نقطه ذوب آهن و فولاد چقدر است؟ عوامل موثر بر آن

نقطه ذوب در حقیقت دمایی از ماده می‌باشد که در آن دما، حالت ماده از جامد به مایع تبدیل می‌شود. در واقع نقطه ذوب، دمای تغییر حالت از جامد به مایع می‌باشد. این پدیده تغییر حالت زمانی اتفاق می‌افتد که ماده گرم شود. در طی فرآیند ذوب، تمام انرژی اضافه شده به ماده به عنوان گرمای همجوشی مصرف می‌شود و دما ثابت می‌ماند. در طول انتقال فاز، دو فاز فیزیکی ماده در کنار هم وجود دارند. نقطه ذوب آهن و فولاد را هم می‌توان همین‌گونه تعریف کرد.

*** منظور از نقطه ذوب آهن و فولاد چیست؟

آهن و فولاد از جمله عناصر فلزی هستند که دارای دمای ذوب مشخصی هستند. فولاد در حقیقت آلیاژی بر پایه آهن می‌باشد.

نقطه ذوب آهن و فولاد همان دمای تغییر حالت فیزیکی آنها از جامد بلوری به مذاب می‌باشد. دانستن نقطه ذوب عناصر و آلیاژها به صنعتگران کمک می‌کند تا آنها را به صورت اصولی و استاندارد ذوب کنند و برای فلز یا آلیاژ مورد نظر مشکلی پیش نیاید. ساده‌ترین راه بدست آوردن نقطه ذوب آهن و فولاد، حرارت دادن به این مواد و رسیدن به نقطه‌ای که تغییر حالت فیزیکی از جامد بلوری به مذاب اتفاق می‌‌افتد، می‌باشد.

*** نقطه ذوب آهن

آهن به عنوان ماده‌ای که از سنگ آهن بدست می‌آید، دارای نقطه ذوب مشخصی می‌باشد. دمای ذوب آهن خالص به طور استاندارد ۱۵۳۸ درجه سانتیگراد است. در این دما، بدون اینکه ذرات آهن خاصیت خود از دست بدهند، انعطاف پذیری بالایی خواهند داشت. آهن اسفنجی یکی از اَشکال مختلف آهن می‌باشد که در مراحل تولید فولاد، آنرا از سنگ آهن بدست می‌آورند. این نوع از آهن دارای ناخالصی حدود ۳۰ الی ۳۵ درصدی می‌باشد که باعث شده است تا دمای ذوب آن ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد باشد. نقطه ذوب آهن و فولاد متاثر از مراحل تولید و ناخالصی‌های موجود در سنگ آهن و درصد خلوص‌سازی که انجام می‌گیرد می‌باشد.

*** نقطه ذوب آهن و فولاد به چه عواملی بستگی دارد؟

هر عنصری دارای یک نقطه ذوب مشخص است که با رسیدن به آن از حالت معمول خود خارج و به مذاب تبدیل خواهد شد. آهن و فولاد نیز براساس همین قاعده، نقطه ذوب مشخصی دارند که از آن در صنایع بالادستی و پایین دستی فولاد استفاده می‌شود. در اغلب موارد برای تولید محصولات فولادی، شمش‌، بلوم و یا تختال‌ها به عنوان ماده اولیه تولید در خطوط نورد یا در کوره‌ها تحت حرارت قرار می‌گیرند. این حرارت وارده باید چیزی پایین‌تر از نقطه ذوب آهن و فولاد و بالاتر از دمای معمول باشد تا شمش فولادی حالت نرم گرفته و برای شکل دهی و تولیدات آماده گردد.

اصطلاحاً به آلیاژ آهنی که دارای درصدی از کربن در ترکیبات شیمیایی خود باشد فولاد گفته می‌شود. این درصد می‌تواند از ۰٫۲ تا دو درصد از کل فولاد را شامل شود. درصد کربن به‌کاررفته در ترکیبات شیمیایی فولاد در رنج سختی، خواص مکانیکی، خواص شیمیایی و میزان تردی و شکنندگی آن به‌صورت کاملاً مستقیم تأثیرگذار است. به‌منظور تولید محصولات فولادی همچون شمش دو روش کلی وجود دارد:

*** کوره قوس الکتریکی

در این روش از کوره قوس الکتریکی برای ذوب آهن استفاده می‌شود. این روش دما را تا ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد افزایش می‌دهد و موجب ذوب شدن آهن اسفنجی به‌عنوان ماده اولیه تولید فولاد می‌شود.

