فولادهای ساختمانی
فولاد از مهمترین مصالح ساختمانی است. مشخصات مهم فولاد که آن را نسبت به سایر مصالح ساختمانی ممتاز ساخته، مقاومت زیاد، شکل پذیری و یکسان بودن مقاومت آن در فشار و کشش است. در کنار مزایای فوق، فراوانی معادن سنگ آهن نیز از عوامل موثر در عمومیت یافتن مصرف فولاد است. مهم ترین ویژگی رفتاری فولاد، نمودار تنش – کرنش آن تحت آزمایش کشش است. که از روی این نمودار تنش تسلیم یا جاری شدن فولاد به دست میآید.
انواع فولادها
فولاد کربن دار به فولادی اطلاق میشود که علاوه بر آهن، حداکثر درصد کربن و آلیاژهای مختلف آن شامل کربن ۱/۷٪، منگنز ۱/۶۵٪ ، سیلیکن ۰/۶٪، و مس ۰/۶٪ است.
کربن و منگنز عناصر اصلی افزایش نسبت به آهن خالص هستند. فولادهای کربن دار حد فاصل آهن خالص (صفر درصد کربن) و چدن (۱/۷ ٪) بر حسب درصد کربن به شرح زیر است.
- فولاد کم کربن : مقدار آن کمتر از ۰/۱۵ ٪ است.
- فولاد با کربن ملایم: مقدار آن حدود ۰/۱۵ الی ۰/۲۹ درصد است.
- فولاد با کربن متوسط : مقدار آن حدود ۰/۳ الی ۰/۵۹ درصد است.
- فولاد با کربن زیاد: مقدار آن حدود ۰/۶ الی ۱/۷ درصد است.
ه طور کلی گرید های فولاد بر اساس موارد زیر طبقه بندی می شوند:
- ترکیب شیمیایی مانند کربن، کم آلیاژ و یا گرید فولاد زنگ نزن
- روش ساخت، بر پایه پروسس اکسیژن یا روش کروه الکتریکی
- پروسه نهایی، مانند گرید استیل برای نورد گرم یا نورد سرد
- شکل نهایی محصول، به طور مثال ورق، شیت، استریپ، لوله یا اشکال ساختمانی
- پروسه اکسیژن زدایی مانند فولاد کشته شده، نیمه کشته شده یا گرید های Rimmed یا Capped
- ریز ساختار، مانند گرید فریتی، پرلیتی و مارتنزیتی
- سطح استحکام لازم، برای مثال فولاد گرید A240 نوع C در استاندارد ASTM ذکر شده است که باید استحکام کششی بین 515 تا 655 مگاپاسکال داشته باشد.
- عملیات حرارتی اعمال شده از قبیل آنیل، کوئنچ تمپر و پروسه ترمومکانیکی
برحسب میزان کربن موجود در فولاد، فولادها معمولاً به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:
- فولاد کم کربن مانند AISI 1005 تا AISI 1026، فولاد IF ، HSLA، TRIP و TWIN
- فولاد با کربن متوسط، برای مثال AISI 1029 تا AISI 1053 و
- فولاد با کربن بالا مانند AISI 1055 تا AISI 1095
از طرف دیگر، با توجه به دسته بندی اروپایی، انواع فولاد به گروه های زیر تقسیم می شود:
- فولاد غیر آلیاژی مانند EN DC01-DC06; S235; S275 ,…
- فولاد آلیاژی از قبیل 2CrMo4 و 25CrMo4
- فولاد ضد زنگ
- فولاد ابزار، برای مثال EN 1.1545; AISI/SAE W110; EN 1.2436, AISI/SAE D6,
- فولاد برای ورق ها و Strip ها و
- فولاد برای استفاده های الکتریکی و الکترونیکی از قبیل EN 1.0890 و EN 1.0803
گاهی برخی انواع فولادها خواص مختلفی در استانداردهای مختلف دارند. برای مثال، فولاد نوع 34CrMo4 در هردو استاندارد DIN و EN ذکر شده است. در استاندارد EN ، شش مشخصه(زیرگروه) برای آن ذکر شده است، درحالیکه در استاندارد DIN ، ده مشخصه (زیرگروه) ذکر شده است. این مشخصات گوناگون، خواص کششی مختلفی برای این فولاد ذکر می کنند که دلیل آن عملیات ترمومکانیکی مختلف اعمالی در پروسه ساخت است.
