برای ساخت میلگرد و تیرآهن از چه آلیاژی استفاده میشود؟

ساخت و ساز یکی از صنایع حیاتی و مهم در توسعه هر جامعه است. ساختمان‌ها، پل‌ها، تأسیسات صنعتی و تجاری، همگی بخش‌هایی هستند که با استفاده از مواد و تجهیزات مختلف احداث می‌شوند. در این فرآیند ساخت و ساز، انتخاب مواد مناسب و با کیفیت از اهمیت بسیاری برخوردار است.میلگرد و تیرآهن، از مهمترین و پرکاربردترین مواد های ساختمانی هستند که در ساخت سازه‌ها و ساختمان‌های مقاوم و پایدار بکار می‌روند. وجود میلگرد و تیرآهن در ساختمان‌ها مانند وجود ستون‌های مهره‌ها در بدن موجودات زنده عمل می‌کنند؛ به عبارت دیگر، از اهمیت و جایگاه حائز اهمیت آنها می‌توان به راحتی پی برد. برای پاسخ به سوال “برای ساخت میلگرد و تیرآهن از چه آلیاژی استفاده میشود؟” با ما همراه باشید. 

آلیاژ چیست ؟

آلیاژ به ترکیبی از دو یا بیشتر عنصر شیمیایی گفته می‌شود که در آن ترکیب، عناصر مختلف به یکدیگر متصل شده‌اند و خواص متفاوتی نسبت به عناصر تشکیل‌دهنده اصلی دارند. آلیاژها معمولاً با افزودن یک یا چند عنصر آلیاژی به فلز اصلی تولید می‌شوند تا خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی متفاوتی به دست آید. برخی از آلیاژها به عنوان نمونه‌ها عبارتند از: فولاد، برنج، آلومینیوم، تیتانیوم و غیره. این آلیاژها به دلیل خواص برتری که نسبت به عناصر تشکیل‌دهنده خود دارند، در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ساختمانی، هوافضا، الکترونیک و غیره استفاده می‌شوند.

انواع تیرآهن بر اساس نوع آلیاژ

تیرآهن فولاد کربنی

تیرآهن تولید شده باید از استحکام و دوام بالایی برخوردار باشد و بارهای وارد شده به سازه را به خوبی تحمل کند؛ بنابراین انتخاب آلیاژ مناسب برای ساخت تیرآهن بسیار اهمیت دارد.

یکی از انواع تیرآهن، تیرآهن فولاد کربنی است. این نوع فولاد، که به عنوان فولاد معمولی نیز شناخته می‌شود، میزان کربن بین ۰.۰۵% تا ۲.۱% دارد و بیشترین استفاده را در ساخت انواع مقاطع فولادی، به خصوص تیرآهن، دارد.

طبق استاندارد AISI، در فرآیند تولید فولاد کربنی، حداقل مقداری برای عناصر کروم، کبالت، مولیبدن، نیکل، نیوبیوم، تیتانیوم، تنگستن، وانادیم و زیرکونیم تعیین نمی‌شود. همچنین، درصد مس نباید از ۰٫۴% جرمی بیشتر باشد. همچنین، حداکثر درصد جرمی از عناصر منگنز (۱٫۶۵%)، سیلیکون (۰٫۶%) و مس (۰٫۶%) نباید بیشتر از مقادیر مشخص شده باشد.

پیشوند “۱۰” در استاندارد AISI نشان‌دهنده فولاد کربنی خالص است و دو عدد بعدی نشان‌دهنده درصد اسمی کربن در محصول هستند. به عنوان مثال، C1045 به معنای فولاد کربنی با ۰٫۴۵% کربن است و C1018 به معنای وجود ۰٫۱۸% کربن در ساختار فولاد است.

همانطور که از نام تیرآهن فولاد کربنی مشخص است، عنصر اصلی در این نوع تیرآهن کربن است که باعث می‌شود تیرآهن ساخته شده، سختی و دوام بالایی داشته باشد.