*** کوره احیا غیرمستقیم

در این روش ماده اولیه به‌صورت غیرمستقیم احیا می‌گردد و کربن اضافی آن طی فرآیندی سوزانده می‌شود. اصطالحاً به این روش فرآیند احیای غیرمستقیم گفته می‌شود. در این شیوه عملیاتی درصد کربن چندین درجه کاهش یافته و در عوض عناصر دیگری به ترکیبات محصول اضافه خواهد شد. به این ترتیب میزان مقاومت و استحکام محصول فولادی به طرز چشمگیری افزایش خواهد یافت، اما در مقابل افزایش میزان تردی و شکنندگی و کاهش قابلیت جوش پذیری نیز با محصول فولادی همراه خواهد شد.

ساختار متالورژیکی و ترکیبات شیمیایی دو فاکتور بسیار مهم در نقطه ذوب آهن و فولاد هستند. ترکیبات شیمیایی تشکیل دهنده تاثیر به سزایی در نقطه انجماد و ذوب محصولات فلزات دارد و ممکن است منجر به افزایش یا کاهش نقطه مذکور گردند. در فرآیند ذوب فولاد، دمای مطلوب برای مجاب شدن محصولات حرارتی کمتر از دمای ذوب و بیشتر از دمای محیطی می‌باشد. فولادها اغلب با رسیدن به حرارت مربوطه به طور یکنواخت مذاب نمی‌شوند. در بخش‌هایی که نقطه ذوب آهن و فولاد پایین‌تر باشد، مذاب شدن سرعتی بالاتر دارد؛ از همین رو ساختار فولاد در کوره ذوب و ریخته‌گری تاثیرگذارتر خواهد بود.

ناخالصی‌ها نیز بر روی نقطه ذوب آهن و فولاد تاثیرگذار خواهند بود. مواد جامد ناخالص در دمای پایین ذوب می‌شوند و همچنین ممکن است در محدوده دمایی گسترده‌تری ذوب شوند که به عنوان افت دمای ذوب شناخته می‌شود. دامنه نقطه ذوب برای جامدات خالص باریک است، معمولاً فقط ۱ تا ۲ درجه سانتی گراد است که به عنوان یک دمای ذوب شارپ شناخته می‌شود. ناخالصی‌ها باعث نقص ساختاری می‌شوند که غلبه بر فعل و انفعالات بین مولکولی در مولکول‌ها را آسان می‌کند. یک دمای ذوب شارپ غالباً گواه خالص بودن نمونه است و دامنه ذوب وسیع نیز گواه خالص نبودن آن است. طبیعتا وجود ناخالصی در آهن و فولاد نیز منجر به کاهش نقطه ذوب آهن و فولاد خواهد شد.

*** نقطه ذوب فولاد کربنی و آلیاژی زنگ‌نزن

همانطور که در بالا گفتیم، فولاد آلیاژی از آهن می‌باشد. نقطه ذوب فولاد در حدود ۱۳۷۰ درجه سانتیگراد است. در حقیقت افزودن کربن موجب کاهش دمای ذوب فولاد در مقایسه با آهن خالص می‌شود. از این رو در ادامه با توجه به تاثیر درصد کربن و سایر آلیاژها، به نقطه ذوب آهن و فولاد کربنی و آلیاژی اشاره خواهیم کرد.

*** نقطه ذوب فولاد CK45

فولاد ساده کربنی CK45 با توجه به خواص خوب مکانیکی و متالورژی آن از خواص مقاومت در برابر سایش و ضربه برخوردار است. نقطه‌ی ذوب این فولاد با توجه به میزان مواد موجود در آن و درصد هر کدام بستگی دارد. اما به صورت میانگین نقطه‌ ذوب این نوع از فولاد، بین ۱۳۸۰ تا ۱۵۱۴ درجه‌ سانتیگراد در نظر گرفته می‌شود.

*** نقطه ذوب آهن و فولاد زنگ‌نزن

این نوع فولاد به دلیل داشتن مقاومت در برابر خوردگی، یکی از انواع فولاد است که در مواد مهندسی بسیار پرکاربرد است. وجود حدود ۱۲ درصد کروم در ترکیبات فولاد زنگ‌نزن باعث ایجاد مقاومت بالای آن شده است. فولاد زنگ‌نزن شامل گریدهای مختلفی است و به دلیل اینکه آلیاژ محسوب می‌شود، در گریدهای مختلف نقطه‌ ذوب متفاوتی دارد.

در این مقاله سعی شد تا مباحث پیرامون اهمیت نقطه ذوب آهن و فولاد و آلیاژهای مختلف آن به طور مختصر شرح داده شود. امیدواریم تا با مطالعه مقاله فوق پاسخ سوال‌هایتان را دریافت کرده باشید.