فولاد نرمه ساختمانی (فولاد ساختمانی)
این فولاد در رده فولاد با کربن متوسط قرار دارد. این نوع فولاد دارای پله تسلیم مشخص بوده و پروفیلهای ساختمانی بر اساس آن ساخته شدهاند. افزایش درصد کربن باعث افزایش تنش تسلیم، کاهش شکل پذیری و مشکلات در جوش پذیری میشود.
در صورتی که مقدار کربن از ۰/۳ درصد تجاوز نماید عمل جوشکاری پر خرج شده و احتیاج به پیش گرمایش، پس گرمایش و الکترودهای خاص خواهد بود.
فولادها ازنظرعناصرتشکیل دهنده ، به دونوع فولادغیرآلیاژی وآلیاژی تقسیم می شوند ....
فودلادهای غیرآلیاژی : این فولادها از 0.06 تا 1.5 درصدکربن دارند. عناصردیگری نیز با آنها همراه است که درهرحال مقدارآن ها نباید از حد معینی (0.5 درصدسیلیسیم ، 0.8 درصدگوگردومنگنز ، 0.5 درصدآلومینیم یا تیتان ، 0.25 درصدمس ) بیشترباشد.
درفولادهای غیرآلیاژی ، کربن نقش تعیین کننده را دارد ،به همین دلیل ،این فولادها به فولادهای کربنی نیزمعروف هستند.
فولادهای آلیاژی : اگرفولادرابرای افزایش و تامین خواص مورد نظر با فلزاتی مانند کرم ، نیکل ، ولفرام ، کبالت ، مولیبدن ، منگنز ، وانادیم و ... آلیاژ کنند ، فولادهای آلیاژی به دست می آید .چنانچه مجموع درصد وزنی عناصر موجود در فولاد آلیاژی از 5 درصد کمتر باشد، آن را فولاد «کم آلیاژ» و چنانچه از5 درصد بیشتر باشد، «فولاد پرآلیاژ» می نامند. فولادها را از نظر کاربرد به دو نوع فولادهای ساختمانی و فولادهای ابزارسازی تقسیم می کنند.
فولادهای سختکاری شونده (کربوریزه ) : ازاین فولادها برای ساختن قطعاتی استفاده میشود که بایستی دارای سطح خارجی سخت وقسمت داخلی (مغز ) نرم باشند. همچنین سطح آنها درمقابل سایش مقاوم بوده وقسمت داخلی آنها قابلیت تحمل خودرادرمقابل ضربه حفظ کند وشکننده نباشد . برای این منظور، ابتدا کربن سطح خارجی آن ها رابا روش های مختلف افزایش می دهند وسپس سختکاری می کنند . برای اینکه قسمت داخلی این فولادها پس ازسختکاری ، نرم باقی بماند ، باید مقداردرصد کربن آن ها از2.0 درصد کمترباشد
a = ماسوره ماشین بافندگی (C10) d = فنر کششی و پیچشی (C45)
b = میله و بوش(C15) e = فنر شمش (C45)
c = قطعه کلاچ پنجه ای (C35 ) f = میل لنگ (C60)
شکل 2 - نمونه هایی از موارد مصرف فولاد های سختکاری شونده سطحی
.
a = کولیس و سایر وسایل اندازه گیری (15Cr3) d = پروانه قایق (36Cr Ni Mo 4)
b = چرخ دنده ها(15Cr Ni6) e = پدال (40Mn 4)
c = درپوش منابع تحت فشاری (16Mn Cr5 ) f = دسته شاتون (30Cr Mo V9)
شکل 3 - نمونه هایی از موارد مصرف فولاد های سختکاری شونده سطحی آلیاژی
فولادهای بهسازی شونده : این فولادها جزء فولادهای ساختمانی هستند و2.0 تا 6.0 درصد کربن دارند . استحکام کششی ومقاومت این فولادها رامی توان به وسیله بهسازی ( سخت کردن وبرگشت دادن تا درجه حرارت 500 تا 700 سا نتیگراد ) افزایش داد فولادهای بهسازی شونده برای ساخت قطعاتی به کار می رود که درمعرض ضربه وبرخورد قراردارند .، مانند میل لنگ ها ، محورلنگ پرس های ضربه ای ومحور وسایل نقلیه .
