مقدمة إلى الفولاذ
الفولاذ، المعروف أيضًا بالصُّلب، هو في الأساس سبيكة تتكون بشكل رئيسي من الحديد. يتم تعزيز هذه السبيكة بإضافة نسبة من الكربون تتراوح بين 0.2% و 2.0%، وذلك تبعًا للنوع المحدد من الفولاذ. يعتبر الكربون المكون الأساسي الذي يحدد خصائص الفولاذ. ومع ذلك، إذا تجاوزت نسبة الكربون هذه الحدود (1-2%)، يصبح الفولاذ هشًا للغاية ويتحول إلى ما يعرف باسم “حديد الزهر”.
بالإضافة إلى الكربون، يحتوي الفولاذ على نسب متفاوتة من معادن أخرى مثل النيكل والكروم والسيليكون والكبريت. يلعب الكربون دورًا حاسمًا في إضفاء الصلابة على الفولاذ ومنع انزلاق طبقات الحديد في تركيبه البلوري. بالإضافة إلى ذلك، قد يحتوي الفولاذ على عناصر أخرى مثل المغنيسيوم والفسفور. أي تغيير في هذه المكونات يؤثر بشكل كبير على خصائص الفولاذ ودرجاته.
على مر التاريخ، تم استخدام طرق مختلفة لإنتاج الفولاذ. ومع ذلك، قبل عصر النهضة، لم تكن هذه الطرق فعالة بالقدر الكافي. في القرن السابع عشر، شهدت طرق الإنتاج تطورات كبيرة، مما جعل الفولاذ أكثر شيوعًا. وبمرور الوقت، أصبح إنتاج الفولاذ أقل تكلفة، مما أدى إلى إنتاجه بكميات كبيرة. من بين أهم طرق الإنتاج الحديثة “فرن الأكسجين القاعدي”.
السمات المميزة للفولاذ
يتميز الفولاذ بمجموعة واسعة من الخصائص التي تجعله مادة متعددة الاستخدامات في مختلف الصناعات. تشمل هذه الخصائص:
الصلادة (Hardness):
تشير إلى قدرة المادة على مقاومة الخدش. التركيب الكيميائي والبنية الدقيقة للفولاذ يلعبان دورًا حاسمًا في تحديد صلادته.
المقاومة للشد (Tensile strength):
هي قدرة الفولاذ على تحمل الإجهاد قبل الوصول إلى نقطة الانهيار. يتم قياسها بوحدة الإجهاد.
المرونة (Elasticity):
تشير إلى مدى سهولة تشكيل الفولاذ ودرفلته وسحبه إلى أشكال مختلفة.
التوصيل الحراري العالي (High Thermal Conductivity):
الفولاذ معروف بقدرته العالية على توصيل الحرارة.
المتانة (Toughness):
يتم قياس متانة الفولاذ عن طريق تعريضه للصدمات.
القابلية للصدأ (Corrosion Resistance):
الفولاذ المقاوم للصدأ (Stainless Steel) هو أحد أكثر أنواع الفولاذ مقاومة للصدأ.
أصناف الفولاذ المختلفة
هناك العديد من أنواع الفولاذ المختلفة، ولكل منها خصائصه واستخداماته الفريدة. بعض الأنواع الأكثر شيوعًا تشمل:
الحديد الزهر: نظرة عن كثب
يُعرف أيضًا باسم الحديد السبك، وهو نوع من الفولاذ يتم إنتاجه بكثافة عالية تصل إلى 7.86 جم/سم3 في أفران خاصة. تتراوح درجة انصهاره بين 1,275 و 1,505 درجة مئوية. يتم تقليل نسبة الكربون في الحديد السبك بعدة طرق، بما في ذلك استخدام فرن القوس الكهربائي، وفرن الأكسجين القاعدي، وطريقة بسمر.
الفولاذ المقاوم للصدأ: حماية فائقة
الفولاذ المقاوم للصدأ (بالإنجليزية: Stainless Steel) هو سبيكة معدنية فولاذية تحتوي على أكثر من 50% من الحديد، وحوالي 5% من الكروم، وما يصل إلى 30% من النيكل. نسبة الكربون لا تتجاوز 2%. هذه التركيبة تمنح السبيكة المعدنية خاصية مقاومة الصدأ والتآكل.
