اصلی ترین تفاوت آهن و فولاد در چیست؟

زمان مطالعه : ۳ دقیقه

اصلی ترین تفاوت آهن و فولاد در چیست؟

سنگ آهن یکی از منابع طبیعی مهم و پرکاربرد است. در گذشته از سنگ آهن به صورت خام استفاده‌‌‌ می‌شد اما امروز این ماده با ارزش تحت عنوان آهن، فولاد، چدن و ... مورد استفاده قرار‌‌‌ می‌گیرد. در واقع آهن، فولاد و چدن از مشتقات سنگ آهن به حساب‌‌‌ می‌آیند. قدمت آهن به سالیان سال پیش یعنی حدود 1400 سال قبل از میلاد مسیح باز‌‌‌ می‌گردد. برخی آثار به جای مانده از آن زمان در ارمنستان کنونی به خوبی این موضوع را تایید‌‌‌ می‌کند.

آهن پرمصرف‌ترین فلز دنیاست و اصلی‌ترین دلیل هم قیمت مناسب و استحکام بسیار بالای آن است. به طوری که تقریبا تمام سازه‌‌های دنیا حداقل در بعضی از بخش‌‌ها از آهن آلات ساخته شده اند. میزان مقاومت و کیفیت آهن بسته به درجه خلوص آن است. از آنجایی که سنگ آهن ناخالصی‌‌هایی به همراه دارد مهم است که محصول نهایی چقدر خالص باشد.

در واقع زمانی که ناخالصی‌‌ها از سنگ آهن جدا‌‌‌ می‌شوند و بسته به موادی که به آن اضافه‌‌‌ می‌شود آلیاژهای مختلف را تشکیل‌‌‌ می‌دهد. به بیان ساده‌تر آلیاژ ‌ترکیبی از فلز با ماده ای دیگر است که ممکن است فلز باشد یا نباشد. به عنوان مثال هنگام ذوب آهن با حذف کردن گوگرد و فسفر محصول نهایی به چدن تبدیل‌‌‌ می‌شود. همین طور فولاد آلیاژی متشکل از آهن و کربن است. در حالی که فلز آهن تنها از سنگ آهن تولید‌‌‌ می‌شود.

چدن نیز آلیاژ آهنی است که میزان کربن آن 2.11 الی 4.5 درصد می باشد.

فولاد فلزی متشکل از آهن است که دو هزارم تا دو درصد کربن دارد. این میزان متغیر کربن در فولاد باعث‌‌‌ می‌شود استحکام محصول نهایی متفاوت باشد؛ یعنی هرچه میزان کربن فولاد بیشتر باشد استحکام آن نیز بالا‌‌‌ می‌رود. با افزایش میزان استحکام فولاد قابلیت جوش پذیری آن کاهش‌‌‌ می‌یابد. همین ویژگی‌‌ها باعث کاربرد متفاوت فولاد در موارد مختلف و متنوع‌‌‌ می‌شود.

اصلی‌ترین تفاوت فولاد و آهن را از نظر ساخت‌‌‌ می‌توان در میزان کربن آن‌‌ها دانست. میزان کربن در آهن خام بسیار کمتر است، در حالی که فولاد در هنگام تولید میزان قابل توجه ای نسبت به آهن، کربن دارد. ماکسیمم میزان کربن در فولاد‌‌‌ می‌تواند 2 درصد وزن آن باشد. اضافه کردن سایر عناصر در حین تولید فولاد، ویژگی‌‌های محصول نهایی را تغییر‌‌‌ می‌دهد. با اضافه کردن کروم‌‌‌ به فولاد‌‌‌ می‌توان خاصیت ضد زنگ بودن را اضافه کرد و نیکل نیز استحکام فولاد را بیشتر‌‌‌ می‌کند. 

جدای از تفاوت آهن و فولاد از نظر ساختار ویژگی‌‌های متفاوت دیگری نیز دارند. اولین تفاوت آهن و فولاد را‌‌‌ می‌توان در قابلیت ضد خوردگی آن‌‌ها دانست. فولاد آلیاژی با ویژگی ضد خوردگی است در صورتی که آهن در برابر اکسیژن و آب از خود واکنش نشان‌‌‌ می‌دهد به این معنا که اکسید‌‌‌ می‌شود.

