مواد شیمیایی میباشد. زیرا به جهت تمیز کردن کامل این تانکرها به وقت تعویض محموله، نیاز به موادی دارند که با دوام و قوی باشند.
همچنین کاربرد فولاد در صنایع حمل و نقل ریلی از جمله ساخت قطارها و زیر ساخت‌ها بسیار بالاست. فولاد علاوه بر بازار خودرو و صنایع ریلی، در موارد زیر نیز کاربرد دارد:
• انتقال نیرو
• زنجیرهای لنگر
• اجزای موتورهای جت
• کشتی‌ها
• کامیون
• قطارها
• ریل
• چرخ‌های زیرین هواپیما
• کاربرد فولاد در صنایع انرژی
کاربرد فولاد در حوزه‌ی انرژی از مهمترین کاربردهای آن به شمار می‌رود که زیاد به چشم نمی‌آید. به سبب دوام عالی این آلیاژ، تقریبا در همه‌ی حوزه‌های انرژی من جمله برق، انرژی هسته‌ای، گاز طبیعی و نیروی بادی کاربرد دارد. همچنین از فولاد برای استخراج منابعی که در تولید انرژی کاربرد دارند، از جمله در سکوهای فراساحلی، جرثقیل‌ها و لیفتراک و تجهیزات زمینی و معدن مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد زنگ نزن هم با توجه به استحکام بالا، میکرو آلیاژی و کربنی در تولید ماشین آلاتی مثل سکوهای دریایی و خطوط لوله به کار می‌رود. این ویژگی فولاد در پروژه‌های انرژی که در محیط‌های سخت و خورنده استفاده می‌شود بسیار ضروری و پرکاربرد است. همچنین این آلیاژ نقش بسیار مهمی را در تبدیل انرژی خورشیدی به آب گرم یا برق ایفا می‌کند. این آلیاژ ماده‌ی اولیه‌ی اصلی در پمپ‌ها، مبدل‌های حرارتی، پنل‌های خورشیدی و ساخت دستگاه‌های انرژی موج را تشکیل می‌دهد. کاربرد فولاد در صنایع و ساخت و سازهای مدرن بسیار گسترده است. یکی از بارزترین نمونه‌های آن برج‌های لوله‌ای فولادی میباشد که در توربین‌های بادی استفاده می‌شود.
• کاربرد فولاد در ساختمان سازی و تأسیسات
در صنعت تأسیسات ماده‌ی پایداری مانند فولاد، این امکان را برای سازه‌ها به وجود می‌آورد که با قیمتی پایین‌تر و سرعت بالاتر ساخته شوند. با توجه به نوع آلیاژهای فولاد و متفاوت بودن اشکال آن، امکان طراحی آن بر اساس نیازهای هر پروژهای، وجود دارد. برای محافظت در برابر عناصر، فولاد قابلیت آلیاژسازی به روش‌های مختلفی را دارا میباشد. همین امر باعث می‌شود تا فولادهای آلیاژی در هر محیطی برای زیرساخت‌های یک ساختمان استفاده شود.
همان‌طور که می‌دانید ساختمان سازی یکی از صنایع مهم در کشورهای مختلف است. در صنعت ساختمان سازی معمولا آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد. ولی در پروژهای بزرگ، به جهت استحکام بیشتر پروژه، معمولا از فولادهای آلیاژ پایین استفاده می‌گردد. یکی از فولادهای پرکاربرد در این پروژه‌ها فولاد Ck45 نام دارد. که دلیل استقبال از آن در صنعت قیمت و خاصیت این فولاد میباشد.
برخی از فولادهای پرکاربرد در صنعت ساختمان‌سازی به شرح زیر می‌باشند :
فولاد mo40
فولاد Ck45
ورق st52
ورق st37
امروزه صنعت ساختمان بیش از 50% تولید فولاد جهان را به خود اختصاص داده است. زیرا این آلیاژ یکی از مهمترین اجزای صنعت ساختمان به شمار می‌رود. همچنین تیرآهن و میلگرد از پرکاربردترین مقاطع فولادی در صنعت ساختمان سازی محسوب می‌شوند.
