از کاربردهای پیشرفته فولاد چه می‌دانید؟

از کاربردهای پیشرفته فولاد چه می‌دانید؟

فولاد یکی از پرکاربردترین مصالح ساخت مدرن، در حوزه‌های مختلف تولید است. این ماده مصرفی، ضمن داشتن بالاترین نسبت مقاومت به وزن، دوامی استثنایی دارد.

امروزه فولاد مصرفی در تولید محصولات گوناگون، حدود 25 میلیارد تن برآورد شده‌است. فولاد، ماده‌ای 100 درصد قابل بازیافت است و می‌تواند بارها و بارها مورد استفاده مجدد قرار گیرد. می‌توان با استفاده از فولاد استفاده شده، محصولاتی جدید تولید کرد و نگران از دست دادن استحکام، شکل‌پذیری یا هر پارامتر قابل اندازه‌گیری دیگری نبود. چنین ویژگی‌هایی منجر شده‌اند که فولاد، همچنان اصلی‌ترین ماده اولیه تولید و ساخت در سراسر جهان باشد.

فرمولاسیون‌های جدید فولاد، خودروسازان را قادر ساخته تا با استفاده از فولادهایی با بازدهی بالا، محصولاتی قوی‌تر و سبک‌تر از قبل راهی بازار کنند. این خودروها، بازدهی انرژی به مراتب بالاتری دارند. استحکام بالای فولاد موجب شده، تا با استفاده کمتر از مواد اولیه، سازه‌ای با بهترین عملکرد و مقاومت ایجاد کرد.

به طور متوسط، سالانه حدود 650 تن فولاد (از جمله آهن قراضه قبل و پس از مصرف) در جهان بازیافت می‌شود. نرخ بازیابی این ماده، در حوزه‌هایی که سیستم‌های جمع‌آوری و بررسی وجود دارند، افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، حدود 90 درصد از وسایل نقلیه در سطح جهان بازیابی می‌شوند که تقریبا تمام فولاد این اتومبیل‌ها مورد استفاده مجدد قرار می‌گیرند.

توسعه فولادهای جدید

امروزه، کاربردهای جدید فولاد جایگزین موارد قدیمی و معمول شده‌است. با در نظر گرفتن کل چرخه حیات، این امر به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌های کمک شایانی می‌کند. در این مقاله، چندین نمونه از استفاده‌های فولاد پیشرفته در زندگی روزمره و چگونگی کمک به کاهش انتشار CO2 را عنوان خواهیم کرد.

کاربرد فولاد در حوزه حمل و نقل

  • فولاد در حمل و نقل ریل، در ساخت قطارها و به طور کلی زیرساخت‌ها کاربرد بسیاری دارد. استفاده از راه‌آهن برای سفرهای کوتاه و متوسط ضمن کاهش زمان سفر، انتشار گاز CO2 را در هر کیلومتر مسافت در مقایسه با روش‌های دیگر حمل و نقل کاهش می‌دهد.
  • در سال 2019، حدود 91.8 میلیون وسیله نقلیه در سراسر جهان تولید شده‌است. خودرو به طور متوسط از 900 کیلوگرم فولاد ساخته می‌شود. این متریال، به عنوان ماده مصرفی تولید بیش از 50 درصد وسایل نقلیه امروزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد استحکام بالای پیشرفته (AHSS)، یکی از مواد جدید در تولید خودروها است. با استفاده از AHSS، می‌توان خودروهایی سبک طراحی کرد که ضمن افزایش ایمنی، مصرف سوخت را بهینه‌سازی می‌کند.
  • از لحاظ رویکرد چرخه زندگی، می‌توان عملکرد اجزای خودرویی ساخته شده از متریال مختلف را با هم مقایسه کرد. در این بررسی، فولاد استحکام بالای پیشرفته (AHSS)، نتیجه بهتری در مقایسه با مواد رقیب (با چگالی پایین) نشان داد. این ماده نسبت به آلومینیوم یا فیبر کربن، 5 برابر و در مقایسه با منیزیم 7 برابر CO2 کمتری منتشر کرد.
  • گریدهای جدید فولاد استحکام بالای پیشرفته، خودروسازان را قادر ساخت که وزن خودروهای جدید خود را در مقایسه با انواع قدیمی 25 تا 39 درصد کاهش دهند. می‌توان چنین بیان کرد که برای استفاده یک خانواده 5 نفره از خودرو، وزن کلی خودرو 170 تا 270 کیلوگرم کاهش می‌یابد. این امر منجر به کاهش 3 تا 4.5 تن گاز گلخانه‌ای در طول چرخه عمر خودرو می‌شود. رقم مذکور، از گازهای گلخانه‌ای تولیدشده در هنگام تولید کل فولاد خودرو نیز بیشتر خواهد بود.

در حال حاضر، انجمن جهانی فولاد در تلاش برای تولید گریدهای جدید فولاد پیشرفته، با استحکامی بیش از 1500 مگاپاسکال است. فولادهایی که در عین داشتن مقاومت بالا، نازک‌تر و سبک‌تر از انواع پیشین خود باشند.

کاربرد فولاد در حمل و نقل
از فولاد در ساخت بدنه خودرو استفاده می‌شود

کاربرد فولاد در انرژی

روند تولید و توزیع اشکال مختلف انرژی، فسیلی، هسته‌ای یا تجدیدپذیر، با استفاده از فولاد انجام می‌شود. برای اجرای ستون‌های برق مورد استفاده در ساخت سکوهای نفتی در دریا و تقویت سازه‌های بتنی در نیروگاه‌های برق‌آبی، فولاد به کار می‌رود.

هیچ ژنراتور، ترانسفورماتور یا موتور الکتریکی نمی‌توان یافت که بدون فولاد الکتریکی، توانایی تولید انرژی قابل استفاده را داشته باشد. فولاد نقش مهمی در تبدیل انرژی خوشیدی به برق یا آب گرم دارد. همچنین به عنوان ماده اولیه اصلی در پنل‌های خورشیدی، پمپ‌ها، مخازن، مبدل‌های حرارتی و ساخت دستگاه‌های انرژی موج مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فولاد در سازه‌های مدرن، متریالی بسیار کاربردی است که بسیاری از ما، کارایی فوق‌العاده آن را نمی‌شناسیم. یکی از بهترین نمونه‌ها، برج‌های لوله‌ای فولادی هستند که در توربین‌های بادی کاربرد فراوان دارند. به طور کلی، از آن‌جا که سرعت باد در ارتفاعات بالا می‌رود، برج‌هایی که طول بیشتری دارند، با افزایش بازدهی تولید انرژی همراه هستند. در صورتی‌که از فولادهای جدید در ساخت این برج‌ها استفاده شود، نسبت مقاومت به وزن در مقایسه به دیگر مواد افزایش قابل توجهی خواهد داشت. بدین ترتیب برج‌های بلندتر، تنشی بسیار کمتر بر سازه اعمال می‌کنند. با توجه به وزن پایین فولادهای جدید، می‌توان برج‌ها را در مقاطع 30 متری ساخت و سپس آن‌ها را مونتاژ و نصب کرد. در حال حاضر، محققان در تلاش‌اند فولادهایی جدید با استحکام بالاتر بسازند و جرم برج‌های آینده را به حداقل برسانند.

کاربرد فولاد در انرژی
فولاد در ساخت انواع توربین بادی کاربرد دارد

فولاد در زیرساخت‌ها و ساختمان‌سازی

ساختمان‌هایی که دارای اسکلت فلزی هستند، در تمام مراحل از تولید اجزای مختلف گرفته تا برچیدن و استفاده مجدد،  امکان کمک به حفظ محیط زیست را دارند.

به عنوان مثال:

  • سازه‌های فولادی، ضایعات ساختمانی بسیار پایینی – در برخی موارد نزدیک به صفر – دارند. فرآورده‌های فرعی چون سیمان سرباره‌ایِ کوره بلند و گاز، قابل استفاده مجدد هستند. استفاده روزافزون از فولاد قراضه در ساخت محصولات جدید، نیاز به مواد اولیه سنگ آهن و زغال سنگ را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، بیش از 80% از تیرآهن‌های فولادی از قراضه ساخته می‌شوند. تمام گریدهای این متریال را می‌توان از قراضه تولید کرد؛ بدون اینکه کیفیت کاهش یابد. نوآوری و پیشرفت‌های مداوم در تکنیک‌ها و روش‌های تولید، باعث کاهش دائمی انرژی مصرفی و انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود.
  • استفاده از فولاد، مصرف مواد اولیه دیگر را کاهش می‌دهد. با به‌کارگیری فولادهای قوی‌تر (با استحکام 485 مگاپاسکال)، متریال مورد نیاز در هر یک از بخش‌های ساختمان کاهش خواهد یافت.
  • ساختمان‌های فولادی، عمری طولانی دارند. برای سازگاری بیشتر با محیط زیست، می‌توان از سیستم‌های مختلفی برای محافظت از فولاد استفاده کرد. به عنوان مثال؛ سیستم‌های پوشش‌دهی، گالوانیزه + پوشش و اسپری گرم آلومینیوم، ضمن سازگار بودن با محیط زیست از فلز حفاظت می‌کنند.
  • با استفاده از ساختارهای سبک فولادی می‌توان یک یا چند طبقه به ساختمان اضافه کرد و در عین حال بار اضافی بر روی سازه و پایه‌های موجود را در حداقل میزان خود نگه‌داشت. در این شرایط نیاز به نگهدارنده‌های گران قیمت نیست.
  • در پایان عمر مفید سازه، به همان سادگی که ساختار فلزی نصب شد، قابل جمع‌آوری و برچیدن است. پس از برچیدن، قطعات قابلیت استفاده مجدد به عنوان اجزای پروژه‌های ساختمانی جدید را خواهند داشت. به عنوان مثال، در حال حاضر 50% از کل فولاد سازه‌ها، مورد استفاده مجدد قرار می‌گیرند. باقی مانده قراضه، در تولید دیگر محصولات فولادی جدید استفاده می‌شود.
کاربرد فولاد در ساختمان سازی
صنعت ساخت و ساز یکی از مصرف‌کنندگان اصلی فولاد به شمار می‌رود

فولاد در کشتی سازی

از گذشته تاکنون، در ساخت بدنه کشتی‌ها از صفحه فولادی استفاده می‌شود. صفحات مدرن، مقاومت کششی بسیار بالاتری نسبت به نمونه‌های قبلی دارند و به همین علت، برای ساخت کشتی‌های بزرگ کانتینری مناسب هستند.

90 درصد از محوله‌های جهان توسط کشتی‌ها جا به جا می‌شوند. حدود 17 میلیون کانتینر ناوگان در جهان وجود دارد که بخش عظیمی از آن‌ها از فولاد ساخته شده‌است.

در ساخت تانکرهای نفتی، نوع خاصی از صفحات فولادی با مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی به‌کار می‌رود. این فولادها وزن بسیار پایینی دارند و امکان ساخت کشتی‌هایی بسیار سبک‌تر از انواع قدیمی را فراهم می‌آورند. با این تفاسیر، در مصرف سوخت صرفه‌جویی شده و در نتیجه نشر CO2 کاهش خواهد یافت.

کاربرد فولاد در کشتی سازی
بدنه کشتی از صفحات فولادی ساخته می‌شود

اهمیت ارزیابی چرخه عمر (LCA)

موارد فوق‌، تنها نمونه‌هایی از استفاده از فولادهای پیشرفته در زندگی روزمره ما است. فاکتور مشترک تمامی این کاربردها، استفاده از فولادهای مدرنی است که هدفمند طراحی شده‌اند و برای هر کاربرد مزایا و ویژگی‌های خاص خود را دارند.

در نگاه اول ممکن است مواد کم چگالی چون آلومینیوم، منیزیم و پلاستیک‌ها گزینه‌های مناسب‌تری به نظر برسند. در صورتی که این مواد نسبت به فولاد انرژی مصرفی بالاتری داشته و CO2 بیشتری آزاد می‌کنند. بنابراین با در نظر گرفتن تمام چرخه عمر یک متریال گوناگون، فولاد پیروز این رقابت خواهد بود.

توجه: ارزیابی چرخه عمر (LCA) از جمله روش‌های ارزیابی زیست محیطی است که یک محصول را از استخراج مواد خام تا فرآوری، تولید، توزیع، کاربرد، تعمیر و نگهداری و در نهایت دفع و بازیافت مورد بررسی قرار می‌دهد.

منبع: www.wordsteel.com

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *