تفاوت آهن و فولاد چیست؟

امروزه آهن و فولاد از جمله پرکاربردترین مواد در جهان به شمار می آیند و با استفاده از آن ها به عنوان ماده اولیه تولید بسیاری از محصولات، کاربردهای بسیاری را به خود اختصاص می دهند. در واقع بهتر است بدانید این دو فلز جدا از استفاده به عنوان مواد اولیه، از سنگ آهن استخراج شده از معادن این ماده تولید می شوند. سنگ آهن یکی از منابع طبیعی زمین و از جمله پرکاربردترین ها می باشد که انواع مختلفی دارد.

جالب است بدانید در گذشته از سنگ آهن خام و طبیعی استفاده می شد، اما امروزه با انجام عملیات های فراوری ناخالصی های سطحی و داخلی آن از بین رفته و آهن خالص با عیارهای متغیر به دست می آید. فولاد و چدن دو نوع از مهم ترین آلیاژهای آهن هستند که از مشتقات سنگ آهن تولید می شوند. در مورد آهن خالص نیز باید گفت قدمت آن به 1400 سال قبل از میلاد باز می گردد و برای اثبات این موضوع می توان به آثار به جا مانده از آن زمان در ارمنستان کنونی اشاره کرد.

بنابراین می توان گفت آهن پرکاربردترین فلز دنیا به علت دارا بودن خواص، قیمت مناسب و استحکام بالا می باشد. امروزه این فلز در عناوین مختلف کاربردهای بسیاری را در زندگی روزمره ما و صنایع دارد. فولاد نیز یکی از آلیاژهای این ماده است، اما با این وجود تفاوت هایی با یک دیگر دارند و برخی از افراد آهن و فولاد را با یک دیگر اشتباه می گیرند. در ادامه به بررسی تفاوت آهن و فولاد به عنوان پرکاربردترین فلزات جهان به صورت کامل پرداخته شده است.

مهم ‌ترین تفاوت های آهن و فولاد

در حال حاضر اکثر سازه های جهان از مشتقات آهنی ساخته شده اند. در مورد تعریف آلیاژ نیز باید گفت در واقع با حذف ناخالصی های سنگ آهن، افزودنی هایی در عوض به آن اضافه شده که سبب تولید آلیاژهای مختلف خواهد شد. در واقع آلیاژها از ترکیبات آهن با عناصر دیگر تولید شده و ممکن است آهنی یا غیر آهنی باشند.

میزان مقاومت این آلیاژها نیز بسته به عیار و خلوص ترکیبات آن دارد. به طور مثال زمان ذوب آهن، گوگرد و فسفر را از آن حذف کرده و به این ترتیب چدن تولید می شود. با افزودن آهن و کربن نیز به این ترکیب آلیاژ فولاد تولید می گردد. در واقع یکی از اصلی ترین تفاوت آهن و فولاد در وجود عنصر کربن در ترکیبات تشکیل دهنده فولاد است. این در صورتی است که آهن یک عنصر خالص به شمار می آید که در پوسته زمین به وفور یافت شده و در فولاد سازی سبب استحکام محصولات خواهد شد.

از جمله محصولات فولادی که توسط ایجاد تغییر در ترکیبات آهن و فولاد تولید می شوند، می توان به ورق های فولادی، میلگرد، تیرآهن، نبشی و ... اشاره داشت. با این وجود می توان گفت قیمت آهن به عنوان ماده اولیه اصلی تأثیر به سزایی در نرخ این محصولات داشته و به گونه ای ماده اولیه اصلی آن ها به شمار می آید. وجود و تغییر این عناصر در ترکیبات آهن سبب برتری فولاد نسبت به آهن شده است. این دو ماده از نظر ترکیبات شیمیایی، استحکام، مقاومت به خوردگی، قیمت، وزن، تطبیق پذیری و بازیافت با یک دیگر تفاوت داشته که در ادامه به بررسی هر کدام پرداخته شده است.

