السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

الحمد لله الذي جعل لنا من العلم نورا نهدي به و بعد...
نتقدم ببحثنا هذا الى زملائنا التلاميذ و الى كل من يجمعنا بهم رباط العلم من مستمعين و قراء و مدرسين فهذا البحث يشمل .....الذي نامل ان يعجبكم
و اذا نحن نضع بين ايديكم هذا البحث الذي نرجو ان يكون في المستوى و نامل اننا على الاقل لم نقصر و لم نهمل تبيان جواهر عناصر البحث لاننا محضو رين بعاملين اثنين يصعب التوفيق في كثير من الاحيان بينهما و هما الوقت الموزع بين مختلف المواد الذي يتشكل منها المنهاج الدراسي و كذلك الاحاطه النسبيه بموضوع البحث الذي هو مبتغانا و كذلك نرجو من الاساتذه ان يكونوا لاقسامهم النظرة الكامله و الشامله لمختلف الدروس مع تفادي النظرة التجزيئيه
نرجو من الاساتذه الكرام و كذلك اخواننا التلاميذ ان لا تبخلوا علينا بملاحظاتكم و اقتراحاتكم البناءة لنصوب اخطاءنا و نتفادى زلاتنا و نتلافى العيوب التي يمكن اننا ولا شك وقعنا فيها
و الله نسال ان يديم نعمته علينا و ان يحفظ وطننا من كل كيد و من كل شر و ان يهدينا سواء السبيل
و نسال الله عز و جل ان يوفقنا و يجعل النجاح حليفنا

                                     

الصلب أو الفولاذ

هو سبيكة من الحديد تحتوي على إضافات من الكربون ، وهو يعتبر العنصر المضاف الأساسي في سبائك الصلب. إذا زادت نسبة الكربون في الحديد عن 1و2 % يصبح هشا ويسمى في تلك الحالة حديد زهر. تحتوي سبائك الصلب على نسب من معادن أخرى مثل النيكل والكروم والفاناديوم والسيليكون والموليبدينيوم والفسفور والكبريت غيرها من العناصر الأخرى يقوم الكربون وعناصر أخرى بتقسية الصلب، ومنع طبقات الحديد في البنية البلورية من الانزلاق فوق بعضها البعض (الانخلاع). باختلاف العناصر المضافة لسبائك الصلب وشكل وجودها في الصلب (كعناصر ذائبة في المعدن أو كترسبات في المعدن)، تختلف خواص السبائك مثل الصلادة والمرونة ومقاومة السبيكة للشد في سبيكة الصلب الناتجة عن تلك الإضافات.

عندما تزداد نسبة الكربون في السبيكة عن (2.1%)، يطلق على هذه السبيكة اسم الحديد الزهر والتي تتميز بانخفاض درجة انصهارها وقابليتها للتسبك

أُنتج الصلب باستخدام طرق مختلفة قبل عصر النهضة بفترة طويلة، لكنها لم تكن طرقاً فعالة. أصبح استخدام الصلب أكثر شيوعاً بعد تطوير طرق إنتاجه في القرن السابع عشر. بعد اختراع طريقة بسمر في منتصف القرن التاسع عشر، أصبح عملية إنتاج الصلب بكميات ضخمة غير مكلفة. بعد إضافة بعض التعديلات على هذه الطريقة، ظهرت طرق أخرى مثل فرن أكسجين قاعدي، التي خفضت تكلفة الإنتاج وحسّنت جودة المعدن.

الصلب هو واحد من أكثر المواد استخداماً في العالم، بإنتاج يقدر بـ 1,300 مليون طن سنوياً، وهو العنصر الأساسي في قطاع البناء والمعدات والسفن والسيارات والماكينات والتجهيزات المنزلية والأسلحة

الخواص

الحديد كمعظم المعادن، يوجد في القشرة الأرضية فقط في شكل خام، أي مرتبطاً بعناصر أخرى مثل الأوكسجين في صورة أكاسيد مثل Fe2O3 في خام الهيماتيت أو مع الكبريت في صورة كبريتيدات مثل FeS2 في خام البيريت (الذهب الكاذب). يتم استخلاص الحديد من خاماته من خلال إزالة الأكسجين من أكاسيد الحديد وإضافة عناصر مثل الكربون. هذه العملية تعرف باسم الصهرمن المهم أن تتم عملية الصهر في وسط فقير بالأكسجين حيث أن معدل تأكسد الحديد يتزايد بسرعة فوق 800 درجة مئوية. يذيب الحديد السائل الكربون بسهولة، مكونة سبائك تسمى تجاريًا تماسيح الحديد التي تحتوي على نسب من الكربون تتجاوز 4%، فلا يمكن تصنيفها على أنها " صلب  تتم إزالة الكربون الزائد والشوائب الأخرى في عمليات لاحقة.

