به فولادی که پایه اصلی آن از کربن است، فولاد کربنی گفته می شود. کربن و آهن دو جز اصلی آن هستند. در فولاد کربن آلیاژهای دیگری نیز وجود دارد که در اندازه کم تری بکار برده می شوند.
کربن مصرفی در عنصر فولاد میزان استحکام و سختی فولاد را مشخص می کند. این مقدار متغیر بوده، و با توجه به موارد کاربرد فلز از چند صدم درصد تا 2 درصد مورد استفاده قرار می گیرد.
میزان کربن علاوه بر اینکه اندازه سختی فلز را مشخص می کند، قابلیت آبکاری آن را نیز تعیین می کند. به این صورت که اگر کربن موجود در فلز پایین تر از 0.2 % باشد، این فلز قابلیت آبکاری ندارد. اما اگر میزان کربن در آن زیاد شده و به اندازه 1.2% برسد. قابلیت آبکاری داشته و سختی آن بالا می رود.
عناصر موجود در فولاد کربنی
می دانیم که در فولاد عناصر و آلیاژهای زیادی وجود دارد که هر کدام قابلیت بخصوصی به آهن می دهند. در ادامه به ذکر نام و ویژگی هرکدام می پردازیم.
کربن
همانطور که از اسم فولاد کربنی مشخص است، کربن اصلی ترین جزء تشکیل دهنده این نوع فلز می باشد. اندازه کربن استفاده شده در این عنصر با میزان سختی و استحکام فولاد رابطه مستقیمی دارد. این بدین معناست که اگر کربن مورد استفاده در حد زیادی باشد سختی آن نیز بالاتر است و برعکس.
سیلیسیم
این عنصر ازجمله آلیاژهایی است که به شکل اتفاقی در فولاد کربنی موجود است، وجود آن مشکلی ایجاد نمی کند و مفید است. این عنصر باعث حذف اکسیژن فولاد شده و از اثرات منفی آن جلوگیری می کند.
منگنز
منگنز نیز مانند مورد قبلی به شکل اتفاقی در چرخه تولید فولاد وجود دارد و باعث اکسیژن زدایی می شود. علاوه‌براین وجود منگنز، به بالا بردن میزان استحکام و پایداری فلز کمک می کند. نکته قابل توجه اینکه که اگرچه حضور منگنز موثر است، اما اگر اندازه آن زیاد باشد، باعث ترک خوردن فولاد می شود.
مس
مس هم یکی دیگر از عناصر به کار رفته در فولاد کربن است که اگرچه که باعث تقویت فولاد می شود، اما اگر در اندازه زیادی به کار رود، باعث ایجاد آسیب به فولاد می شود. به همین علت باید در میزان استفاده از آن دقت کافی داشت.
گوگرد
از آن دسته از عناصر است که به شکل خالص در فولاد استفاده نمی شود و مصرف آن به صورت سولفید منگنز و سولفید آهن است.
نیتروژن
نیتروژن به میزان بالایی در هوا وجود دارد. پس باید برای کنترل اندازه نیتروژن به کاررفته در فولاد، هوای محیط را کنترل کنند. ناگفته پیداست که نیتروژن نیز ازجمله عناصری است که به طور طبیعی در ترکیب فولاد موجود است.
هیدروژن
این عنصر یک عامل مخرب برای ساختار فولاد کربنی است و با نفوذ در فلز منجر به ایجاد ترک های مویی فولاد و تردی آن می شود. پس باید به جهت کاهش نفوذ این گاز سمی در ساختار فولاد و کنترل آن اقدامات لازم را انجام داد.
اکسیژن
مشخص است که اکسیژن نیز در ترکیبات فولادی وجود دارد و البته اثرات مثبتی برای فولاد دارد مثلا کم کردن میزان انعطاف، و بالا بردن دمای انتقال در آن.
کاربرد فولاد تولیدی با کربن کم و کربن زیاد
موارد استفاده از فولادهای کربنی زیاد است و با توجه به مصرف نهایی میزان کربن مصرف شده در فولاد متغیر است. به طور کلی می توان گفت در مواردی که میزان سختی کمی مورد نیاز باشد فولاد کم کربن مورد توجه ویژه قرار می گیرد.
به عنوان مثال فولادهایی که میزان کربن به کار رفته در آن ها پایین است، در صنایع گوناگون مثل راه آهن، برق، صنایع تولیدی، کشتی سازی و … مورد مصرف قرار می گیرند.
اما فولادی که اندازه کربن استفاده شده در آن زیاد است، سختی و مقاومت زیادتری دارد و طبیعی است که در صنایعی که میزان مقاومت بالاتری نیاز دارند مصرف می شوند. به عنوان مثال در تولید قطعات ماشین های صنعتی، غلطک ها و … ، از فولاد پرکربن مصرف می کنند.
جمع بندی
در این مقاله به معرفی فولاد کربنی و عناصر و آلیاژهای بکار رفته در آن پرداختیم. همانگونه که بیان شد به فولادی که پایه اصلی آن از کربن است، فولاد کربنی گفته می شود. کربن و آهن دو جز اصلی آن هستند. در فولاد کربن آلیاژهای دیگری نیز وجود دارد که در اندازه کم تری بکار برده می شوند که در این مطلب به صورت مجزا به هر کدام اشاره شده است.