تفاوت آهن و فولاد از نظر ترکیبات شیمیایی

همان طور که پیش تر به این موضوع نیز اشاره شد، اصلی ترین تفاوت آهن و فولاد در ترکیبات شیمیایی آن ها و در واقع وجود عناصر اضافی در فولاد است. عنصر کربن به تنهایی سبب ایجاد سختی بیشتر در مواد می گردد؛ از این رو فولاد با داشتن کربن بیشتر از سختی بیشتری برخوردار بوده و مقدار این عنصر در آهن خام بسیار کم است.

با این وجود بهتر است بدانید اکثریت میزان کربن فولاد تنها می تواند 2 درصد وزن آن باشد و افزایش بیش از حد آن سبب شکنندگی فولاد خواهد شد. برخی عناصر دیگر نیز بسته به کاربرد نهایی فولاد می تواند با مقادیر کم و زیاد افزوده شود. از جمله این عناصر می توان به کروم در جهت ضد زنگ شدن فولاد و نیکل در جهت افزایش استحکام اشاره کرد.

تفاوت از نظر دوام و استحکام

ساخت سازه هایی با دوام و طول عمر بالا، تنها به وسیله فولاد و ترکیبات شیمیایی متنوعش امکان پذیر است. این ماده قادر است مقاومت سازه را در برابر مواردی مانند نیروهای کششی، فشاری و ضربه و البته عوامل طبیعی و مصنوعی مانند باد، باران، زلزله و ... تضمین کند. همچنین فولاد نسبت به آهن به راحتی دچار ترک، تاب، شکاف و پوسیدگی نخواهد شد و این ویژگی برای آهن وجود ندارد. این مشخصات در نهایت بر یکپارچگی یک پروژه ساختمانی و طول عمر آن تأثیر می گذارد.

از نظر استحکام نیز باید گفت، فولاد با توجه به ترکیبات شیمیایی که دارد، استحکام بیشتری را به خود اختصاص می دهد که ابتدا به سبب کربن و در انتها بسته به سایر عناصر تشکیل دهنده آن درجه های مختلف دارد. فولاد در صنعت به سه دسته کم کربن، کربن متوسط و پرکربن تقسیم بندی می شود.

وجود عناصری مانند نیکل افزایش استحکام در محصولات فولادی خواهد شد. همچنین به کارگیری سیلیسیم باعث افزایش مقاومت کششی محصول می گردد. این ویژگی ها در آهن وجود ندارند. سایر عناصر تشکیل دهنده محصولات فولادی شامل منگنز و کروم می باشند که سبب تبدیل آن ها به بهترین مواد اولیه صنایع شده اند. چگالی پایین فولاد نیز سبب استحکام بالا و تحمل بیشتر نیروهای مختلف خواهد شد.

تفاوت از لحاظ شکل پذیری

از نظر قابلیت شکل پذیری باید گفت این ویژگی در فولاد نسبت به آهن بسیار بالاتر است. درست است که با افزودن کربن در ترکیبات فولاد، استحکام آن افزایش می یابد، اما در عین حال وجود عناصر دیگر و عملیات های مختلف سبب ایجاد قابلیت فرم پذیری بالای محصولات حاصل از آن مانند ورق های روغنی، رنگی، گالوانیزه، شیروانی و ... خواهد شد.

حال بهتر است بدانید این مشخصات سبب کمتر شدن میزان چکش خواری فولاد در مقایسه با آهن شده است. فولاد کربن بیشتری داشته و از این رو درصد چکش پذیری آن پایین است، اما به هر میزانی که این کربن کاهش یابد، سبب پایین آمدن میزان استحکام و دوام در سازه ها خواهد شد.

تمایز در دمای ذوب

با وجود افزایش کربن، دمای ذوب آن کاهش یافته و از نظر تفاوت آهن و فولاد در دمای ذوب می توان گفت آهن دمای ذوب بسیار بیشتری دارد و به اندازه فولاد ترد نیست.

تفاوت در جوش پذیری

بهتر است بدانید از نظر قابلیت جوش پذیری، هر چه میزان کربن فولاد کمتر و نزدیک به آهن باشد، قابلیت جوش پذیری آن بیشتر است؛ در نتیجه می توان گفت فولاد کم کربن با وجود کم بودن میزان استحکام، دارای قابلیت جوش پذیری بیشتری در مقایسه با گروه های پر کربن و کربن متوسط است.