فولادهای ازته شدنی (نیتروژه ) : این فولادها قابلیت جذب ازت را دارند وبه همین دلیل می توان سطح آ ن ها راپس از بهسازی به وسیله ی جذب سطحی ازت سخت کرد . این فولادها جزء فولادهای آلیاژی هستند وممکن است حاوی فلزاتی مانند کرم ، مولیبدن ، وانادیم ، نیکل وآلومینیوم باشند . وجود فلزاتی مانند کرم ، مولیبدن وآلومینیم قابلیت جذب ازت را درفولاد افزایش می دهند . ازاین فولادها درساخت قطعاتی استفاده می شود که نباید هنگام عملیات حرارتی پیچیدگی پیدا شود .
فولادها ی اتوما ت : این فولادها که به آ نها « فولادهای خوش تراش » نیز می گویند ، جزء فولادهای ساختمانی هستند . استحکام این فولادها برحسب درصد عناصر موجود در آن ها متفاوت است . در هنگام براده براری از این فولا دها ، براده های کوتاهی جدا می شوند وسطح خوبی را به دست می دهند . این ویژگی بیشتراز همه مرهون وجود گوگردs) ) است که مقدار آن دراین گونه فولادها به 18.0 تا 0.4 درصد می رسد . وجود گوگرد باعث می شود که فولاد گرم شده ، شکننده شود هنگام براده برداری براده های کوتاهی به وجود آید . به همین دلیل درماشینهای اتومات که براد ه های بلند اختلا لات فراوانی ( مانند پیچیدن براده به دور ابزار وکار ، سا ییدگی وکم شدن دوام ابزار ) رابه وجود می آ ورند ، از فولادهای اتومات استفاده شود . شایان توجه است که وجود گوگرد زیاد دراین فولادها ، استحکام آ نها رادر مقابل ضربه کاهش می دهد . از دیگر معایب فولادهای اتومات عدم قابلیت جوشکاری وتغییر فرم سرد آ ن ها است . فولادهای اتوما ت ( بجزگوگرد ) دارای 07.0 تا 65.0 درصد ، 6.0 تا 5.1 درصد منگز 05.0 تا 40. درصد سیلیسیم هستند ودرصورتی که شکنندگی بیشتر براده وسطح مرغوبتر مورد نظر باشد ، 15.0 تا 3.0 درصد سرب نیز به آن می افزایند.
فولادهای فنر : فولادهای فنر علاوه بر استحکام کششی زیاد ، باید خاصیت الا ستیسیته خوبی داشته ودربرابر سایش وارتعاش نیز مقاوم باشند . وجود سیلیسیم درفولاد فنر خاصیت الا ستیسیته ووجود کرم استحکام ومقاومت درمقابل خوردگی را افزایش می دهد . این ویژگی ها تنها به درصد عناصر موجود در فولاد بستگی ندارد بلکه با وجود آن ها می توان به وسیله ی عملیات حرارتی وتغییر فرم درحالت سرد ، خواص آن را تغییر داده و ویژگی های مورد نظر را به دست آورد . فولادهای کربنی با 5.0 تا 1 درصد کربن ، 3.0 تا 4.0 درصد منگز و حداکثر 04.0 درصد گوگرد وفسفر درساخت فنرها کابرد زیادی دارند . برای سا خت فنرهای تخت یا مارپیچی که پس از سا خت تحت عملیات حرارتی قرار نمی گیرد ، فولادهای سخت کشیده یا نورد شده به کار می رود . از فولادهای کرم ووانادیم دار ، درساخت فنرهای بزرگ اتومبیل ولکوموتیو استفاده می شود . فولادهای سیسیلیم دار نیز در سا خت فنرهایی کاربرد دارند که استحکام ومقاومت ضربه ای زیاد از آن ها انتظار می رود . این فولادها به طور متوسط 4.0 درصد کربن ، 75.0 درصد سیسیایم ، 95.0 درصد منگنز با مس یا بدون مس دارند ولی مقدار سیسیلیم آن ها ممکن است تا 2 درصد نیز برسد . فولادهای منگنز دار مخصوص ساخت فنر خودروها محتوی 25.1 درصد منگنز ، 4.0 درصد کربن ، 2درصد منگنز ، و45.0 درصد کربن هستند . استحکام کششی این فولادها به شرط انجام عملیات حرارتی تا 1400 نیوتن برمیلیمتر مربع افزایش می یابد . فولادهای سیسیلیم منگنز دار دارای استحکام کششی زیاد تا حدود 1850 نیوتن بر میلیمتر مربع هستند . نوعی از این فولاد که 64.15 درصد کرم ، 38.4 درصد نیکل ، 68.2 درصد مولیبدن ، 1درصد منگنز ، 32.0 درصد سیسیلیم ، 12.0 درصد مس و14.0 درصد کربن دارد ، درساخت فنر موترهای جت وسایر مواردی که مقاومت در مقابل گرمای زیاد مورد نیاز است ، به کار می روند . نوع دیگری از فولاد فنر با 50 درصد کبالت ، 20 درصد کربن کرم ، 15 درصد ولفرام و10 درصد نیکل وحداکثر 15.0 درصد کربن ، ودر دمای 760 سانتیگراد ویژگی های خود را حفظ می کند .