غالبًا ما يتم إضافة عناصر أخرى لسبائك الصلب لتحسين الخصائص المطلوبة. فعلى سبيل المثال، يضاف النيكل والمنجنيز للصلب لتحسين قوة الشد وتثبيت طور الأوستينيت في درجة حرارة الغرفة، والكروم يزيد صلادة الصلب ويرفع درجة حرارة انصهاره، أما الفاناديوم أيضا يزيد الصلادة مع تقليل آثار الكلال. لمنع تآكل الصلب، يضاف الكروم بنسبة لا تقل عن 12 ٪ لتكوين طبقة غير نافذة من أكسيد الكروم Cr2O3 على سطح المعدن، وهو ما يعرف بالصلب الذي لا يصدأ:يتحد التنجستن مع السمنتيت، مما يسمح بتشكيل طور المارتنسيت حتى مع معدلات تبريد بطيئة، في صلب التشغيل أما الكبريت والنيتروجين والفوسفور فهي تجعل الصلب أكثر هشاشة، وبالتالي يجب إزالة هذه العناصر من الخام أثناء عملية الصهر

يمكن لخليط من الحديد والكربون أن يتواجد على عدة هيئات، تختلف عن بعضها تمامًا في الخصائص. ففي درجة حرارة الغرفة، يكون الشكل الأكثر استقرارا من خليط الحديد والكربون هو نظام بلوري مكعب مركزي الجسم

 الفريت، وهي مادة لينة نوعاً ما يمكن أن تحتوي على تركيزات صغيرة من الكربون لا تزيد عن 0.021٪ عند 723 درجة مئوية، وفقط 0.005٪ عند الصفر المئوي. إما إذا إحتوي على الخليط على كربون أكثر من 0.021٪ فإن تشكيل الخليط يتحول إلى المكعب مركزي الوجه (الأوستينيت)، وهي أيضا مادة لينة ولكن أقل من الفريت ويمكنها أن تحتوي على كربون حتى 2.1٪ عند 1148 درجة مئوية والتي تمثل أكثر كمية كربون يمكن تواجدها في الصلب.

يسمى الصلب الذي يحتوي على الكربون أقل من 0.8٪ باسم الصلب الهيبوإيوتكتودي، عندما يبرد هذا الصلب من طور الأوستنيت، ينفصل عن الأوستنيت طور الفريت (الفقير بالكربون)، مما يؤدى إلى وجود فائض من الكربون، فيسمح ذلك بتكون طور جديد وهو السمنتيت، فيتكون خليط جديد من الفريت والسمنتيت، ولن يغلب عليه الفريت كلما قلت نسبة الكربون في الصلب. هذا السمنتيت هو مركب معدني صلب وهش رمزه الكيميائي هو Fe3C.

في نقطة الإيوتكتويد (0.8% كربون)، يسمي الخليط الناتج عن تبريد الصلب من طور الأوستنيت بالبرليت، وهو خليط متناسق من الفيريت والسمنتيت. وكلما زادت نسبة الكربون يصبح الخليط الناتج من البرليت والسمنتيت، ويغلب عليه السمنتيت كلما اقتربت نسبة الكربون من 2.1% كربون.

ولعل أهم الأطوار التي يتواجد عليها الصلب هو المارتنسيت، وهو طور شبه مستقر لكنه أقوى بكثير من أطوار الصلب الأخرى. يتكون المارتنسيت عند تبريد الصلب تبريدًا مفاجئًا وهو في طور الأوستنيت وفلا يتحول من النظام البللوري الذي تتوسطه كل وجه فيه ذرة (FCC) إلى النظام البللوري الذي تتوسطه ذرة (BCC)، وذلك لأن الذرات "تتجمد" في مكانها عند تغير البنية الداخلية للصلب، لكن ذلك لا يحدث سوى عندما تكون نسبة الكربون أكثر من 0.2%، فيتكون نظام بللوري جديد وهو النظام البلوري الرباعي أما دون تلك النسبة فيتكون الفريت

كثافة المارتنسيت أقل كثافة الأوستينيت الذي تكون منه، أي أن أثناء التحول حدث تغير في الحجم عن طريق التمدد. الإجهادات الداخلية التي تكونت من هذا التحول، كانت انضغاط في بلورات المارتنسيت مع إجهاد شد على بلورات الفريت المتكونة مع إجهاد قص على كلا الطورين. إذا لم يتم التبريد الفاجئ بطريقة صحيحة، قد ينتج عنه كسر في الصلب بسبب زيادة تركيز الإجهادات الداخلية في منطقة دون الأخرى، أو قد تتكون شروخ ناتجة عن التبريد المفاجئ والعديد من العيوب الأخرى التي قد لا ترى بالعين المجردة

المعالجة الحرارية

هناك العديد من عمليات المعالجة الحرارية التي تستخدم لمعالجة الصلب، لعل أكثرها شيوعًا هو التخمير والتبريد المفاجئ والتطبيع. تتم عملية التخمير بتسخين الصلب إلى درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية لجعله طرياً، ثم يمر الصلب بثلاث مراحل: إعادة الاندماج ثم إعادة التبلور ‏ ثم نمو الحبيبات تختلف درجة الحرارة المطلوبة للتخمير حسب نوع الصلب والعناصر التي تكون السبيكة.