استحکام فولاد نسبت به آهن بسیار بالاتر است. این استحکام در درجه اول به دلیل میزان کربن بیشتر آن مربوط است و بعد از آن اضافه کردن سایر عناصری مانند نیکل در افزایش استحکام نقش دارد. استفاده فولاد در صنایع مختلف بیش از هر چیزی به استحکام آن بستگی دارد. آهن براساس میزان کربن به سه گروه فولاد با کربن کم، فولاد با کربن متوسط و فولاد با کربن بالا تقسیم‌‌‌ می‌شود.

وجود سیلیسیم در فولاد از دیگر تفاوت‌‌های فولاد و آهن است. فولاد با داشتن سیلیسیم مقاومت کششی اش افزایش‌‌‌ می‌یابد. در حالی که آهن به اندازه فولاد این قابلیت را ندارد. البته اضافه کردن عناصری مانند مگنز و کرم نیز در افزایش این ویژگی بسیار موثر هستند. این دو ویژگی فولاد را تبدیل به بهترین ماده برای ‌‌‌ساخت‌و‌ساز‌‌‌ می‌کند.

فولاد قابلیت شکل پذیری بالایی دارد و بعد از تثبیت نیز استحکام بسیاری بالایی پیدا‌‌‌ می‌کند؛ در صورتی که شکل پذیری آهن به اندازه فولاد نیست. تفاوت آهن و فولاد در قابلیت چکش خوری نیز هست. فولاد به دلیل کربن بالا چکش پذیری کمتری دارد و سخت‌تر است. هرچقدر میزان کربن فولاد کاهش پیدا کند نرم‌تر شده و چکش پذیر‌‌‌ می‌شود اما به همان اندازه استحکامش را از دست‌‌‌ می‌دهد و دیگر برای ساخت سازه‌‌های مستحکم مناسب نیست.

هرچقدر میزان کربن فولاد بیشتر شود به همان نسبت نیز دمای ذوبش کاهش‌‌‌ می‌یابد و ‌ترد‌‌‌ می‌شود. آهن به دلیل نداشتن کربن بر خلاف فولاد دمای ذوب بالاتری دارد و به آن اندازه‌ ترد نیست.

فولاد کم کربن نسبت به دو گروه دیگر استحکام کمتری دارد، اما به دلیل قابلیت بالایش در جوشکاری یکی از بهترین گزینه‌‌ها برای صنایع خودرو سازی است. فولاد با کربن متوسط مقاومت کمتری در برابر حرارت دارد اما استحکام آن بیشتر شده است بنابراین از این فولاد بیشتر برای ساخت چرخ دنده، ریل و سازه‌‌هایی این چنین استفاده‌‌‌ می‌شود. در نهایت فولاد با کربن بالا بیشترین استحکام را دارد و در ساخت اره، فنرها و تیغه‌‌ها استفاده‌‌‌ می‌شود. این نوع فولاد برای جوشکاری و لحیم کاری انتخاب مناسبی نیست. 

در جدول زیر می توانید ویژگی‌های آهن و فولاد را به‌صورت یک‌جا مقایسه کنید.

جدول مقایسه آهن و فولاد
جدول مقایسه آهن و فولاد

سخن پایانی

همان قدر که آهن و فولاد با یکدیگر تفاوت دارند، شباهت‌‌هایی نیز با هم دارند چرا که ذات اصلی هر دو از سنگ آهن است. در واقع بخش عمده فولاد را آهن تشکیل‌‌‌ می‌دهد. بنابراین طبیعی است که خصلت‌‌های مشابه ای داشته باشند.

در نهایت هر دوی این فلزات جزو پرکاربردترین فلزات در صنایع مختلف مانند ‌‌‌ساخت‌و‌ساز، خودرو سازی و ... هستند.

۰۱۳