متخصصین صنعت ساختمان همواره به دنبال استفاده از مصالح ساختمانی با خواص بهتر بوده اند. در صنعت ذوب آهن با کمک فرایند احیا، ابتدا آهن خام از سنگ آهن تولید می شود. سپس با افزودن عناصر مشخص شمش های فولادی تولید می شوند. چندین دهه از ورود فولاد به صنعت ساختمان می گذرد. با توجه به قیمت مناسب و مقاومت بالا اینگونه مصالح بیش از سایر مصالح ساختمانی مورد استفاده قرارگرفته است.
تأثیر عناصر مختلف بر ویژگیهای فولاد:
- کربن:با افزودن کربن به آهن مقاومت فولاد به دست آمده تا مقدار مشخص زیاد می شود اگرچه باعث افزایش شکنندگی و تردی و کاهش مقاومت در مقابل بارهای دینامیکی می شود. فولادهای کربن دار حد فاصل آهن خالص (صفر % کربن) و چدن ( 7/1 % کربن ) برحسب درصد کربن به قرار ذیل دسته بندی می شوند:
- فولاد کم کربن: مقدار آن کم تر از 15/0 درصد؛
- فولاد با کربن ملایم: مقدار آن حدود 15/0 الی29/0 درصد؛
- فولاد با کربن متوسط: مقدار آن حدود 30/0 الی 59/0 درصد؛
- فولاد با کربن زیاد: مقدار آن حدود 60/0 الی 7/1 درصد.
- منگنز:افزودن منگنز تا 65/1 درصد باعث افزایش شکل پذیری و مقاومت فولاد در مقابل ضربه و سایش می شود.
- سیلیسیوم:افزایش این عنصر تا 6/0 درصد مقاومت فولاد در مقابل خوردگی را افزایش می دهد .
- نیکل و مس:افزایش نیکل و مس تا 6/0 درصد باعث افزایش شکل پذیری فولاد می شوند.
نکته 1 : افزایش درصد کربن باعث افزایش تنش تسلیم، کاهش شکل پذیری و مشکلات در قابلیت جوش کاری می شود.
نکته 2 : در صورتیکه مقدار کربن از ۳ درصد تجاوز نماید عمل جوشکاری پر خرج شده و احتیاج به پیش گرمایش، پس گرمایش و الکترودهای خاص خواهد بود.
| Designation According to EN10027-1 | C in % max. For nominal thickness (mm) | Mn max. | Si max. | P max. | S max. | N max. | ||
| ≤ 16 | 16-40 | > 40 | ||||||
| S185 | – | – | – | – | – | – | – | – |
| S235JR | 0.21 | 0.25 | – | 1.5 | – | 0.055 | 0.055 | 0.011 |
| S235JRG1 | 0.21 | 0.25 | – | 1.5 | – | 0.055 | 0.055 | 0.009 |
| S235JBG2 | 0.19 | 0.19 | 0.23 | 1.5 | – | 0.055 | 0.055 | 0.011 |
| S235JO | 0.19 | 0.19 | 0.23 | 1.5 | – | 0.050 | 0.050 | 0.011 |
| S235J2G3 | 0.19 | 0.19 | 0.19 | 1.5 | – | 0.045 | 0.045 | – |
| S235J2G4 | 0.19 | 0.19 | 0.19 | 1.5 | – | 0.045 | 0.045 | – |
| S275JR | 0.24 | 0.24 | 0.25 | 1.6 | – | 0.055 | 0.055 | 0.011 |
| S275JO | 0.21 | 0.21 | 0.21 | 1.6 | – | 0.050 | 0.050 | 0.011 |
| S275J2G3 | 0.21 | 0.21 | 0.21 | 1.6 | – | 0.045 | 0.045 | – |
| S275J2G4 | 0.21 | 0.21 | 0.21 | 1.6 | – | 0.045 | 0.045 | – |
| S355JR | 0.27 | 0.27 | 0.27 | 1.7 | 0.6 | 0.055 | 0.055 | 0.011 |
| S355JR | 0.23 | 0.23 | 0.24 | 1.7 | 0.6 | 0.050 | 0.050 | 0.011 |
| S355JR | 0.23 | 0.23 | 0.24 | 1.7 | 0.6 | 0.045 | 0.045 | – |
| S355JR | 0.23 | 0.23 | 0.24 | 1.7 | 0.6 | 0.045 | 0.045 | – |