با شروع قرن بیستم بشریت شاهد توسعه‌ی تکنیک‌هایی کارآمد در تهیه‌ی فولاد بوده است. از من جمله‌ی این پیشرفت‌ها می‌توان به رشد را‌ه‌آهن در سراسر دنیا و ساخت ساختمان‌های بلند اشاره کرد. همچنین بسیاری از ساختمان‌های تاریخی از جمله ساختمان امپایر استیت با دارا بودن فولاد جزو ساختمان‌های محکم و استوار به شمار می‌رود.
ضایعات ساختمانی در سازه‌های فولادی بسیار پایین است. همچنین در ساخت محصولات جدید، استفاده از فولاد قراضه‌ها کاهش نیاز به مواد اولیه‌ی سنگ آهن و زغال را در پی دارد. در حال حاضر حدود 80% ازتیرآهن‌های فولادی و گریدهای آن بدون افت کیفیت، از قرضه‌ها ساخته می‌شوند.
کاربرد فولاد در صنایع و ساخت و ساز علاوه بر موارد ذکر شده در موارد زیر نیز دارای اهمیت است:
دفاع ساحلی و سیل
ساختمان‌های کم ارتفاع و مرتفع
حصارهای امنیتی
ورزشگاه‌ها ، ایستگاه‌ها
صفحات عرشه پل
اسکله‌ها و کابل‌های تعلیق
بندرگاه
ساختمان‌های آموزشی و بیمارستان
تونل ها
روکش و بام
دفاتر
بتن آرمه
مطلب مرتبط : تولیدکنندگان فولاد در ایران
• کاربرد فولاد در معماری
تاریخ معماری بعد از استفاده فولاد در این صنعت، دستخوش تغییراتی شد که باعث به جلو رفتن این حرفه برای چند قرن گردید. این آلیاژ به معماران این امکان را فراهم کرده تا ساختارهایی را در مقیاس‌های مختلفی را ایجاد کنند. استحکام کششی و دوام فولاد باعث شده تا یکی از مهمترین متریال‌های معماری محسوب گردد.
شایان ذکر است که ویژگی‌های زیر از جمله مواردی است که باعث می‌شود تا فولاد به عنوان یکی از مهمترین مصالح ساختمانی به کار رود.
• وجود خاصیت الاستیک و پلاستیک
• تغییر شکل در اثر بارگذاری و ایجاد تنش یکنواخت
• مقاومت نسبی بالا
• خاصیت خمش پذیری
• شکل پذیری
• خاصیت چکش خواری
• ضریب ارتجاعی بالا
• خاصیت سختی استاتیکی و دینامیکی
• همگن بودن
• جوش پذیری
• کاربرد فولاد در کشتی‌سازی
یکی دیگر از بهترین و مهمترین کاربردهای فولاد در صنایع، صنعت کشتی‌سازی محسوب می‌شود. در ساخت کشتی‌های کانتینری بزرگ، صفحات مدرن مقاومت کششی بالاتری را نسبت به نمونه‌های قبلی دارند.
نوع خاصی از صفحات فولادی با مقاومت بالا در برابر خوردگی، در ساخت تانکرهای نفتی کاربرد دارد. این فولادها به دلیل وزن بسیار پایین امکان ساخت کشتی‌های بسیار سبکتری را فراهم می‌سازند.
همچنین فولاد با دارا بودن مقاومت بالاتر در برابر زنگ‌زدگی در قیاس با سایر فلزات از قبیل برنج و برنز در کشتی‌سازی بسیار پرکاربرد است. قیمت ورق گالوانیزه از جمله موارد بسیار مهم برای کشتی‌سازان به‌شمار می‌رود. زیرا دادا بودن یک لایه‌ی فلزی بر روی فولاد باعث افزایش مقاومت آن در برابر خوردگی می‌شود.
• کاربرد فولاد در صنایع پزشکی
فولاد زنگ نزن یا استنلس استیل از مهمترین فلزات صنعت پزشکی به شمار می‌رود که مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد. دلیل استفاده و اهمیت فولاد در پزشکی بالا بودن ایمنی، دوام و مقاومت بالای استیل میباشد.
صندلی‌های چرخ‌دار، تخت‌های بیمارستان، بعضی از تجهیزات جراحی و آزمایشگاهی از جمله مواردی است که در ساخت آنها از فولاد استفاده شده است.
