نقطه ذوب آهن و فولاد چند است؟ چه عواملی دمای ذوب فولاد را تغییر می‌دهند؟

آهن به عنوان یکی از فلزات واسطه جدول تناوبی، به دلیل خواص ذاتی منحصر به فردی که دارد، دارای نقطه ذوب نسبتا بالایی است. شناخت از مفهوم نقطه ذوب فلزات این امکان را به ما می‌دهد که با درک درست آن، امکان طراحی و به کارگیری حرفه‌ای‌تر و دقیق‌تری از مواد مهندسی داشته باشیم. بدیهی است که شناخت نقطه ذوب آهن، با کاربرد حدود 95 درصدی در صنایع روز دنیا تا چه اندازه حیاتی است. در این مقاله بر آن شده‌ایم تا با شناخت مفهوم دمای ذوب، به معرفی عوامل موثر بر نقطه ذوب آهن بپردازیم. در انتها نیز نقطه ذوب فلزات معمولی و فولادهای پرکاربرد در صنایع را ارائه می‌کنیم.

منظور از دمای ذوب فلزات چیست؟

دمای ذوب فلزات که بیشتر به عنوان نقطه ذوب شناخته می‌شود، دمایی است که یک فلز از فاز جامد به فاز مایع شروع به تبدیل شدن می‌کند. در دمای ذوب، فاز جامد و فاز مایع یک فلز در تعادل هستند. هنگامی که به این دما برسیم همچنان گرما را می توان به فلز اضافه کرد؛ اما این امر باعث افزایش دمای کلی نمی‌شود.

هنگامی که فلز به طور کامل در فاز مایع قرار گرفت، گرمای اضافی دوباره به افزایش دمای فلز منجر می‌شود.

آشنایی با مفهوم نقطه ذوب آهن

هر ماده یا ترکیبی در دنیا به طور کلاسیک در سه حالت جامد، مایع و یا گاز می‌تواند وجود داشته باشد. این حالات از ماده تحت شرایطی خاص، قابل تبدیل شده به همدیگر هستند. از جمله این شرایط می‌توان به ترکیب شیمیایی، فشار و دمای ماده اشاره کرد. از نظر علم ترمودینامیک، نقطه ذوب به شرایطی از ماده می‌گویند که یک تعدل پایدار بین حالت جامد و مایع ماده مورد نظر وجود داشته باشد.

در این حالت و با حفظ شرایط موجود، ماده تمایل و انرژی‌ای برای ادامه فرآیند نداشته و ماده، ترکیبی از حامد و مایع می‌شود. به عنوان مثال نقطه ذوب آب، صفر درجه سلسیوس است. در این نقطه، هم امکان تشکیل یخ و هم امکان ایجاد آب وجود دارد.

نقطه ذوب آهن

حال که با مفهوم نقطه ذوب آشنا شدیم، به بررسی نقطه ذوب آهن می‌پردازیم. آهن یکی از فلزات فراوان پوسته‌ای زمین است و با توجه به فراوانی آن در معادن سنگ آهن دنیا، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. آهن از جمله مواد قابل بازیافت می‌باشد و توانایی بازیافت 100 درصدی از آن، اهمیت شناخت شرایط و نقطه ذوب آهن را دوچندان کرده است. عدد گزارش شده برای نقطه ذوب آهن خالص، 1538 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. مشاهده می‌شود که آهن نسبت به برخی دیگر از مواد و فلزات مهندسی نظیر آلومینیوم و مس نقطه ذوب بالاتری دارد و این موضوع، یکی از عمده‌ترین دلایل کاربرد وسیع آهن در صنایع جهان است. لازم به ذکر است که عدد ذکر شده مربوط به آهن خالص می‌باشد و وجود هرگونه ماده اضافه یا ناخالصی در ساختار آهن، دمای ذوب آهن را با تغییراتی همراه می‌کند.

نقطه ذوب آهن اسفنجی

آهن اسفنجی از جمله پیش فراورده‌های فولادی می‌باشد که به طور مستقیم از سنگ آهن بدست می‌آید. وجود مقدار زیادی ناخالصی در ساختار آهن اسفنجی، نقطه ذوب آهن را با تغییرات عمده‌ای روبرو کرده است. آهن اسفنجی در بهترین کیفیت خود چیزی بین 30 الی 35 درصد ناخالصی در ساختار خود دارد و همین امر باعث شده است که نقطه ذوب آهن اسفنجی به 1200 درجه سانتی‌گراد تقلیل پیدا کند. البته لازم به ذکر است که آهن اسفنجی مستقیما مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و صرفا پیش ماده‌ای برای کوره‌های تولید فولاد است.

نقطه ذوب فولاد

در مورد دمای ذوب آهن خالص مطالبی گفته شد اما همانطور که می‌دانیم، آهن خالص به دلیل استحکام و سختی پایینی که دارد در صنعت جز در موارد خاص کاربردی ندارد و این فولاد است که با اضافه کردن کربن و سایر عناصر آلیاژی، انواع مقاطع آهنی را تشکیل داده و چرخ صنعت را می‌گرداند. همانطور که در مطلب فولاد چیست صحبت شد، تعداد فولاد‌های موجود در دنیا بسیار گسترده است و به هیچ عنوان نمی‌توان عدد خاصی را به عنوان نقطه ذوب فولاد معرفی کرد. علت این اتفاق، به کارگیری عناصر آلیاژی مختلف در ساخت هرکدام از این فولاد‌ها می‌باشد. در ادامه به بررسی دمای ذوب برخی از مهم‌ترین فولادها می‌پردازیم.

دمای ذوب فولاد CK45

 فولاد CK45 از جمله فولادهای کم آلیاژ و پرکاربرد در صنایع می‌باشد. این فولاد بسته به میزان عناصر آلیاژی و فرایند تشکیل خود، می‌تواند دمای ذوبی بین 1380 تا 1540 درجه سانتی گراد داشته باشد.  هرچه میزان عناصر آلیاژی با نقطه ذوب کمتر از آهن، در ساختار فولاد بیشتر باشد، بدیهی است که نقطه ذوب فولاد مورد نظر از آهن خالص دورتر می‌شود.

نقطه ذوب استیل

استنلس استیل از زیرمجموعه‌های اصلی فولاد می‌باشد که در آن عناصر آلیاژی نظیر نیکل و کروم بسیار بیشتر از فولادهای کم آلیاژ می‌باشد. وجود این عناصر با مقدار بالا، نقطه ذوب استنلس استیل را تا حدودی متفاوت از سایر فولادها کرده است. به عنوان مثال، استیل 316 و 316L بازه‌ی دمای ذوب 1400-1375 درجه را به خود اختصاص داده‌اند در صورتی که استیل‌های سری 400 نظیر استیل 410 و استیل 420 دارای بازه‌ی ذوب 1530-1450 می‌باشد. در این میان، استیل 304 و 310 در میان این بازه قرار گرفته و در بیشترین حالت خود دمای ذوب آن به 1450 درجه سانتی‌گراد می‌رسد.

نقطه ذوب (درجه سانتی گراد)	گرید فولاد زنگ نزن
1400-1450	201
اندکی کمتر از 1450	304 و 310
1375-1400	316-316L
1450-1530	410 و 420

عوامل موثر بر نقطه ذوب آهن و فولاد

همانطور که پیشتر نیز در مورد آن صحبت شد، فولادها بازه گسترده‌ای از دمای ذوب را به خود اختصاص داده‌اند. اگر به بررسی علل این اتفاق توجه کنیم، یکی از مهم‌ترین دلایل آن را می‌توان نوع و میزان عناصر آلیاژی به کار رفته در ساختار فولاد دانست. به عنوان مثال، فولاد خشکه هوایی که از جمله پرکاربردترین فولادهای صنعتی برای ساخت ابزار برش به شمار می‌رود به میزان بسیار زیادی (تا 18 درصد) در ساختار خود از تنگستن بهره برده است. همان‌طور که می‌دانید، تنگستن از جمله فلزات بسیار دیرگداز به حساب می‌آید و طبیعی است که نقطه ذوب فولاد را بالا می‌برد.

عامل دوم تاثیر گذار در درجه ذوب آهن و فولاد، میزان ناخاصی‌های موجود در فولاد در حین فرآیند تولید است. اکسیژن، گوگرد و فسفر از جمله عناصری هستند که باید میزان حضورشان در فولاد را به حداقل رساند.

عامل سوم اثرگذار در دمای ذوب فولاد، فشار موجود در اتمسفر کوره است. بدیهی است که هرچه فولاد فشار بالاتری را تحمل کند، در دمای کمتری به مذاب تبدیل می‌شود.

منبع

نقطه ذوب فلزات معمولی

دماهای ذوب انواع فلزات رایج عبارتند از:

• آلومینیوم: 660 درجه سانتیگراد (1220 درجه فارنهایت)
• برنج: 930 درجه سانتی گراد (1710 درجه فارنهایت)
• آلومینیوم برنز*: 1027-1038 درجه سانتیگراد (1881-1900 درجه فارنهایت)
• کروم: 1860 درجه سانتی گراد (3380 درجه فارنهایت)
• مس: 1084 درجه سانتیگراد (1983 درجه فارنهایت)
• طلا: 1063 درجه سانتیگراد (1945 درجه فارنهایت)
• اینکونل*: 1390-1425 درجه سانتیگراد (2540-2600 درجه فارنهایت)
• چدن: 1204 درجه سانتیگراد (2200 درجه فارنهایت)
• سرب: 328 درجه سانتی گراد (622 درجه فارنهایت)
• مولیبدن: 2620 درجه سانتیگراد (4748 درجه فارنهایت)
• نیکل: 1453 درجه سانتیگراد (2647 درجه فارنهایت)
• پلاتین: 1770 درجه سانتی گراد (3218 درجه فارنهایت)
• نقره: 961 درجه سانتیگراد (1762 درجه فارنهایت)
• فولاد کربنی*: 1425-1540 درجه سانتیگراد (2597-2800 درجه فارنهایت)
• فولاد ضد زنگ*: 1375 – 1530 درجه سانتیگراد (2500-2785 درجه فارنهایت)
• تیتانیوم: 1670 درجه سانتیگراد (3038 درجه فارنهایت)
• تنگستن: 3400 درجه سانتیگراد (6152 درجه فارنهایت)
• روی: 420 درجه سانتی گراد (787 درجه فارنهایت)

** آلیاژها بیش از یک عنصر دارند، بنابراین نقطه ذوب آنها محدوده ای است که به ترکیب آلیاژ بستگی دارد **

جمع‌بندی

در این مقاله، ابتدا به مفهوم علمی نقطه ذوب پرداخته شد. پس از آن مطالبی در مورد درجه ذوب فلزات معمولی، دمای ذوب آهن خالص، آهن اسفنجی، برخی فولادها نظیر فولاد CK45 و استنلس استیل آورده شد و در پایان مطالبی در خصوص عوامل موثر بر دمای ذوب فولاد ذکر شد. شما عزیزان می توانید برای آگاهی از قیمت روز انواع مقاطع آهنی و سایر محصولات فولادی و غیر آهنی به فولادینو مراجعه کرده و از قسمت‌های مختلف سایت دیدن کنید.

منبع: Metal supermarkets