أما عملية التبريد المفاجئ والتليين فتتم بتسخين الصلب حتى يتكون طور الأوستينيت، ثم تبريده في الماء أو الزيت. ينتج عن تلك العملية طور المارتنسيت الصلد والهش. ثم يتم تليين الصلب عن طريق تسخينه عند درجة حرارة معينة لا تتجاوز الـ 650 ° م، وتركه لفترة مناسبة ثم تركه ليبرد داخل فرن المعالجة الحرارية، لذا فهي تعتبر نوعاً خاصاً من عملية التخمير. ينتج عن تلك العملية تكون بعض السمنتيت منفصلاً عن المارتنسيت، مما يقلل من الإجهادات الداخلية، ويجعل الصلب أكثر مرونة ومقاومة للكسر.

انتاج الصلب

يتم صهر الحديد من خامته من خلال عمليات أوليّة، فينتج حديد يحتوي على كربون أكثر من المرغوب فيه، وليصبح صلباً، يعاد صهره ليضاف إليه عناصر تقلل نسبة الكربون إلى الحد المطلوب، بالأضافة للعناصر السبائكية الأخرى. يصب المصهور بعد ذلك صبًا مستمرًا في ألواح طويلة أو يسبك في قوالب. يعاد تسخين القوالب في أفران للتسخين ثم تدرفل لأشكال أوليّة مختلفة كالبليت ومكعبات الصلب. تدرفل البليت بعد ذلك إما باردةً أو ساخنةً، لإنتاج ألواح وقضبان وأسلاك الصلب. أما مكعبات الصلب فتدرفل إلى صلب الهياكل مثل قطاعات الصلب التي تستخدم في الصناعات الحديدية أو قضبان السكك الحديدية. في بعض المصانع الحديثة، تتم هذه العمليات في خط إنتاج واحد يبدأ بخام الحديد وينتهي بإنتاج الصلب. أحياناً يعالج الصلب حرارياً لتحسين خواص الصلب قبل درفلته، ولكن هذا يحدث نادراً

تطوير الإنتاج

كان تصنيع الصلب خلال الستينات من القرن الماضي المحرك الذي تقوم عليه الصناعات الأخرى، وكان في نفس الوقت سوقا رائجة للعمالة والتوظيف. ثم بدأ تراجع عدد العاملين في هذا المضمار خلال السبعينيات بسبب تطوير وسائل الإنتاج. ونظرا لعدة أزمات في البلاد المختلفة في إنتاج الحديد الخام والفحم الحجري فقد لجأت عدة دول إلى تحسين تلك الصناعة عن طريق تحسين تكنولوجيا الإنتاج وخفض عدد العاملين والتركيز على بعض مناطق الإنتاج المجدية، والتخلي عن أحرى ،وكان ذلك مصحوبا بأن فقد كثير من العاملين في هذا القطاع عملهم.

عمل هذا التغيير على تغير أوضاع عديدة في مناطق إنتاج الحديد. وكانت شدة التغيير وتأثيراتها تتفاوت من بلد إلى بلد من حيث مما دعى الحكومات إلى التوفيق بين كمية الإنتاج وتبعات فقد بعض الناس عملهم. وعلى سبيل المثال فقد انخفض عدد العاملين أثناء حكومة مارجريت تاتشر في المملكة المتحدة إلى حد بعيد، هذا رغم اعتراض اتحادات العمال. وفي ألمانيا عملت الحكومة على تعضيد ذلك القطاع الصناعي وعلى الأخص دعم إنتاج الفحم الحجري وهو مرتبط بإنتاج الصلب ومعاونة من فقد عمله على احتراف وظائف أخرى وتقديم برامج التدريب لهم. بذلك خفت وطأة التغير على العمال في ذلك الحين.

وبعد تلك الفترة لصعبة لتحسين إنتاجية العامل، أصبحت تُنتج كمية أكبر من الحديد الصلب بعدد أقل من العمال وتحسنت اقتصادية تلك الصناعة. والاتجاه نحو إنتاج الأنواع القيمة من هذه الثروة المعدنية التي هي قوام البلاد المتقدمة.

انواع الفولاذ

يتبع تصنيف الحديد الصلب طبقا لطرق استخدامه وإمكانيات استغلاله

الصلب البنائي - ويستخدم في بناء الآلات وهو سهل التشكيل، يمكن لحامه بسهولة ويسهل صهره وصبه، وهو في نفس الوقت زهيد السعر،

الصلب الآلي - وهو يحتوي على نسبة أعلى من سابقه من الكبريت ليتحمل التشغيل، وهو يستخدم في آلات إنتاج الأدوات آليا بدون الحاجة إلى رقابة العامل.

صلب التقوية - وهو المستخدم مع الخرسانة في البناء، يتميز بقدرة عالية على تحمل الاثقال والحمولات، كما يتحمل الشد،

صلب الأدوات - وهو يستخدم لأنتاج القطع الصغيرة التي تتحمل الأجواء الرطبة، وتستخدم أيضا في الأجزاء المتحركة.

صلب اللولب - هذا النوع يحتوي على نسبة عالية من السيليكون تزيد من مرونته، كما يخلط به أحيانا عنصر الكروم (Cr).

صلب غير قابل للصدأ - يوجد كنوع فريمغناطيسي وأوستيني ومارتنسيتي ودوبلكس. ويحضر الفريمغناطيسي عن طريق خلطه 5 و10 % من عنصر الكروم. أما النوع الأوستيني فهو سبيكة الحديد والكروم والنيكل، وذلك النوع الأوستيني لا تظهر له مغناطيسية في درجة حرارة الغرفة،

صلب نتروجيني - يحتوي على نسبة من النتروجين تصنع منه أجزاء تتعرض للحركة الدائمة، مثل المكابس وأذرعتها.

صلب مقاوم للإحماض - يصل الصلب المحتوي على نسبة 17% من الكروم على الأقل على خاصية مقاومة الأحماض، وهو يقاوم أيضا المحاليل القلوية، ويستخدم في صناعة الزجاجات الحديدية التي تحوي موادا للتنظيف وغيرها،

صلب الإنشاءات - يتميز بقدرة عالية على التحمل،

الصلب المطاوع - وهي مجموعة من أنواع الصلب التي تتحمل الشد والثني والتشكيل، وهي أنواع مطاوعة طرية يمكن مطها إلى أطوال بلا حدود تقريبا،

صلب فولاذ - وتصنع منه التروس وغيرها،

صلب الأدوات الصناعية - وهو الصلب الذي تصنع منه أدوات التصنيع وكذلك قوالب الصب،

ومنه نوع :

HSS 10-4-3-10 → يحتوي على 10% تنجستن, 4% موليبدنوم 3% فاناديوم، 10% الكوبلت وهو صلب يستعمل لصناعة السكين،

الصلب الدمشقي - وهو صلب شديد الصلابة ومرن، يستخدم في صناعة السيوف والخناجر والسكاكين القيمة وما يشبهها. وهو يتكون من عدة سبائك متماسكة تحضر باللحام الحراري والطرق. ويمكن بعد تجهيزه وتلميعه ظهور تكويناته الداخلية المتطابقة، وهي تعتبر زخرفا جميلا بالإضافة إلى شدة صلابته ومرونته.

تاريخ صناعة الصلب

كانت صهر الحديد معروفًا في العصور القديمة، باستخدام أفران بدائية ولكنها كانت تنتج حديدًا غنيًا بالكربون. يعد أقدم اكتشاف للصلب على هيئة قطع من المشغولات الحديدية في أحد المواقع الأثرية في الأناضول عمرها نحو 4,000 سنة. كما اكتشف قطع من الصلب القديمة في شرق أفريقيا، والتي يعود تاريخها إلى 1,400 ق.م. بدأ تصنيع الأسلحة من الصلب في القرن الرابع قبل الميلاد في شبه الجزيرة الأيبيرية، كما إستخدمه الرومان في زمن الجمهورية الرومانية. بينما تمكن الصينيون القدماء في عصر الإمارات المتحاربة (403 ق.م - 221 ق.م) من إنتاج أسلحة من الصلب المقسى، وفي عصر سلالة هان (202 ق.م - 220 م)، أنتج الصينيون صلباً بدائياً يحتوي على نسبة عالية من الكربون عن طريق صهر الحديد الزهر مع الحديد الخام، وذلك بحلول القرن الأول الميلادي.

الصلب والبيئة

يعتبر الحديد الصلب من وجهة البيئة مادة غاية في التقدير حيث يمكن تدويره من الصلب المستهلك بدون فقد في الكفاءة وعدة مرات، حيث يصهر ويعاد كحديد صلب للتصنيع والاستخدام.

ولكن إنتاجه من خام الحديد يستهلك طاقة كبيرة حيث يحتاج إلى درجات حرارة تصل غلى نحو 1500 درجة مئوية. وأثناء تحضيره يخرج من الفرن العالي غاز ثاني أكسيد الكربون CO2 حيث يلزم لإنتاج الصلب كمية معينة من الفحم الحجري. وتبلغ كميات الفحم التي تستخدم في الأفران العالية في النمسا وألمانيا الآن إلى الحد الأدنى من الوجهة التكنولوجية. وابتكرت منذ سنوات عديدة طرق جديدة لإنتاج الحديد ن ومنها ما يطبق في الإنتاج الصناعي الحالي وهي تعتمد على الكربون منها أول أكسيد الكربون الذي يستخدم كمادة نهائية لاختزال الحديد. وبذلك تعمل تلك الطرق التكنولوجية الجديدة على المحافظة على البيئة عن طريق تخفيض إنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون. إلا أن كفاءة تلك الطرق لخفض كمية ثاني أكسيد الكربون تصل حاليا إلى نحو 50 % فقط.

ومن طهة احرى فإن مادة الحديد الصلب نفسها غير ضارة للبيئة وليست ضارة للإنسان أو الحيوان، ولا تحتاج عند استخدامها أو التخلص منها لأي احتياطات تأمين من وجهة المحافظة على البيئة.