به طور کلی، با افزایش درصد کربن در فولاد، سختکاری و استحکام آن نیز از طریق عملیات حرارتی افزایش می‌یابد. همچنین، کم بودن کربن در فولاد باعث می‌شود قابلیت ماشین‌کاری، جوشکاری و شکل‌پذیری آن بهبود یابد.

تیرآهن آلیاژی

تیرآهن آلیاژی از فولاد آلیاژی ساخته می‌شود که با استفاده از عنصرهای مختلف به صورت آلیاژ تهیه می‌شود.

با استفاده از آلیاژ کردن فولاد، ویژگی‌های مکانیکی آن بهبود می‌یابد و می‌توان تا ۵۰٪ از وزن فولاد را به صورت آلیاژ تغییر داد. در کل، آلیاژهای فلزی ۸۵٪ تیرآهن‌های فولادی را تشکیل می‌دهند. همانطور که گفته شد، می‌توان از آلیاژهای مختلف برای ساخت تیرآهن استفاده کرد؛ اما آلیاژ فولاد ضدزنگ در بین آنها بیشتر استفاده می‌شود. سایر آلیاژها در رده‌های بعدی قرار می‌گیرند.

تیرآهن آلیاژ فولاد زد زنگ

تیرآهن آلیاژ فولاد ضدزنگ، یکی از نوع تیرآهن های پرکاربرد است که برای مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدن استفاده می‌شود. این تیرآهن ها از فولاد کربن دار با روکش گالوانیزه ساخته شده و دارای مقدار کربن کمتری نسبت به فولاد کربنی معمولی هستند. علاوه بر کربن، عناصری مانند کروم، منگنز، سیلیسیوم، مولیبدن و نیکل به ترکیبات آلیاژی این فولاد اضافه می‌شوند تا خواصی از جمله مقاومت در برابر خوردگی را به آن افزوده کنند. با اضافه کردن این عناصر، استحکام کششی و حد تسلیم فولاد ضدزنگ کاهش می‌یابد اما انعطاف‌پذیری آن افزایش می‌یابد.

انواع آلیاژهای استفاده شده در ساخت تیرآهن

-کربن (Carbon):

کربن، عنصر اصلی و حیاتی در تیرآهن است. در آلیاژهای فولادی، کربن به عنوان فلز پایه استفاده می‌شود و سایر عناصر با آن ترکیب می‌شوند. کربن برای تنظیم سختی، مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی، خواص کششی و خواص سایش و ساییدگی در فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورت نیاز به جوشکاری در تیرآهن‌های ضد زنگ، از فولاد کم کربن در ساخت استفاده می‌شود.

-کروم (Chrome):

استفاده از کروم در فولاد، به خواص ضد زنگ و مقاومت در برابر خوردگی منجر می‌شود. به همین دلیل، کروم یکی از پوشش‌های فلزی محبوب در ساخت تیرآهن است. حضور کروم در تیرآهن باعث ایجاد یک لایه سطحی و محافظ می‌شود. در فرآیند تولید تیرآهن، مقدار کروم را در بازه‌ای بین ۱۰.۵ تا ۲۷ درصد افزایش می‌دهند.

-نیکل (Nickel):

یکی از روش‌های ساخت تیرآهن فولادی ضد زنگ، اضافه کردن بیش از ۸۰ درصد نیکل به فولاد است. این باعث می‌شود تیرآهن مقاومت بیشتری در برابر خوردگی و اکسیداسیون داشته باشد.

علاوه بر این، ترکیب نیکل و کروم، باعث تشکیل دسته مهمی از فولادهای ضدزنگ می‌شود که مقاومت تیرآهن در برابر گرما و خوردگی را افزایش می‌دهند.

-منگنز (Manganese):

منگنز یکی از عناصر موجود در تیرآهن است و به عنوان جایگزینی مناسب برای نیکل (با توجه به قیمت بالای نیکل) در ساخت تیرآهن استفاده می‌شود. اضافه کردن عنصر منگنز به فرآیند تولید تیرآهن، خواص مکانیکی، سختی و مقاومت محصول را بهبود می‌بخشد.

