تفاوت آهن، فولاد و چدن چیست؟

تفاوت آهن، فولاد و چدن چیست؟ هر یک از این فلزات چه ویژگی‌هایی دارند؟ چه کاربردی برای هر کدام تعریف می‌شود؟ این سوالات، ممکن است برای افرادی که با آهن، فولاد و چدن سروکار دارند، مطرح شود.

در تعریف آهن باید گفت که آهن یک عنصر است و به صورت طبیعی نیز در طبیعت وجود دارد. آهن خالص بسیار نرم و واکنش پذیر است. بنابراین نمی‌توان از آن به صورت خالص استفاده کرد.

نوع دیگری از آهن که ممکن است با آن برخورد داشته باشید، آهن خام است. آهن خام به آهن بدست آمده از احیای سنگ معدن اشاره دارد. این ماده دارای مقادیر بالای کربن و عناصر ناخالصی در ترکیب خود است و با آهن خام تفاوت دارد.

تفاوت آهن خام با آهن خالص بیشتر مربوط به عناصری است که در آن وجود دارد. مهم‌ترین تفاوت این دو فلز، به حضور درصد زیاد کربن در آهن خام مربوط می‌شود که تردی بالای آن را رقم می‌زند.

موادی که ما از آن به عنوان آهن استفاده می‌کنیم، درواقع آلیاژهای آهن هستند. به این آلیاژها، آلیاژهای آهنی یا آلیاژهای پایه آهن نیز گفته می‌شود. چرا که عنصر اصلی تشکیل دهنده آن‌ها، آهن است. این فلز با عناصر دیگر و اغلب کربن، ترکیب می‌شود تا استحکام و مقاومت آن افزایش یابد.

از معروف‌ترین و پراستفاده‌ترین آلیاژهای آهنی می‌توان به فولاد و چدن اشاره نمود. این آلیاژها در گستره وسیعی تولید می‌شوند و انواع بسیار زیادی دارند. هر کدام از این انواع، باتوجه به خواصی که ارائه می‌دهند، در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در ادامه این مطلب از وبلاگ آیرومارت، قصد داریم تا به تفاوت آهن و فولاد، تفاوت چدن و فولاد و تفاوت آهن و چدن، بپردازیم.

مراحل تولید آهن، چدن و فولاد

مراحل تولید آهن، فولاد و چدن به ترتیب زیر است:

• استخراج سنگ معدن آهن

  فلز آهن به صورت طبیعی در زمین وجود دارد. با استخراج سنگ آهن، می‌توان به فلز آهن دست یافت.

• تغلیظ سنگ معدن آهن

پس از استخراج، با استفاده از روش‌های مختلف، سنگ آهن را اصطلاحا پرعیار می‌کنند. یا به عبارتی ترکیبات و عناصر ناخواسته را از آن حذف می‌کنند.

• تولید آهن خام به روش احیای مستقیم یا غیرمستقیم

محصولی که از احیای سنگ آهن تولید می‌شود، آهن خام یا pig iron نام دارد. در مرحله بعد، با حذف کربن و برخی از ناخالصی‌ها فولاد خام بدست می‌آید.

دو روش پرکاربرد در تولید آهن خام، روش احیای مستقیم آهن و احیای غیر مستقیم است. روش احیای غیر مستقیم که در آن از کوره بلند برای تولید آهن استفاده می‌شود، قدیمی‌ترین روش احیای سنگ اهن است.

یکی دیگر از روش‌های احیا سنگ آهن، روش احیا مستقیم است. در فرایند احیا مستقیم، کربن موجود در سنگ آهن گرفته شده و آهن اسفنجی تولید می‌شود.

آهن اسفنجی در مرحله بعد به همراه مقداری آهن قراضه وارد کوره قوس الکتریکی شده و ناخالصی‌های آن حذف می‌شود. در این مرحله، مذاب فولاد تولید می‌گردد.

• تولید فولاد و چدن

فولاد خام تولید شده در مرحله قبل، در صنعت قابلیت استفاده ندارد و باید ترکیب شیمیایی آن‌ها کنترل شود. تا خواص محصول تولید شده، بهبود یافته و قابل استفاده در بخش‌های مختلف صنعت باشد.

در این مرحله با استفاده از روش‌های مختلف عناصر اضافی و مضر مانند گوگرد، فسفر و … حذف می‌شوند.

• شمش سازی

فولاد تولید شده پس از این مراحل، یا به صورت شمش تولید شده و با انجام فرایندهایی مانند نورد گرم، به مقاطع میانی مانند اسلب، بیلت و بلوم تبدیل می‌شوند.

یا اینکه فولاد تولید شده بدون اینکه به شمش تبدیل شود، مستقیما و با استفاده از فرایند ریخته گری مداوم، به مقاطع میانی تبدیل می‌شود.

با استفاده از فرایندهایی مانند نورد گرم و سرد، بسیاری از مقاطع فولادی مانند میلگرد، تیرآهن و … تولید می‌شوند. و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در ادامه با برخی از تفاوت‌های آهن، فولاد و چدن آشنا خواهید شد.

تفاوت چدن و فولاد

فولاد و چدن دو آلیاژ آهنی بسیار پراستفاده در صنایع مختلف محسوب می‌شوند. هرچند که دو فلز از پایه آهن هستند اما پس از اضافه شدن عناصر آلیاژی، به دو آلیاژ کاملا مجزا با خواص متفاوت تبدیل می‌شوند.

تفاوت بین فولاد و چدن شامل موارد زیر است:

درصد کربن

درصد کربن موجود در فولاد و چدن، از تفاوت‌های اصلی این دو آلیاژ است. فولاد کمتر از دو درصد و چدن، حدود ۴ درصد کربن دارد. یکی دیگر از عناصر موجود در ترکیب چدن که از عناصر اصلی آن نیز محسوب می‌شود، سیلیسیم است.

این تفاوت در ترکیب شیمیایی، خواص بسیار متفاوتی را برای این فلزات رقم زده است.

ریزساختار

شکل کربن در فولاد به صورت کاربید آهن است اما در چدن به صورت گرافیت، کاربید آهن و یا هر دو شکل وجود دارد.

قیمت فولاد و چدن

در حالت کلی، قیمت فولاد بیشتر از چدن است. چرا که معمولا هزینه کمتری صرف مواد، انرژی و نیروی کار برای تولید چدن می‌شود.

قابلیت ریخته گری چدن و فولاد

ریخته‌گری روشی است که در آن مذاب فلز را به داخل قالب می‌ریزند و اجازه می‌دهند تا جامد شود. ماده جامدشده، قطعه ریختگی نام دارد.

تقریبا می‌توان گفت که قابلیت ریخته گری چدن بهتر از فولاد و آهن است. این ویژگی فلزات درواقع وابستگی بسیاری به میزان سیالیت آن دارد. سیالیت در ریخته‌گری به میزان جریان یافتن فلز مذاب در قالب و پرکردن آن مربوط می‌شود.

در حالت کلی می‌توان گفت فلزاتی که سیالیت بالاتری دارند، اغلب قابلیت ریخته‌گری بهتری داشته و برای تولید قطعات پیچیده استفاده می‌شوند.

نقطه ذوب چدن کمتر از نقطه ذوب فولاد است. همین موضوع سبب شده تا به راحتی جریان یافته و قالب را پر کند.

یکی دیگر از برتری‌های چدن، انقباض و کاهش حجم کمتر آن پس از انجماد و ریخته گری است. این موضوع در ریخته گری اهمیت بالایی دارد. چرا که تغییرات ابعادی زیاد، می‌تواند دقت ابعادی محصول نهایی را تحت تاثیر قرار دهد.

شکل پذیری چدن و فولاد

شکل پذیری، معیاری برای اندازه‌‍گیری توانایی تغییر شکل پلاستیک است بدون اینکه پارگی صورت گیرد.

در حالت کلی تردی چدن بالاتر از تردی فولاد است و به همین دلیل، رشد ترک در آن به راحتی و با سرعت زیاد رخ می‌دهد. البته باید به این نکته نیز اشاره کرد که چدن داکتایل از شکل‌پذیری مطلوبی برخوردار است.

سختی

سختی به میزان مقاومت یک ماده در مقابل خراش اشاره دارد. سختی چدن بالاتر از فولاد است. سختی بالای چدن موجب شده تا ترد و شکننده بوده و برای مته کاری و سوراخکاری زیاد مناسب نباشد.

یکی از راه‌های تشخیص چدن از فولاد، ایجاد خراش بر روی آن است. ایجاد خراش روی چدن، پودر تولید می‌کند درحالیکه با ایجاد خراش روی فولاد، تراشه تولید می‌شود. این موضوع ناشی از نرمی بیشتر فولاد در مقایسه با چدن است.

استحکام فولاد و چدن

مقدار نیروی لازم برای خم کردن یک ماده، استحکام آن را مشخص می‌کند. فولاد و چدن، هر دو استحکام بالایی دارند. اما اینکه استحکام کدامیک بیشتر است، جای بحث دارد.

برخی افراد فکر می‌کنند استحکام فولاد بالاتر است و برخی دیگر معتقدند که استحکام فولاد و چدن یکسان است. اما باید گفت که چدن دارای استحکام فشاری بالاتر و فولاد دارای استحکام کششی بیشتری است.