الفولاذ المقاوم للصدأ أو الصلب المقاوم للصدأ

هو سبيكة معدنية تحتوي على خليط من العناصر. فنسبة الحديد فيها لا تقل عن 50%، ونسبة الكروم لا تتجاوز 30%، ونسبة الكربون حد أدنى 11.5 %، بالإضافة إلى بعض العناصر التي تمثل حوالي 8.5% مثل النيكل والمولبيدنيوم لتحسين خواصه. وتكتسب مقاومتها للصدأ والتآكل بسبب تكوين طبقة رقيقة متماسكة وغير مرئية من أكسيد الكروم تلتصق بسطح المعدن وتقيه من التآكل، وتكون هذه الطبقة واقية بدرجة كافية كلما كانت نسبة الكروم في الفولاذ عالية.

عرف الفولاذ المقاوم للصدأ لأول مرة من قبل العالم بريلي في العام 1912 حيث استطاع الحصول على سبيكة تحتوي على (12-13٪) كروم لا تصدأ في الجو وفي أوساط أخرى وقد استعملت لصناعة أدوات المائدة ومنذ ذلك الحين وحتى الآن ظهرت أنواعا عديدة خصوصا تلك التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل بسبب وجود وسط قاس مساعد على التآكل مثل الأوساط الموجودة في الصناعات الكيماوية والبترولية.

هذا الاسم (صلب مقاوم للصدأ) ينبع من حقيقة أن الصلب (الفولاذ) المقاوم للصدأ لا يصدأ بتلك السهولة التي يصدأ بها الصلب الكربوني العادي، ولكنه في الحقيقة قابل للتآكل والصدأ عند ظروف خاصة، وتختلف مقاومته للصدأ باختلاف نسبة الكروم فيه، لذا فإنه من المهم اختيار النوع الصحيح من الصلب المقاوم للصدأ حسب التطبيق الذي سيستخدم فيه

استخدمات الصلب المقاوم للصدا

يدخل هذا النوع من الصلب في صناعات متعددة ولكن يستعمل بصفة أساسية للصناعات التي تحتاج إلى مقاومة عالية جدا للصدأ (كالأدوات المنزلية وعلب المشروبات وشفرات الحلاقة الداخلية والنقل وبعض أجزاء الآلات المعرضة للرطوبة). يستخدم في أدوات الجراحة وأدوات المائدة وتتميز أواني الطبخ المصنوعة من الصلب (الفولاذ) الذي لا يصدأ بأنها موصلة جيدة للحرارة وذات صلابة وقوة شديدتين، وهي رخيصة الثمن وتقاوم الصدأ عند تعرضها للماء أو تخزينها دون تجفيفها، ويمكن استعمالها بشكل مستمر فترة طويلةتستحوذ الصناعات الكيميائية ومنشآت الطاقة على أكثر من ثلث استهلاك الأصلاب المقاومة للصدأ ومن أمثلة تلك التطبيقات أوعية المفاعلات النووية والمبادلات الحرارية والأنابيب والمواسير في صناعة البترول ، و مكونات كثيرة في الصناعات الكيميائية وصناعة عجائن الورق وأجزاء كثيرة في أفران وغلايات محطات إنتاج الكهرباء من الوقود الحفري

انواع الفولاذ المقاوم للصدا

يقسم الفولاذ المقاوم للصدأ حسب التركيب الميتالرجي إلى أربع مجاميع رئيسية تختلف عن بعضها البعض في مقاومتها للتآكل وخواصها الميكانيكية وكذلك كلفتها.

إن كل مجموعة تحوي على أنواع قياسية تختلف عن بعضها في التركيب الكيمياوي وكذا في استخداماتها، وكل نوع يشار إليه برقم يسمى الرقم الدال أو رقم الدلالة وحسب الأنظمة المختلفة مثل النظام الأمريكي الخاص بجمعية الحديد والفولاذ الأمريكية

الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسايتي

تسمى هذه المجموعة بهذا الاسم لكونها لها قابلية على تكوين المارتنسايت عند تبريدها تبريدا سريعا من الحالة التي يكون تكوينها أوستنيت، أي من درجات الحرارة العالية. تتميز سبائك هذه المجموعة باحتوائها على الكربون ولها ممغنطة وقابلية اللحام منخفضة، ومقاومة تآكل معتدلة ،حيث أن مقاومة التآكل لسبائك هذه المجموعة هي أقل من سبائك المجموعتين الثانية والثالثة، كما أن مقاومة الشد والصلادة لها تكون عالية لذلك فهي تستخدم في الأغراض التي تتطلب مقاومة شد وصلادة عاليتين ومقاومة تآكل معتدلة نسبيا.

تستخدم في صناعة أجزاء الصمامات ومحامل الكريات مثل السبيكة 440 وتستخدم أيضا السبيكة 420 لصناعة الأدوات الجراحية.

الفولاذ المقاوم للصدأ الفرّيتي

يحتوي هذا النوع على نسبة عالية من الكروم مقارنة مع الأنواع الأخرى مما تؤدي إلى استقرارية الفرّيت كما أنه غير قابل للتصليد. ومن أشهر أنواع سبائك هذه المجموعة هي السبيكة 430 والتي تتميز بمقاومة تآكل جيدة في الجو ،لذات فإنها تستعمل بشكل واسع في صناعة أجزاء زخارف السيارات وفي مصانع أكسدة الأمونيا وفي صناعة أدوات الطعام المنزلية مثل الصحون والقدور وكذلك الثلاجات والغسالات ... الخ ،أما النوعان 422 و446 يتميزان بمقاومة غاز الكبريت نظرا لوجود نسبة عالية من الكروم.

وحديثا ظهر نوع آخر لهذه المجموعة وهو الفولاذ المقاوم للصدأ الفرّيتي العالي النقاوة الذي يحتوي نسبة ضئيلة جدا من الكربون والنتروجين وأهم ما يمتاز به هو الخواص الميكانيكية العالية لمنطقة اللحام التي تفتقر إليها السبائك الأخرى. وأهم المظاهر الحسنة لسبائك هذه المجموعة هي مقاومتها للتآكل الإجهادي خاصة في الماء الذي يحتوي على الكلوريدات.

الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي

إن سبائك هذه المجموعة هي أكثر أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ استعمالا نظرا لما تمتاز به من خواص ميكانيكية ومقاومة تآكل جيدتين ويمكن أن تكون ملحومة كما أنها غير مغناطيسية ولا تتصلد عند التبريد السريع ذلك لاحتوائها المنغنيز والنيكل والنتروجين.

ونظرا لتوفر هذه الخصائص فيها تستعمل في الحالات التي تكون فيها الأوساط مساعدة على التآكل وفي مختلف العمليات الصناعية ولأغراض البناء وفي المطبخ وفي صناعة الأدوية وفي الأغراض التي تتطلب عدم حصول صدأ مهما كانت درجته

الفولاذ المقاوم للصدأ القابل للتصليد بالتعتيق

سبائك هذه المجموعة تصلد بالتعتيق أو بالترسيب ويمكن تعزيز قوتها بإضافة النحاس والألمنيوم والنيوبيوم ،أما مقاومة التآكل لها هي أقل من مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (304) تدخل استعمالاتها في صناعة الصواريخ والطائرات.

و قد ظهرت مؤخرا سبائك أخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ مثل CD-4MCu فيراليوم، وهي سبائك مزدوجة التركيب حيث تركيبها الميتلرجي هو فيريت في أرضية من الأوستنيت، أمّا مكوناتها الكيميائية الأساسية فهي الكروم والنيكل وهذا ما يكسبها خواص ميكانيكية ومقاومة تآكل عاليتين.

إن كافة سبائك المجاميع الأربعة تشكل ميكانيكيا عدا السبيكة D-4MCu التي تشكل بالسباكة

 معلومات عن الفولاذ

من أرخص الفلزات في العالم وأقلها كلفةً وأكثرها استخدامًاوأفضلها نفعًا,وتستخدم المنتجات الحديدية الصلدة ذات القدرة العالية على التحمل،في صناعة آلاف المنتجات المستخدمة في الحياة اليومية, وتتراوح هذه المنتجات منمحابس الأوراق إلى السيارات. كما يُصنع من الحديد والفولاذ الآلات التي تساهمتقريبًا في إنتاج كل شيء نستعمله في حياتنا بما في ذلك الملابس والمنازلوالطعام.

وتستخدم كلمة حديد للتعبير عن كل من عنصر الحديد وعدد منسبائك(خلائط)الحديد مع عدد من العناصر الفلزية. ويمثل الحديد واحدًا من أكثر العناصر الكيميائيةالمشهورة انتشارًا في القشرة الأرضية، لكنه لا يوجد في صورة مفردة نقية بل في صورةمركبات يطلق عليها خامات الحديد. كما أن بعض النيازك تحتوي أيضًا على الحديد. ويَستخدم الصناع سبائك الحديد في تصنيع وإنتاج كل ما يعرف باسم المنتجاتالحديدية.

ويُنتج الفولاذبتنقيةالحديد وسبكه بالعناصر الفلزية المختلفة. ولهذايُعد الحديد المادة الأولية لإنتاج الفولاذ، كما يمكن اعتبار الفولاذ صورة نقية منالحديد. ويشبه ذلك تمامًا كون البترول من نواتج تنقية (تكرير) الزيت، وذلك علىالرغم من أنخواصواستخدامات الحديد والفولاذ تختلف بصورة كبيرة بدرجةاختلاف استخدام الزيت والبترول.