• فولاد در صنعت و لوازم خانگی
فولاد معمولا در وسایلی مانند ماشین‌لباسشویی، یخچال، اجاق گاز، سینک، کارد و چنگال و خیلی از موارد دیگر یافت می‌شود. حدود 75% وزن هر لوازم خانگی را این آلیاژ تشکیل می‌دهد. علاوه بر موارد فوق تعداد زیادی از کالاهای صنعتی نظیر وسایل نقلیه و ماشین آلات کشاورزی، راهروها، مخازن ذخیره‌سازی، ابزار و تجهیزات حفاظتی و سازه‌ها نیز از فولاد تهیه می‌شوند.
• کاربرد فولاد در صنعت نفت
در صنعت نفت و گاز نیز مانند صنعت پزشکی از فولاد زنگ‌نزن استفاده می‌شود. این آلیاژ علاوه بر مقاومت در برابر خوردگی، در برابر شرایط محیطی نیز کیفیت خود را حفظ می‌کند. در صنایع پتروشیمی، چاه‌های تحت فشار، مخازن ذخیره و ... فولادهای داپلکس و سوپر دوبلکس جزو پرکاربردترین‌های این صنعت محسوب می‌شوند.
علاوه بر موارد ذکر شده، لوله مانیسمان جایگاه ویژه‌ای را در صنعت نفت و گاز دارا میباشد. با توجه به حساسیت این صنعت، طراحی لوله مانیسمان به صورتی است که مقاومت کافی را در برابر دمای بالا، عوامل خورنده و نیروهای فشاری را در بر می‌گیرد. در نتیجه قیمت این محصول از عوامل تاثیرگذار تجهیزات صنعت نفت میباشد.
• بسته‌بندی
نقش با ارزش فولاد در صنعت بسته‌بندی بر کسی پنهان نیست. زیرا قادر به حفاظت کالاها در برابر عناصری مانند آب، هوا و نور است. همچنین فولاد به دلیل قابلیت بازیافتی که دارد، باعث کاهش هزینه‌ها و کمک به محیط زیست می‌شود. از خاصیت‌های این نوع بسته‌بندی می‌توان به پرشدن سریع، باز شدن سریع و سبکی آنها اشاره نمود. فولاد مورد استفاده در صنایع بسته‌بندی از نوارهای فولادی با نورد سرد و کم کربن ساخته و سطح آنها پالیش می‌شود. سپس برای جلوگیری از خورده‌شدگی، قلع اندود و بعد با پلیمری لاک زده می‌شود تا آماده گردد. فولاد به صورت طبیعی مقاوم در برابر خراش بوده و یک پوشش محافظ دارد. و همین امر باعث می‌شود که بر خلاف سایر مواد بسته‌بندی فاقد ترک یا منافذی باشد. زیرا وجود منافذ می‌تواند باکتری‌ها را در خود جای داده و باعث ایجاد مسمومیت غذایی گشته و ماندگاری مواد غذایی کم شود.
همان‌طور که می‌دانید بیشترین کاربرد فولاد در صنایع ظروف غذایی و نوشیدنی است. بعد از آن این امر شامل درپوش‌ها و اسپری‌ها می‌شود.
سخن نهایی
همن‌گونه که ذکر گردید فولاد علاوه بر مقاومت بالا نسبت به وزن، دارای دوامی استثنایی میباشد. در وصف کارآمدی فولاد می‌توان گفت که فولاد همه چیز است. با وجود کاربردهای فولاد در صنایع که نقش به سزایی در این امر دارد، تولیدکنندگان قادر به تولید محصولاتی جدیدی با استحکام، شکل‌پذیری و هر پارامتر قابل اندازه‌گیری دیگری هستند. تمامی موارد ذکر شده قسمتی از کابردهای مهم فولاد در دنیای پیشرفته امروز محسوب می‌شوند. همچنین رعایت انواع استانداردهای فولاد از مهمترین پارامترهای این محصول به جهت تولید و صادرات، در بین تولیدکنندگان به حساب می‌رود. تمامی این کاربردها دارای فاکتورهای مشترکی از فولادهایی هستند که به صورت مدرن و هدفمند تولید شده‌اند. و هر کدام در کنار کاربردهایشان، دارای مزایا و ویژگی‌های خاص خود هستند.