از این رو می توان گفت فولاد کم کربن برای ساخت تجهیزات خودروسازی، فولاد با کربن متوسط برای ساخت چرخ دنده، ریل و سازه هایی از این قبیل و فولاد پرکربن برای ساخت اره، فنر ها و تیغه ها به کار برده شده و برای عملیات های جوش کاری و لحیم کاری مناسب نیست.

مقاومت به خوردگی، یکی از مهم ترین تفاوت های آهن و فولاد

بزرگ ترین ضعف آهن و فولاد، ضعیف بودن در برابر خوردگی و اکسیداسیون است، اما امروزه با انجام فرآیندی به نام گالوانیزاسیون و به کار بردن عناصر مخصوص، مقاومت فولاد را در برابر خوردگی افزایش می دهند. همچنین علاوه بر آن پوشش های مختلف رنگی، کرومی و ... سبب ایجاد مقاومت محصولات فولادی در برابر رطوبت، زنگ زدگی، خوردگی و اکسیداسیون خواهند شد. در مقابل آهن در برابر این عوامل واکنش نشان داده، رنگ آن متمایل به قهوه ای و نارنجی شده و لایه ای از اکسید آهن بر روی آن ایجاد می شود.

تفاوت در قیمت

در این موضوع که قیمت آهن خام از فولاد و مقاطع آن کمتر است، بدیهی می باشد، اما در نظر داشته باشید برای استفاده از آهن در صنایع، باید آن را تغییر داد تا برای صنایع مختلف و مهم مانند پتروشیمی، سد سازی، پل سازی، خودروسازی، ساخت و ساز، لوازم خانگی، تأسیسات و ... مناسب باشد. بهتر است بدانید قیمت روز ورق سیاه در بین تمامی ورق های فولادی مقرون به صرفه بوده و این محصول با داشتن یک سری ویژگی های مقاومتی در تمامی صنایع ذکر شده به صورت اشکال و گریدهای مختلف به کار برده می شود. همچنین محصولات فولادی از جمله ورق سیاه و مقاطع دیگر، از نظر ساختاری سبک تر از آهن می باشند و این موضوع سبب کاهش هزینه های کلی آن صنعت به خصوص در ساخت و ساز خواهد شد. طبیعی است که هر چه گرید فولاد بالاتر و خواص آن بیشتر باشند، قیمت بالاتری را به خود اختصاص می دهد.

تمایز در تطبیق‌ پذیری

میزان تطبیق پذیری مقاطع و ورق های فولادی در صنایع منحصر به فرد است. انعطاف پذیری این محصول در سازه هایی مانند ساخت لوله و پروفیل، ورق های شیروانی در پوشش دهی سقف و بسیاری از موارد دیگر بسیار بالا بوده و آهن با وجود نرم بودن، این قابلیت را به همین میزان ندارد. امروزه استفاده از محصولات فولادی با اشکال متنوع در اکثریت وسایل روزمره زندگی عادی مردم نیز رواج یافته است.

تفاوت آهن و فولاد از نظر قابلیت بازیافت

آهن و فولاد هر دو قابلیت بازیافت 100 درصد داشته و این ویژگی به خصوص برای فولادهای سازه ای که پایدار ترین متریال ها به شمار می آیند، اهمیت دارد. فولاد بدون از دست دادن خواص و ویژگی هایش، بارها قابلیت بازیافت دارد و از این نظر جایگزین بسیار مناسبی برای آهن و حفاظت از محیط زیست به شمار می آید.

حتما بخوانید:تفاوت چدن و فولاد 

جمع بندی

در واقع فولاد یکی از آلیاژهای آهن است، اما در اکثریت موارد این دو فلز با یک دیگر اشتباه گرفته می شوند. جمع بندی کامل نشان می دهد، آهن به علت نداشتن کربن در ترکیبات خود، کاربردی در صنایع امروزی نداشته و نیاز به تغییر در ترکیبات شیمیایی و تبدیل آن به فولاد است. در نتیجه فولاد از نظر قابلیت استحکام، دوام، بازیافت، مقاومت در برابر خوردگی، تطبیق پذیری و شکل پذیری نسبت به آهن برتری داشته و آهن تنها از نظر قیمت و دمای ذوب درجه بالاتری دارد.