وخامات الحديد ترسبات معدنية أو صخرية تركز فيها الحديد أثناء تكوين القشرةالأرضية. ويقوم صناع الفولاذ بتكسير هذه الخامات ومعالجتها لإنتاج رُكازات الحديدالتي تكون فيهادرجةتركيز الحديد أعلى مندرجةتركيزه في الخامات الأولية، ثم تحول المركزات الناتجةإلى فلز الحديد عن طريق تسخينها مع مواد أولية أخرى في أفران ضخمة. ويستخدم معظمفلز الحديد الناتج من عمليات الاستخلاص في صناعة الفولاذ، وإن كان يستخدم جزء قليلمنه في تصنيع منتجات حديدية أخرى. ويقوم صناع الفولاذ بتحويل فلز الحديد إلى فولاذسائل بعملية التنقية في أفران خاصة، حيث يسخن فيها أيضًا المنتجات الحديدية المعاداستخدامها وكذلك خردة الفولاذ. وبعد إنتاج الفولاذ السائل يتم تشكيله في أشكالمختلفة من الألواح والقضبان والأعمدة والأسياخ والأسلاك والأنابيب وأي شكل أخر منالأشكال المناسبة للاستعمال. وتقوم معظم المصانع الحديثة لإنتاج الفولاذ بإجراءمختلف خطوات صناعة الفولاذ بدءًا من صهر واختزال خامات الحديد إلى عمليات إنتاجالفولاذ، ثم عمليات التشكيل المختلفة للصور المفيدة للاستعمال.

بُدئ في استخدام الحديد منذ الأزمان الغابرة، ويُعتقد أن الناس قد استخدموه قبلالميلاد بحوالي أربعة آلاف سنة، وكانت بداية الاستعمال باستخدام حديد النيازك. وقدصُنِّع حديد النيازك في أشكال عدة منها التحف والأسلحة والعدَد والأدوات المنزلية. وعلى الرغم من البدايات المتقدمة لاستعمال الحديد، إلا أنه من غير المعروف على وجهالتحديد أين ومتى بدأ استخلاص الحديد من خاماته. ويعتقد أن عمليات استخلاص الحديدقد بدأت ونمت، ثم تطورت في أماكن متفرقة من العالم بصورة مستقلة كل عن الأخرى،وبخاصة فيما يعرف الآن بمناطق الشرق الأوسط والصين والهند. ومنها انتشرت بسرعة بعدذلك إلى مناطق مختلفة من العالم. وبحلول القرن العاشر قبل الميلاد ازدهرت صناعةالحديد كثيرا وأصبحت في متناول معظم الحضارات المعروفة في ذلك الوقت. أما صناعةالفولاذ فقد بدأت بكميات صغيرة ومحدودة وفي نوعية رديئة. واستمرت صناعة الفولاذ فيهذه الفترة بهذه الصورة لعدم إمكان تصنيعه بأسعار مقبولة. ولم يكن إنتاجه متاحًابكميات كبيرة إلا في نهاية القرن التاسع عشر الميلادي. ثم تطورت تقنية صناعةالفولاذ بسرعة كبيرة خلال نهاية النصف الثاني من القرن العشرين.

وفي الوقت الراهن يعد إنتاج الحديد والفولاذ واحدًا من أهم الصناعات حيوية فيالعالم. ويعمل في هذه الصناعات ملايين العمال في المصانع ووحدات الإنتاج في أنحاءالعالم. وبالإضافة إلى العاملين في المصانع فهناك ملايين أخرى تعمل في إعداد وتصنيعالآلات، والمواد الخام، والطاقة اللازمة لشركات صناعة الحديد والفولاذ، أو في صناعةوتشكيل وإنتاج المنتجات الاستهلاكية من الحديد والفولاذ.

أنواع الحديد والفولاذ

المواد الفلزية المعروفة التي يطلق عليها الحديد والفولاذ هي في الواقع سبائكلعنصر الحديد, وبوجه عام فإن الفولاذ هو سبيكة من عنصري الحديد والكربون, ولا تزيدنسبة الكربون فيها على 2%. وتحتوي معظم أنواع الفولاذ في الغالب بالإضافة إلىالكربون، على كمية من عنصر المنجنيز، كما يحتوي عدد من سبائك الفولاذ أيضًا على عددآخر من عناصر أخرى بجانب ما ذكر من عناصر. تعتمد خواص أي نوع من أنواع الحديدوالفولاذ إلى حد بعيد على التركيب الكيميائي للسبيكة. ويمكن أن تتغير هذه الخواصبدرجةملحوظة بإجراء عمليات التسخين والتشكيل.

وعلى الرغم من وجود آلاف من أنواع مختلفة من الحديد والفولاذ، إلا أنه يمكنتقسيم أنواع الحديد إلى المجموعات التالية: 1- حديد التمساح، 2- الحديد الزهر، 3- الحديد المليف (أو المطاوع). كما يمكن تقسيم الأنواع المختلفة من الفولاذ إلى أربعمجموعات: 1- الفولاذ الكربوني، 2- الفولاذ السبيكي، 3- الفولاذ غير القابل للصدأ، 4- فولاذ العددَ.

حديد التمساح:هو الحديد الناتج من الفرن العالي. وتحتويمعظم أنواع حديد التمساح على 93% حديد، ومن 3% إلى 4%، كربون بالإضافة إلى كمياتأقل من عناصر أخرى. وأصل مصطلحتماسيح الحديديعود إلى الطريقة الأولى التياتبعت في عمليات صب مصهور الحديد الناتج من الفرن العالي إلى منظومة من القوالبوضعت حول قناة مركزية.

