ترکیب فولاد
فولاد، آلیاژی از آهن و کربن است که می‌تواند حاوی مقادیر کمی سیلیکون، فسفر، گوگرد و اکسیژن باشد. محتوای کربن فولاد بین 0.08 تا 1.5 درصد بوده که این مقدار از کربن، باعث می‌شود فولاد از آهنِ ساخته، سخت‌تر باشد اما به شکنندگی چُدن نباشد.
فولاد، تعادل بی‌نظیری از سختی، انعطاف‌پذیری و مقاومت کششی دارد. فولاد، بادوام‌تر از آهن است و در برابر شوک و تنش، مقاومت بالاتری نسبت به چُدنِ شکننده دارد.
مصارف فولاد
نمونه‌های زیر، مهم‌ترین مصارف فولاد هستند:
راه‌آهن
خطوط لوله‌ی انتقال نفت و گاز
آسمان‌خراش‌ها
آسانسورها
مترو
پل‌ها
ساخت اتومبیل و کشتی‌ها
کارد و چنگال‌ها
تیغ‌ها و وسایل جراحی
فولاد چگونه ساخته می‌شود؟
برای ساخت فولاد، سنگ آهن را در کوره‌های مخصوصی گرم می‌کنند تا ناخالصی‌های آن حذف شود و سپس، کربن را اضافه می‌کنند. امروزه، فولاد به یکی از دو روش زیر ساخته می‌شود:
کوره‌ی بلند
کوره‌ی قوس الکتریکی EAF
در روش اول، عمدتاً از مواد اولیه‌ی خام (مانند سنگ‌آهن، سنگ‌آهک و زغال‌سنگ کُک) به‌همراه مقداری ضایعات فولاد برای تولید فولاد استفاده می‌شود؛ در حالی که در روش دوم، عمدتاً از قراضه‌های فولادی برای ساخت فولاد استفاده می‌کنند.
کوره بلند چیست؟
کوره‌ی بلند، توسط مردی انگلیسی به نام هنری بسمر (Henry Bessemer) در اواسط دهه‌ی 1850 اختراع شد. در این روش، تولید فولاد از طریق دمیدن هوا از میان آهن مذاب و اُکسیدکردن و جداکردن ناخالصی‌ها انجام می‌شود.
کوره‌های بلندِ امروزی، استوانه‌های فولادی بلندی هستند که با آجرهای مقاوم به حرارت، روکش می‌شوند. سنگ‌آهن، زغال‌سنگ کُک و سنگ آهک از بالا وارد کوره می‌شوند و به تدریج به سمت پایین حرکت می‌کنند؛ هرچه پایین‌تر می‌روند، حرارتشان بیشتر می‌شود.
در نیمه‌ی بالایی کوره، گاز حاصل از سوختن زغال‌سنگ کُک، اُکسیژن موجود در سنگ آهن را آزاد می‌کند. در نیمه‌ی پایینی کوره، سنگ آهک با ناخالصی‌های موجود در سنگ آهن و زغال‌سنگ کک، شروع به واکنش می‌کند و ترکیبی از ناخالصی‌ها را که به «سرباره» معروف است، تولید می‌کند.
در قسمت پایین کوره، دما به بیش از 3000 درجه‌ی فارنهایت می‌رسد. سرباره‌ی مذاب که حاوی ناخالصی‌ها است، در بالای فولاد مذاب شناور می‌شود و از طریق شکافی از کوره، تخلیه می‌شود. فولاد مذاب از طریق حفره‌ای در دل کوره، خارج می‌شود.شیرفلکه برنجی
کوره‌ی قوس الکتریکی چیست؟
از این روش، عمدتاً برای تولید فولادهایی باکیفیت خاص استفاده می‌شود که با سایر فلزات آلیاژ می‌شوند. البته از این کوره‌ها برای تولید فولادهای عادی و غیرآلیاژی نیز بهره می‌برند.
برخلاف کوره‌های بلند، در کوره‌های قوس الکتریکی از فلز داغ استفاده نمی‌شود. بلکه در آن‌ها قراضه‌های فولادیِ حاصل از محصولات بازیافتی را به کار می‌گیرند.
قراضه‌ی فولادی از طریق جرثقیل سقفی، به کوره‌ی قوس الکتریکی منتقل می‌شود. وقتی کوره پُر شد، در آن بسته شده و قسمت بالای کوره را می‌پوشاند. الکترودهایی داخل در تعبیه شده‌اند که به کوره وارد می‌شوند. این الکترودها با یک جریان الکتریکی قوی که گرما تولید می‌کند، شارژ می‌شوند و قراضه‌ی فولادی را ذوب می‌کنند.لوله و اتصالات سوپرنیوپایپ
با ذوب قراضه‌ی فولادی، سایر فلزات که به آلیاژهای فرو شناخته می‌شوند به فولاد افزوده شده تا ترکیب شیمیایی مورد نظر برای فولاد ایجاد شود. برای تصفیه‌ی فولاد، اُکسیژن در کوره دمیده می‌شود. آهک و فلئورسپار (یک ترکیب معدنی) نیز برای ترکیب با ناخالصی‌ها و ایجاد سرباره، افزوده می‌شوند.
در این مطلب، پیرامون فولاد، تاریخچه و همچنین اتصالات روش‌های ساخت آن صحبت شد. همان طور که گفتیم، روش کوره‌ی بلند و روش قوس الکتریکی، دو مورد از مهم‌ترین روش‌های تولید فولاد هستند. برای تولید طیف وسیعی از آلیاژهای فولادی، می‌توان از کوره‌های قوس الکتریکی استفاده کرد. پُرکاربردترین این آلیاژها، فولادهای ضد زنگ هستند که حاوی کروم و نیکل برای ایجاد خواص مقاومت در برابر خورردگی هستند. از دیگر انواع فولادهای خاص تولیدشده به روش قوس الکتریکی، می‌توان به فولادهای به‌کاررفته در مهندسی، هوافضا و ادوات جنگی اشاره کرد.