فولادهای مخصوص : دامنه ی فولادهای مخصوص به قدری وسیع است که نمی توان درباره ی ویژگی های همه ی آن ها سخن گفت . این فولادها رابه سه گروه : فولادهای نسوز ، فولادهای ضد زنگ وفولادهای ضد مغناطیس ، تقسیم کرده ایم وهریک از آن ها را شرح می دهیم .
فولادهای نسوز ( مقوم درمقابل حرارت وگداختگی )
استحکام این فولادها تا دمای 600 درجه سانتیگراد تضمین شده است وتا دمای 800 درجه سانتیگراد نیز نمی سوزند. شایان توجه است که درمورد گداختگی وسوختن فولادها دو مطلب مهم مورد نظر است .
الف – مقاومت در مقابل تاثیر گاز هایی مانند اکسیژن و اکسیدهای کربن ، بخار آب وگازهای گوگرد دار دردماهای بالا .
ب – حفظ خواص مکانیکی در دماهای بالا ، این ویژگی ها بیشتر مرهون کرم موجود درآنها بوده و هر چه دمای کاری آن ها بیشتر باشد ، باید مقدار کرم بیشتری با آن ها آلیا ژ شود تا از سوختن (درشت دانه شدن ) فولاد جلوگیری کند . از این فولادها برای تهیه ورق ، لوله های تا سیسا ت دیگ های بخار ، پره های توربین های گازی و بخاری ، سوپاپ دود موتورهای احتراقی و ... استفاده می شود .
انواع سازههای ساختمانی
قابهای خمشی (قابهای پیوسته)
در این نوع قابها اتصال تیر به ستون به اندازه کافی صلب است به طوری که در تغییر شکل قاب، زاویه اولیه بین تیر و ستون بدون تغییر باقی میماند.
قابهای ساده
در این نوع قابها اتصال تیر به ستون مفصل است و صلبیت ندارد. این اتصالات میتوانند آزادانه دوران کند.
قابهای مهاربندی شده
اگر در قابهای ساده برای تحمل نیروهای جانبی (باد و زلزله) از عضوهای مورب (مهاربند) استفاده شود، قاب را مهاربندی شده میگویند، این قابها به دو دسته زیر تقسیم میشوند.
- قابهای مهاربند هم محور (CBF)
- قابهای مهاربند بورن محور (EBF)
قابهای مرکب (ترکیبی)
اگر اتصال تیر به ستون از نوع صلب باشد و از سیستمهای مهاربندی شده نیز استفاده شود، قاب را ترکیبی میگویند.
مزایای سازههای فولادی
مقاومت زیاد
مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است به این علت در دهانههای بزرگ سولههاو ساختمانهای مرتفع، ساختمانهایی كه بر زمینهای سست قرار میگیرند، حائز اهمیت فراوان است.
خواص یكنواخت
از یكنواخت بودن خواص فلز میتوان اطمینان حاصل كرد که خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمیگیرد. اطمینان در یكنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان كوچك موثر است كه خود صرفه جویی در مصرف مصالح را باعث میشود.