ولقد أطلق على القضبان الحديدية المتكونة داخل قالب الصب اسمالتمساح. وفي الوقت الراهن يستخدم معظم خام حديد التمساح في حالته المنصهرة في صناعةالفولاذ، ولا يجري صبه في قوالب. ولكن كمية صغيرة منه فقط تصب كما كان يحدث فيالسابق، وذلك لتصنيع حديد الزهر أو الحديد المليف.

الحديد الزهر:هو أي نوع من سبائك الحديد المحتوية علىنسبة عالية من الكربون، حيث تتراوح نسبة الكربون فيه بين 2% و 4%، كما يحتوي علىالسليكون بنسب تتراوح بين 1% و 3%. ونظرًا لارتفاع نسبة الكربون في الحديد الزهر،فإنه لا يمكن تشكيله وهو في حالته الجامدة مهما كانتدرجةالحرارةالتي سيتم تسخينهإليها. ويشكل الحديد الزهر إلى الأشكال التجارية المفيدة بصب السبيكة المنصهرة فيقوالب، ثم تترك حتى تتجمد. ومما يساعد على استخدام الحديد الزهر في العديد منالتطبيقات ما يتميز به من: صلادة، وانخفاض تكلفة، ومقدرة عالية على امتصاص الصدمات. ولهذه الأسباب يعد الحديد الزهر مادة إنشاءات مفيدة ومهمة.

الحديد المطاوع:هو تقريبًا حديد نقي مخلوط مع مادة تشبهالزجاج. وعلى العكس من حديد الزهر فإن الحديد المطاوع قابل للطَّرْق، ولهذا يمكنطرقه إلى أشكال مختلفة. ويقاوم الحديد المطاوعالتآكل (الصدأ) بصورة أفضل منمقاومة الحديد الزهر.

ولقد كان الحديد المطاوع أحد صور المواد الحديدية التي استخدمت كثيرًا في الماضيلإنتاج الكثير من المنتجات التجارية التي يجري تصنيعها حاليًا من الفولاذ. وفيالوقت الراهن لا تنتج شركات الفولاذ إلا كميات صغيرة ومحدودة من الحديد المطاوع،ويستخدم معظمها في صناعة قضبان السكك الحديدية، والبوابات وبعض أعمال الديكوروالزخرفة.

الفولاذ الكربوني:يعد أكثر أنواع الفولاذ استخدامًا. وتعتمد خواص الفولاذ الكربوني اعتمادًا كليا على ما يحتويه من كربون. وتحتوي معظمأنواع الفولاذ الكربوني في الغالب على نسبة كربون أقل من 1%. ويصنع الفولاذالكربوني في صور منتجات متعددة تشمل قضبان الإنشاءات وأجسام السيارات ومعداتالمطابخ والعلب.

الفولاذ السبيكي:هو الفولاذ المحتوي على بعض الكربون،لكن خواصه تعتمد بصورة أساسية على العناصر الكيميائية الأخرى المضافة للسبيكة. ويعمل كل عنصر من العناصر المضافة على تحسين خاصية واحدة أو أكثر من خواص الفولاذ. وعلى سبيل المثال، فإن إضافة المنجنيز للفولاذ تزيد صلادته ومتانته ومقاومته للبلى. وتساعد إضافة النيكل على رفع المتانة وبخاصة للفولاذ المستخدم عند درجاتالحرارةشديدة الانخفاض. ويعمل الموليبدنوم على رفع الصلادةوتحسين مقاومة الفولاذ للتآكل، بينما ترفع إضافة التنجستن من مقاومة الفولاذللحرارة. وعلاوة على إضافة العناصر المذكورة إلى الفولاذ فهناك عناصر أخرى تضافإليه وتشمل الألومنيوم والكروم والنحاس والسليكون والتيتانيوم والفاناديوم.

الفولاذ غير القابل للصدأ:يعد أفضل أنواع الفولاذ فيمقاومة التآكل. ويعتبر الكروم العنصر الأساسي لسبيكة الفولاذ غير القابل للصدأ. وتحتوي جميع أنواع سبائك الفولاذ غير القابل للصدأ على 12% كروم على الأقل. وترتفعهذه النسبة لتصل في بعض السبائك إلى 30%. كما تحتوي أعداد كبيرة من سبائك الفولاذغير القابل للصدأ أيضًا على عنصر النيكل. ويصنع من الفولاذ غير القابل للصدأ الكثيرمن الأدوات المنزلية مثل السكاكين والملاعق والأطباق والأوعية والقدور. كما تستخدمالأنواع المختلفة من الفولاذ غير القابل للصدأ في إنتاج الكثير من المنتجات المهمةالأخرى مثل أجزاء السيارات وأجهزة المستشفيات والشفرات الحادة.

فولاذ العُدد:أعلى جميع أنواع الفولاذ صلادة، فصلادتهعالية جدًا. وهو يستخدم أساسًا في صناعة وإنتاج عِدَد تشكيل المواد الفلزية. ويصنعفولاذ العُدَد من خلال تلدين بعض الأنواع الخاصة من الفولاذ الكربوني أو الفولاذالسبيكي. وتُجرى عملية التلدين بتسخين الفولاذ إلىدرجةحرارة عالية، ثم يبرَّد بعدئذ بسرعة.