به عبارت دیگر در مواردی که نیاز به تحمل نیروهای کششی باشد، از فولاد استفاده می‌شود. چدن نیز در مواردی کاربرد دارد که نیاز به مقاومت در مقابل نیروهای فشاری باشد.

مقاومت به خوردگی

در حالت کلی تمامی فلزات آهنی (فلزات با پایه آهن) مستعد خوردگی بوده و در محیط‌های خورنده ممکن است دچار زنگ زدگی شوند. با توجه به ترکیب شیمیایی آلیاژهای فولادی، مقاومت به خوردگی فولاد بیشتر از چدن است.

در برخی موارد با افزودن عناصری مانند کروم و نیکل، مقاومت به خوردگی این فلزات افزایش می‌یابد. در فولادهای زنگ نزن یا استیل از این عناصر استفاده شده است. در مقاله فولاد زنگ نزن چیست، درباره این موضوع بیشتر بخوانید.

فولادهای استنلس استیل، به دلیل حضور مقادیر بالای کروم، مقاومت خوبی در مقابل خوردگی و زنگ زدگی نشان می‌دهند. اما معمولا برای افزایش مقاومت به خوردگی چدن، از ایجاد پوشش بر روی آن‌ها استفاده می‌شود.

تفاوت بین چدن و فولاد در کاربرد

خواص متفاوت فولاد و چدن، موجب تفاوت در کاربرد این فلزات شده است. با توجه خواصی که آهن و فولاد دارند، کاربردهای خاصی برای هر یک از آن‌ها تعریف می‌شود.

چدن اغلب در تولید لوله‌ها، قطعات مورد نیاز در صنعت خودروسازی مانند سرسیلندر، بلوک سیلندر و جعبه گیربکس کاربرد دارد. اما برای فولاد می‌توان کاربردهای گسترده‌تری در بسیاری از صنایع مانند خودروسازی، صنایع غذایی، ساختمان سازی و … در نظر گرفت.

از مهم‌ترین کاربردهای فولاد در تولید انواع مقاطع فولادی مانند قوطی، میلگرد، تیرآهن، نبشی و ناودانی، ورق و … است.

تفاوت آهن و فولاد

تفاوت بین آهن و فولاد در موارد زیر خلاصه می‌شود:

• فولاد استحکام بالاتری از آهن خام دارد.
• شکل پذیری آهن خام بیشتر از فولاد است.
• مقاومت به خوردگی فولاد بیشتر از آهن است.
• فولاد وزن کمتری نسبت به آهن دارد.
• فولاد و آهن هر دو قابلیت بازیافت دارند. هزینه بازیافت فولاد کمتر از آهن است.

خواص بهتر فولاد نسبت به آهن سبب شده تا در صنایع مختلفی مانند ساختمان سازی و … بیشتر مورد استفاده قرار گیرد.

تفاوت آهن و چدن چیست؟

تفاوت آهن با چدن عبارتنداز:

• قابلیت ریخته‌گری چدن بهتر از آهن خام است.
• نقطه ذوب چدن کمتر از نقطه ذوب آهن است.
• چدن از نظر وزنی سبک‌تر از آهن خام است.
• چدن در مقایسه با آهن خالص، سختی و استحکام بالاتری دارد.
• آهن خالص به رنگ نقره‌ای براق و چدن، کدر است.
• مقدار کربن در آهن خام بیشتر از چدن است.

سخن پایانی

در این مطلب درباره تفاوت فولاد، چدن و آهن صحبت کردیم. در بین این فلزات، آهن، کاربرد زیادی ندارد چرا که خواص مطلوبی ارائه نمی‌دهد. پرکاربردترین آلیاژ آهنی، فولاد است که در تولید بسیاری از مصالح ساختمانی و تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اما باید گفت که در بسیاری موارد به جای فولاد، ممکن است از کلمه آهن استفاده شود. به عنوان مثال به ورق ST37 در بازار آهن، ورق آهنی گفته می‎‌شود. کسب اطلاعات درباره تفاوت آهن با فولاد و چدن، به شما در شناخت بیشتر محصولات آهنی موجود در بازار آهن کمک می‌کند.

با این حال اگر قصد خرید هرکدام از انواع محصولات فولادی را داشتید، می‌توانید از راهنمایی کارشناسان و متخصصان بازرگانی فولاد آیرومارت استفاده کنید. برای دریافت مشاوره درباره محصول مورد نیاز خود فقط کافیست با شماره ۴۵۳۰۶-۰۲۱ تماس بگیرید.