دوام
دوام فولاد بسیار خوب و مناسب است. ساختمانهای فلزی برای مدت طولانی قابل بهرهبرداری خواهد بود.
خواص ارتجاعی
خواص ارتجاعی فولاد با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد فولاد تا تنشهای بزرگی از قانون هوك به خوبی پیروی میكند. مثلا ممان اینرسی یك مقطع فولادی را میتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود حال اینكه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نیست.
شكل پذیری
از خاصیت مثبت مصالح فلزی شكل پذیری آن است كه قادرند تمركز تنش را در مقابل این نیروها که فوق العاده ضعیفاند، در هنگام خرابی از تخریب ناگهانی و خطرات آن جلوگیری كنند.
پیوستگی مصالح
قطعات فلزی با توجه به مواد متشكله آن پیوسته و همگن است ولی در قطعات بتنی صدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی سطح میلگرد وارد میشود، قابل كنترل نبوده و احتمالاً ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی ضعف بیشتر داشته و تخریب میشود.
تقویت پذیری و امكان مقاوم سازی
اعضای ضعیف ساختمان فلزی را در اثر محاسبات اشتباه، تغییر مقررات و ضوابط اجرا، میتوان با جوش یا پرچ یا پیچ كردن قطعات جدید تقویت نمود یا قسمت یا دهانههای جدید را اضافه كرد.
شرایط آسان ساخت و نصب
تهیه قطعات فلزی در كارخانجات و نصب آن در موقعیت شرایط جوی متفاوت با تمهیدات لازم قابل اجرا است.
اشغال فضا
در دو ساختمان مساوی از نظر ارتفاع، ابعاد ستون و تیرهای ساختمانهای فلزی از نظر ابعاد كوچكتر از ساختمانهای بتنی است. سطح اشغال یا فضای مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر ایجاد میشود.
ضریب نیروی لرزهای
حركت زمین در اثر زلزله موجب اعمال نیروهای درونی در اجزا ساختمان میشود. در قابهای بتن مسلح كه وزن بیشتر دارد ضریب نیروی لرزهای، بیشتر از قابهای فلزی است.
معایب سازههای فولادی
ضعف در دمای زیاد
مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما كاهش یافته، اگر دمای دمای اسكلت فلزی از ۵۰۰ به ۶۰۰ درجه سانتی گراد برسد تعادل ساختمان به خطر میافتد.
خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی
قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن كاسته میشود و مخارج نگهداری و محافظت آن زیاد است.
تمایل قطعات فشاری به كمانش
با توجه به اینكه قطعات فلزی زیاد و ابعاد مصرفی معمولاً كوچك است تمایل به كمانش در این قطعات یك نقطه ضعف به شمار میآید.
جوش نامناسب
در ساختمانهای فلزی اتصال قطعات به همدیگر با جوش، پرچ، پیچ صورت میگیرد. اتصال با جوش به علت عدم مهارت كافی جوش كاران، استفاده از ماشین آلات قدیمی، عدم كنترل توسط مهندس ناظر، گران بودن هزینه آزمایش جوش، بزرگترین ضعف است.
موارد و اشكال مصرف فولاد در ساختمان
ورق و تسمه
ورق و تسمه در ساخت قطعات مركب مانند تیرهای مركب، ستونهای مركب و تقویت آنها مورد استفاده قرار میگیرند و نقش عمدهای در ساخت سازههای فلزی دارند. ورقهایی كه عرض آنها كمتر از ۱۶۰ میلیمتر است، تسمه نامیده میشود.
ورقهای موجدار
برای پوشش سقفهای مركب و دیوارههای فولادی استفاده میشود.
میلگرد
انواع میلگرد مصرفی از نظر تولید به دو گروه گرم نورد شده و سرد اصلاح شده، از نظر سطح به دو گروه ساده و آجدار، از نظر جوشپذیری به سه گروه جوشپذیر، جوشپذیر مشروط و جوش ناپذیر، از نظر شكلپذیری به سه گروه نرم، نیمه سخت و سخت تقسیم میشوند.
نیمرخهای نورد شده
مهمترین نوع و شكل فولادهای ساختمانی از لحاظ نیمرخهای كه به روش نورد گرم یا سرد به دست میآیند به شرح زیر است.