| S355JR | 0.23 | 0.23 | 0.24 | 1.7 | 0.6 | 0.45 | 0.45 | – |
| S355JR | 0.23 | 0.23 | 0.24 | 1.7 | 0.6 | 0.45 | 0.45 | – |
انواع پرکاربرد فولاد:
فولاد ST37 یا فولاد نرمه:
این فولاد در گروه فولاد با کربن ملایم قرار دارد. این نوع فولاد دارای پله تسلیم مشخص بوده که کاربرد اصلی آن در ساخت پروفیل های ساختمانی و ساختمان سازی می باشد. عدد پس از حروف “ST”بیانگر تنش نهایی فولاد بر حسب (کیلوگرم بر میلیمترمربع) می باشد. تنش تسلیم ST37برابر ۲۴۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش نهایی آن برابر ۳۷۰۰ کیلوگرم بر سانتی مترمربع می باشد.
فولاد ST52 یا فولاد پرمقاومت کم آلیاژ:
فولاد S335J2G3 طبق استاندارد DIN 1/0570 آلمان و با نام ST52 شناخته می شود. مشخصات مهم فولاد ST52 که آن را نسبت به سایر مصالح ساختمانی ممتاز ساخته است مقاومت زیاد، شکل پذیری ویکسان بودن مقاومت آن در فشار و کشش می باشد. ST52 با عنوان کامل ST52-3N به مشتریان ارائه می گردد که حرف N از واژه Normalized گرفته شده است. این فولاد با افزایش مقادیر ناچیز عناصر نظیر کروم، کلمبیم، مس، منگنز و نیکل به فولادهای کربن دار به دست می آید. افزایش عناصر فوق باعث ریزتر شدن ساختمان بلوری آهن و در نتیجه افزایش مقاومت آن می شود. این نوع فولاد مانند فولاد نرمه دارای پله تسلیم مشخص بوده و به راحتی جوشکاری می شود. ورق ST52 به دلیل دارا بودن عناصر سیلیسیم و منگنز نسبت به ورق های ST37 و ST44 از خواص مقاومت در برابر پیچش و خمش، تحمل وزن و خاصیت ارتجاعی برخوردار است. ورق ST52 از ورق های ساختاری و زیربنایی است که در بخش های وسیعی از صنایع مختلف به کار گرفته می شود. از ورق ST52 برای ساخت شاسی ماشین آلات سنگین، ریل ها، دیواره قطعات صنعتی و موارد مشابه استفاده می شود. در عملیات جوشکاری به دلیل حرارت بالای ایجاد شده مقاومت فولاد کاهش می یابد. ورق های ST52 بعد از عملیات جوشکاری و فرم دهی می توانند مقاومت قابل قبولی را در تست ها نشان دهند. تنش تسلیم ST52 برابر ۳۶۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش نهایی آن برابر ۵۲۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشد.
نکته 3 : فولاد ساختمانی مورد استفاده در ایران با توجه به خواص مکانیکی مناسب و جوش پذیری خوب عمدتا از انوع ST37 می باشد.
نکته 4 : تولید فولاد ST52 در کشور با توجه به تفاوت قیمت ناچیز نسبت به ST37 و مقاومت بالای آن در برخی موارد به جای ST37 در صنعت ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرد . همچنین استفاده ST52 به جای ST37معمولا موجب کاهش وزن فولاد مصرفی می شود. بنابراین استفاده از این نوع فولاد می تواند مقرون به صرفه تر باشد. از طرفی به دلیل اهمیت رفتار مصالح ساختمانی حین زلزله، باید با دقت نحوه استفاده از فولادهای مذکور در مصالح ساختمانی در سه حالت ST37، ST52 و یا ترکیبی از آنها مورد بررسی قرار گیرد.
تفاوت های فولاد ST37 با فولاد :ST52
- فولادهای ST52 دارای مقاومت بالا اما شکل پذیری پایینتری نسبت به فولاد ST37 می باشند؛
- مقدار کربن در فولادهای ST52 بیشتر بوده که این موضوع دلیل اصلی شکل پذیری کم فولاد ST52 است؛
- فولادهای ST52 از نوع فولادهای پر مقاومت و کم آلیاژ است و با فولادهای آبدیده و بازپخت شده (فولاد خشکه) فرق می کنند؛
- وزن مخصوص کلیه فولادهای ساختمانی یکسان است و فرقی بین ST37 و ST52 وجود ندارد؛
- فولادهای ST52 به دلیل داشتن کربن و منگنز بیشتر، دارای استحکام بیشتری می باشند و بیشتر در صنایع به کار می روند؛
- استفاده ST52 به جای ST37 یا به صورت ترکیبی معمولا موجب کاهش وزن فولاد مصرفی در ساختمان سازی می شود .
فولاد :CK45
فولاد CK45 بر اساس استانداردهای صنعت فولاد و در گروه فولاد های قابل عملیات حرارتی قرار دارد و بر اساس استاندارد 1045 آمریکا و DIN 1/1191 آلمان شناخته می شود. از آنجایی که برای تولید ورق های فولادی، شمش فولاد و متریال مشابه از استانداردهای متفاوتی استفاده می شود، نام تجاری ورق CK45 هر یک از استانداردها با علامت اختصاری مشخص نمایش داده می شود؛ در یک تعریف متداول ورق CK45 در استانداردهای جهانی با این نام ها شناخته می شود: استاندارد DIN ورقCK45، استانداردEN ورق C45E، استاندارد AISI ورق ۱۰۴۵.
کاربردهای فولاد CK45:
فولاد CK45 فولاد غیر آلیاژی است که در شرایط یکنواخت سازی ، کارسرد ، یا آب دهی ، و برگشت دهی شده به کار می رود. این فولاد می تواند با شعله یا به روش القایی نیز سخت کاری شود و در قطعات تحت تنش های متوسط مورد استفاده قرار گیرد.
فولاد CK45 یکی از فولادهای ساده با مقدار کربن 45/0 درصد می باشد. قیمت فولاد CK45 نسبت به سایر فولادها پایین تر است. به علت کم بودن عنصر کروم در ترکیبات فولاد CK45 در مقابل زنگ زدگی و خوردگی مقاوم نیست. از فولاد CK45 به طور کلی در صنایع خودروسازی، نفت گاز و پتروشیمی، جنگ افزارسازی، غذایی و دارویی، تجهیزات آزمایشگاهی، معدن، کشاورزی و ساختمان سازی استفاده می شود.
ورق های CK45 در دسته ورق های ضد ساییدگی قرار می گیرد. این نوع ورق ها به سازه های مهندسی معروف هستند و از ویژگی های مکانیکی و خواص فیزیکی بسیار عالی برخوردار می باشند. کاربرد اصلی آن در ساخت و تولید میل لنگ های صنعتی، شفت های تراشکاری و محور پمپ ها میباشد. ورق CK45 بهترین ماده برای تهیه ابزارآلات فولادی است. از این ورق برای تولید شفت، بوش، میل لنگ، میله های اتصال دهنده سازه، قطعات فولادی ماشین های سنگین، قطعات ماشین آلات صنعتی، ساخت چاقو و چکش استفاده می شود. قسمت های محکم و با دوام خودروها از همین نوع فولاد تهیه می شوند. ویژگی های کششی این ورق فولادی بسیار بالا است. هرچند یکی از عیوب این فولاد این است که به خاطر مقدار کم کرومی که در خود دارد مقاومت در برابر زنگ زدگی آن کم است. فولادی که برای تولید انواع این ورق استفاده می شود برای تولید انواع میلگرد، صفحه های فولادی، شمش با مقطع مربعی، شمش فولادی با مقطع شش وجهی، شمش مسطح و لوله نیز به کار می رود.
به دلیل کاربرد فراوان فولاد های فریتی-پرلیتی در موارد صنعتی، بهینه کردن خواص این ورق ها یکی از امور مهم در صنعت به شمار میرود. کاربرد فولاد CK45 در قطعاتی با میزان چقرمگی زیاد در خودرو یا هواپیما مثل سگدست، اکسل شاتون، میل لنگ، چرخدنده کوچک، تسمه وتراشکاری میباشد. همچنین این فولاد در صنایع نفت به عنوان مته های حفاری به کار برده میشود. در صنعت قطعه سازی از فولاد CK45 جهت ساخت ابزارهای کشاورزی، محور ماشین، پیچ ها، میل های رابط،کوپلینگ ها، میل لنگ، چرخ دنده، ابزار دستی، انبردست، شفت، واشر کف گرد، پیچ چرخ ها استفاده می شود.
هم اکنون ورق های CK45 توسط کارخانههای داخلی در یزد، اسفراین و اصفهان و کارخانههای خارجی در اوکراین، روسیه و آلمان در ضخامتهای مختلف بین ۳ تا ۵۰ میلیمتر و ابعاد ۲۰۰۰×۶۰۰۰ و 1500×6000 میلیمتر مربع ساخته می شوند.
ترکیب شیمیایی ورق CK45 بر حسب درصد وزنی:
- کربن: ۴۶/۰
- سیلیسیم: حداکثر ۴۰/۰
- منگنز: ۶۵/۰
- کروم: حداکثر ۴۰/۰
- مولیبدن: حداکثر ۱۰/۰
- نیکل: حداکثر ۴۰/۰
- وانادیوم: ۰
- تنگستن: ۰
- سایر عناصر: (نیکل+مولیبدن+کروم) = حداکثر ۶۳/۰
خصوصیات فیزیکی ورق CK45:
- دانسیته: ۸۵/۷ کیلوگرم بر سانتی متر مکعب
- هدایت حرارتی: ۹/۵۱ وات بر متر – کلوین
- ضریب انبساط حرارتی: ۲/۱۱ میکرومتر بر متر در درجه سلسیوس
خصوصیات مکانیکی ورق CK45:
- قدرت کششی: ۵۸۵ مگا پاسکال
- توان بازدهی: ۴۵۰ مگا پاسکال
- نسبت پویسون: ۲۹/۰
- انعطاف پذیری: ۲۰۰ گیگا پاسکال
- سختی: ۱۶۳ HBS(ورق های CK45 براساس استاندارد های جهانی با سختی ۱۶۰ تا ۱۹۰ برینل ساخته میشوند.)
- دمای حرارت دهی ورق :CK45680 تا ۷۱۰ درجه سانتی گراد
- دمای آهنگری ورق :CK45850 تا ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد و تحت فرآیند چکش کاری
- دمای سخت شدن ورق :CK45820 تا ۸۵۵ درجه سانتی گراد؛ این فرآیند باید تحت هوا یا روغن انجام شود. قبل از آغاز عملیات خنک سازی ورق فولادی باید اطمینان حاصل کنید که حرارت به طور کامل از فولاد خارج شده است.
- عملیات خستگی ورق CK45 : ورق فولادی در این حالت در دمای ۵۵۰ تا ۶۶۰ حرارت داده می شود. همانطور که میزان سختی و سایر موارد مهم تغییر می کند، دما نیز در این شرایط تنظیم می شود. تیمار حرارتی ورق CK45 به عوامل مختلفی نظیر سرعت حرارت، سرعت خنک سازی، زمان غوطه وری در آب یا روغن بستگی دارد؛ تحت این شرایط، ورق هایی با سایز و شکل متنوع تولید می شوند.
نکته 5: لازم به ذکر است محدوده دمایی که برای هر یک از عملیات فوق بیان شده اند ممکن است تا ۱۰ درجه به صورت متغیر در منابع مختلف معرفی شوند. معیار سنجش کیفیت ورق فولادی CK45 ، استانداردهای بین المللی است.
نویسنده: پدرام رضازاده