-آستنیت (Austenite):

آستنیت به معنای گرم کردن آهن یا آلیاژهای پایه آهن تا به دمایی برسد که ساختار کریستالی آنها از فریت به آستنیت تغییر کند. آستنیت کردن فولاد، مرحله اولیه‌ای است که برای یکنواخت کردن غلظت کربن در کریستال‌های آستنیت ضروری است.

-مس (Copper):

افزودن مس به فرآیند ساخت تیرآهن باعث مقاومت آن در برابر اسید سولفوریک و آب دریا می‌شود. استفاده از مس به عنوان آلیاژ تیرآهن، مقاومت تیرآهن را در برابر خوردگی و رطوبت افزایش می‌دهد.

-مولیبدن و نیتروژن (Nitrogen & Molybdenum):

استفاده از آلیاژ مولیبدن باعث مقاومت تیرآهن در محیط‌هایی با دوز بالای گوگرد و کلر می‌شود و عنصر نیتروژن نیز مقاومت تیرآهن را در برابر خوردگی افزایش می‌دهد.

-تیتانیوم (Titanium):

برای افزایش قابلیت جوش پذیری تیرآهن، از عنصر تیتانیوم در ساخت آن استفاده می‌شود. همچنین، افزودن تیتانیوم با میزان ۰.۲۵ تا ۰.۶ درصد، مقاومت تیرآهن در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد.

-فسفر و گوگرد (Phosphorus and sulfur):

استفاده از فسفر و گوگرد در آلیاژ تیرآهن، بهبود خواص ماشین‌کاری آن را به همراه دارد. استفاده از فسفر در فولاد ضد زنگ منجر به افزایش استحکام تیرآهن می‌شود، اما مقاومت آن در برابر ضربه را کاهش می‌دهد و باعث تردی فولاد در دمای پایین می‌شود (که به آن “تردی سرد” می‌گویند). استفاده از گوگرد قابلیت ماشین‌کاری تیرآهن را افزایش می‌دهد، اما نقطه تسلیم و مقاومت آن در برابر کشش را تغییر نمی‌دهد.

-سیلیکون و نیوبیوم (Silicon & Niobium):

سیلیکون معمولاً به عنوان یک عامل اکسیدکننده در فرآیند ذوب فولاد و تولید تیرآهن استفاده می‌شود. همچنین، نیوبیوم مقاومت در برابر حرارت بالا را به خصوصیات فیزیکی تیرآهن اضافه می‌کند.

میلگرد 

 استفاده از میلگرد در صنعت ساخت و ساز بسیار ضروری است. این میلگردها به شما امکان می‌دهند یک سازه مقاوم و پایدار بسازید. میلگرد می‌تواند به عنوان ستون‌های استوانه‌ای در بدنه موجودات زنده عمل کند، زیرا در صورت عدم وجود آن، ساختمان ساخته شده منبعی از ایمنی و استحکام نخواهد داشت. هر نوع میلگرد دارای جنس و خصوصیات خاصی است که با توجه به آن، ساختار و موقعیت و استفاده از محصولات مشخص می‌شود.

آلیاژ های مورد استفاده در میلگرد

میلگرد باید علاوه بر استحکام بالا، مقاومت خوبی نیز در برابر اکسیژن داشته باشد تا با گذشت زمان از خوردگی جلوگیری کند و دچار آسیب نشود. به همین دلیل، ساختار آن اغلب از آلیاژهای بسیار عالی و خاص تولید می‌شود که ویژگی‌های منحصر به فردی دارند. در ادامه، آلیاژهای استفاده شده برای ساخت میلگرد را بیان می‌کنیم.

-کروم:

یکی از آلیاژهای استفاده شده در ساخت میلگرد، کروم است. کروم دارای ویژگی‌های بسیاری است و ویژگی مهم آن ضد زنگ بودن است. این عنصر به عنوان یک لایه روی سطح میلگرد قرار می‌گیرد و جلوی ترکیب آن با هوا را می‌گیرد، که باعث مقاومت بالا میلگرد می‌شود. حضور کروم در ساختار میلگرد اهمیت بالایی دارد، نه فقط در میلگرد بلکه در فلزات دیگر نیز استفاده می‌شود.

-نیکل:

نیکل نیز یکی از عناصری است که برای ساخت میلگرد استفاده می‌شود. استفاده از این آلیاژ باعث می‌شود میلگرد در برابر اکسیداسیون و ضد زنگ باشد و از مقاومت بالایی برخوردار شود.

-کربن:

کربن یکی دیگر از آلیاژهای استفاده شده در ساخت میلگرد است. حضور کربن باعث افزایش مقاومت و استحکام میلگرد می‌شود. ترکیب کربن و آهن باعث افزایش قدرت و استحکام میلگرد می‌شود که حضور کربن در ساختار مهم است.

-منگنز:

منگنز نیز یک عنصر است که در ساختار میلگرد استفاده می‌شود. این عنصر باعث افزایش مقاومت میلگرد می‌شود.

-مس:

مس یکی از عناصری است که در ساخت میلگردها برای استفاده در محیط‌های آبی و در برابر اسید سولفوریک استفاده می‌شود. حضور مس باعث می‌شود میلگرد در برابر اکسیداسیون مقاومت بالایی داشته باشد.

-کبالت:

علاوه بر عناصری که اشاره شد، آلیاژ کبالت نیز در ساختار میلگرد استفاده می‌شود. این آلیاژ در مقابل راکتورهای هسته‌ای واکنش نشان می‌دهد و رادیواکتیو می‌شود. به همین دلیل، در میلگردهای استفاده شده در نیروگاه‌ها، 20 درصد کبالت استفاده می‌شود.

آلیاژ های استفاده شده در میلگرد چه اهمیتی دارند؟

آهن داران همواره در تلاش است که با استفاده از بهترین و باکیفیت‌ترین مواد در ساختار این محصولات، خطرات ساختمان را کاهش دهد. میلگرد یکی از عوامل مهم و اساسی در تعیین ایمنی ساختمان‌ها است. جنس آنها اهمیت بسیار بالایی دارد و به طور مستقیم در استحکام ساختمان تأثیر می‌گذارد.

آلیاژهای استفاده شده در ساختار میلگرد، استحکام و ایمنی آن را تعیین کرده و از زنگ زدگی جلوگیری خواهد کرد. نوع آلیاژ مورد استفاده، ضامن کیفیت تجهیزات است و از جمله عوامل تأثیرگذار بر قیمت میلگرد است. لازم به ذکر است که برخی از میلگردها قیمت بسیار پایینی دارند که نشان می‌دهد آلیاژهای استفاده شده در ساخت آنها کیفیت پایینی دارند. در نتیجه، باید به این نکته توجه کرده و سعی کنید محصولات با کیفیت را تهیه کنید.

میلگرد و تیرآهن، دو عنصر حیاتی در صنعت ساخت و ساز هستند که نقش بسیار مهمی در احداث ساختمان‌ها و سازه‌های مقاوم و پایدار دارند. استفاده از میلگرد و تیرآهن با ویژگی‌ها و آلیاژهای مناسب، از اهمیت بسیاری برخوردار است و می‌تواند تأثیر چشمگیری در استحکام و ایمنی ساختمان داشته باشد.

استفاده از میلگرد و تیرآهن با آلیاژهای مناسب، منجر به ساختمان‌هایی می‌شود که تحت بارهای مختلف و شرایط زیستی متنوع قابلیت مقاومت و پاسخگویی را دارند. همچنین، انتخاب آلیاژهای متناسب با محیط و نیازهای سازه، از خوردگی و زنگ زدگی میلگرد و تیرآهن جلوگیری می‌کند و عمر مفید آن‌ها را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.