تیرآهن نیمرخ I
این نیمرخ از معمولیترین نیمرخهای مصرفی در سازههای فلزی است و مقاومت آن در خمش زیاد است. انواع متداول آن شامل نیمرخ معمولی INP، نیمرخ بال پهن IPB و نیمرخ نیم پهن IPE است.
نیمرخ U یا ناودانی
این نیمرخ به صورت تك در مقابل خمش ضعیف است و برای جبران این ضعف در تیرهای مركب و مشبك و همچنین به صورت جفت به كار میبرند. نیمرخ ناودانی را به شكل UNP یا CNP نمایش میدهند.
نیمرخ نبشی یا L شكل
نبشی به دو صورت نبشی یا بالهای مساوی یا نامساوی ساخته میشود. این نیمرخ را در سازههای فلزی به خصوص در ساختن اشكال مركب به كار میبرند.
نیمرخ سپری یا T شكل
این نیمرخها در دو نوع به شرح زیر هستند. سپریهایی كه قاعده آنها دو برابر ارتفاعشان است و سپریهایی كه ارتفاع و قاعده آنها با هم برابرند. مصارف این نیمرخ در كارهای ساختمانی مشابه مصارف نبشی است.
نیمرخ Z
این پروفیل را برای زیرسازی و بستن ورقهای فلزی یا ورقهای آزبست سیمانی در سقفهای شیبدار به كار میبرند.
نیمرخهای توخالی قوطی و لوله
این نیمرخ در ساخت ستونها و مواردی كه نیاز به خصوصیات هندسی زیاد، حول هر دو محور اصلی است، استفاده میشود.
پرچ
پرچهای ساختمانی معمولاً از فولاد معمولی و فولاد منگنزدار ساخته شده و در سه نوع درجه ۱ و ۲ و ۳ تولید میشوند.
واشر
واشرها در كارهای فلزی ساختمان به همراه پیچها، پیچهای دوسر و مهرهها استفاده میشوند تا سطح و فضای باربری را افزایش داده و از ساییدگی جلوگیری شود.
کاربردهای فولادهای ساختمانی
کاربردهای فولاد زنگ نزن بسیار گسترده است. فولاد زنگ نزن و به اصطلاح همان استیل است. از اشکال مختلف فولاد زنگ نزن در صنایع میتوان به ورق، لوله، پروفیل و .. اشاره کرد. از فولاد زنگ نزن برای موارد تزئینی بسیاری همچون دیوار آسانسورها، دستگیره دربها، ساخت ساعت، وسائل تزئینی منزل و .. استفاده میشود. هم چنین یکی از بیشترین کاربردهای فولاد زنگ نزن در آشپزخانه است که برای تولید سینکهای ظرف شویی، کابینتها، یخچال و فریزر، اجاق گاز، ماکروفر و … مورد استفاده قرار میگیرد.
فولادهای ساختمانی کربنی
به طور کلی این دسته از فولادها به دو دسته اصلی با استانداردهای مختلف تقسیم میشوند که به شرح زیر است.
- نوع اول با دارا بودن مقاومت در مقابل سایش و حرارت در کارخانجات سیمان و آجر سازی به منظور ساخت قطعات یدکی مانند سرندهای سنگ شکن، سپرهای آسیاب، بدنه ماشین آلات و دیگر قطعات یدکی مانند شاتون دسته پیستون، شافت، دوک، پیم آچار، اهرم، میخ، دنده مارپیچی و انواع کوپلینگ و سایر قطعات مشابه به کار میرود.
- نوع دوم فولاد سرد کشیده شده و پلیش خورده ۲-ST60 برای ساخت شافتهای چاه عمیق، لوازم یدکی ماشین آلات در راه آهن، نساجی، ماشین سازی، کشتی سازی و غیره مورد استفاده قرار میگیرد.
فولادهای ساختمانی آلیاژی
فولادهای ساختمانی آلیاژی به دو نوع مختلف با موارد مصرف مشخص، تحت استاندارهای بین المللی تعریف شده در این زمینه تقسیم شدهاند که هر یک از آنها به شرح زیر است.
نوع اول این دسته از فولادها دارای چهار استاندارد مختلف است که برای ساخت قطعات یدکی مانند پلوس، فول، میل لنگ، شاتون، اکسل ماندالین، محور، شافت، میل گاردن، دسته پیستون و وسایل یدکی هواپیما و سایر قطعات ماشین آلات به کار میرود. فولاد ٧٢٢٥ به علت کم شدن سختی از سطح تا مفز برای ساخت قطعاتی که ضربه خور زیاد داشته و باید حالت ارتجاعی نیز داشته باشند بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند. گرچه این فولادها عملاً برای ساخت قالبهای پلاستیکی نیز مورد استفاده قرار میگیرند. ولی استانداردهای ٦٥٨٠ و ٦٥٨٢ به علت دارا بودن کرم و نیکل بالا دارای پلیش بهتری هستند.
این فولاد برای ساخت میل لنگ، شافت، اکسل، دوک، شاتون و سایر قطعاتی که فشارهای معمولی و متوسط را باید متحمل شوند مورد استفاده قرار میگیرند.
مشخصات مهم فولاد 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.
در کنار مزایای فوق فراوانی معادن سنگ آهن نیز از عوامل موثر در عمومیت یافتن مصرف فولاد می باشد. مهم ترین ویژگی رفتاری فولاد، نمودار تنش کرنش آن تحت آزمایش کشش می باشد که از روی این نمودار تنش تسلیم یا جاری شدن فولادبدست می آید.
فولاد کربن دار به فولادی اطلاق می شود که علاوه بر آهن، حداکثر درصد کربن و آلیاژهای مختلف آن به قرار ذیل باشد.
کربن ۱/۷، منگنز ۱/۶۵ ، سیلیکن ۰/۶ درصد ، مس ۰/۶ درصدکربن و منگنز
عناصر اصلی افزایش مقاومت نسبت به آهن خالص می باشند.
فولادهای کربن دار حد فاصل آهن خالص (صفر درصد کربن) و چدن ( ۱/۷درصد کربن ) برحسب درصد کربن شامل:
- فولاد کم کربن: مقدار آن کم تر از ۰/۱۵ درصد.
- فولاد با کربن ملایم : مقدار آن حدود ۰/۱۵ الی ۰/۲۹ درصد.
- فولاد با کربن متوسط : مقدار آن حدود ۰/۳ الی ۰/۵۹ درصد.
- فولاد با کربن زیاد : مقدار آن حدود ۰/۶ الی ۱/۷ درصد.
با توجه به توضیحات فوق فولادهای ساخته شده و قابل مصرف در صنعت عبارتند از:
فولاد نرمه (فولاد ساختمانی):
فولاد نرمه (فولاد ساختمانی): این فولاد در رده فولاد با کربن ملایم قرار دارد. این نوع فولاد دارای پله تسلیم مشخص بوده و پروفیل های ساختمانی براساس آن ساخته شده اند.
نکته ۱: افزایش درصد کربن باعث افزایش تنش تسلیم، کاهش شکل پذیری و مشکلات در جوش پذیری می شود.
نکته ۲ : در صورتیکه مقدار کربن از 3 درصد تجاوز نماید عمل جوشکاری پر خرج شده و احتیاج به پیش گرمایش، پس گرمایش و الکترودهای خاص خواهد بود.
فولادهای پرمقاومت کم آلیاژ
فولادهای پرمقاومت کم آلیاژ:این فولادها با افزایش مقادیر ناچیزی آلیاژ نظیر کروم، کلمبیم، مس، منگنز، نیکل و … به فولادهای کربن دار بدست می آید. افزایش آلیاژهای فوق باعث ریزتر شدن ساختمان بلوری آهن و در نتیجه افزایش مقاومت آن می شود.
فولادهای پیچ برای ساخت پیچ از فولادهایی با مقاومت نهایی بین ۴۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ کیلوگرم برسانتی متر مربع استفاده می شود.
فولاد ساختمانی با علامت st 37 شناخته می شود.
عدد پس از حروف st بیانگر تنش نهایی فولاد بر حسب (کیلوگرم بر میلیمترمربع) میباشند،
تنش تسلیم st 37 برابر ۲۴۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش نهایی آن برابر 3700 کیلوگرم بر سانتی متر مربع تنش تسلیم st 52 برابر ۳۶۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش نهایی آن برابر ۵۲۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع