از فولادي که تا 0?2 درصد کربن دارد، براي ساختن سيم، لوله و ورق فولاد استفاده مي‌شود. فولاد متوسط 0?2 تا 0?6 درصد کربن دارد و آن را براي ساختن ريل، ديگ بخار و قطعات ساختماني بکار مي‌برند. فولادي که 0?6 تا 1?5 درصد کربن دارد، سخت است و از آن براي ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده مي‌شود.

ناخالصي‌هاي آهن و توليد فولاد:

آهني که از کوره بلند خارج مي‌شود، چدن ناميده مي‌شود که داراي مقاديري کربن، گوگرد، فسفر، سيليسيم، منگنز و ناخالصي‌هاي ديگر است. در توليد فولاد دو هدف دنبال مي‌شود:سوزاندن ناخالصي‌هاي چدن افزودن مقادير معين از مواد آلياژ دهنده به آهن منگنز، فسفر و سيليسيم در چدن مذاب توسط هوا يا اکسيژن به اکسيد تبديل مي‌شوند و با کمک ذوب مناسبي ترکيب شده، به صورت سرباره خارج مي‌شوند. گوگرد به صورت سولفيد وارد سرباره مي‌شود و کربن هم مي‌سوزد و مونوکسيد کربن (CO) يا دي‌اکسيد کربن (CO2) در مي‌آيد. چنان چه ناخالصي اصلي منگنز باشد، يک کمک ذوب اسيدي که معمولاً دي‌اکسيد سيلسيم (SiO2) است، بکار مي‌برند:
(MnO + SiO2 -------> MnSiO3(l
و چنان چه ناخالصي اصلي سيلسيم يا فسفر باشد (و معمولاً چنين است)، يک کمک ذوب بازي که معمولاً اکسيد منيزيم (MgO) يا اکسيد کلسيم (CaO) است، اضافه مي‌کنند:(MgO + SiO2 -------> MgSiO2(l
(6MgO + P4O10 -------> 2Mg3(PO4)2(l

کوره توليد فولاد و جدا کردن ناخالصي‌ها:

معمولاً جداره داخلي کوره‌اي را که براي توليد فولاد بکار مي‌رود، توسط آجرهايي که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، مي‌پوشانند. اين پوششي مقداري از اکسيدهايي را که بايد خارج شوند، به خود جذب مي‌کند. براي جدا کردن ناخالصي‌ها، معمولاً از روش کوره باز استفاده مي‌کنند. اين کوره يک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جاي مي‌گيرد.
بالاي اين ظرف، يک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روي سطح فلز مذاب منعکس مي‌کند. جريان شديدي از اکسيژن را از روي فلز مذاب عبور مي‌دهند تا ناخالصي‌هاي موجود در آن بسوزند. در اين روش ناخالصيها در اثر انتقال گرما در مايع و عمل پخش به سطح مايع مي‌آيند و عمل تصفيه چند ساعت طول مي‌کشد، البته مقداري از آهن، اکسيد مي‌شود که آن را جمع‌آوري کرده، به کوره بلند باز مي‌گردانند.

روش ديگر جدا کردن ناخالصي‌ها از آهن:

در روش ديگري که از همين اصول شيميايي براي جدا کردن ناخالصي‌ها از آهن استفاده مي‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌اي بشکه مانند که گنجايش 300 تن بار را دارد، مي‌ريزند. جريان شديدي از اکسيژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدايت مي‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازه‌اي از فلز مذاب را در معرض اکسيژن قرار مي‌دهند.
اکسايش ناخالصي‌ها بسيار سريع صورت مي‌گيرد و وقتي محصولات گازي مانند CO2 رها مي‌شوند، توده مذاب را به هم مي‌زنند، بطوري که آهن ته ظرف، رو مي‌آيد. دماي توده مذاب، بي آنکه از گرماي خارجي استفاده شود، تقريباً به دماي جوش آهن مي‌رسد و در چنين دمايي، واکنشها فوق‌العاده سريع بوده، تمامي‌ اين فرايند، در مدت يک ساعت يا کمتر کامل مي‌شود و معمولاً محصولي يکنواخت و داراي کيفيت خوب بدست مي‌آيد.

تبديل آهن به فولاد آلياژي:

آهن مذاب تصفيه شده را با افزودن مقدار معين کربن و فلزهاي آلياژ دهنده مثل واناديم، کروم، تيتانيم، منگنز و نيکل به فولاد تبديل مي‌کنند. فولادهاي ويژه ممکن است موليبدن، تنگستن يا فلزهاي ديگر داشته باشند. اين نوع فولادها براي مصارف خاصي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در دماي زياد، آهن و کربن با يکديگر متحد شده، کاربيد آهن (Fe3C) به نام «'سمنتيت» تشکيل مي‌دهند. اين واکنش، برگشت‌پذير و گرماگير است:
Fe3C <------- گرما + 3Fe + C
هرگاه فولادي که داراي سمنتيت است، به کندي سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکيل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهاي گرافيت جدا مي‌شود. اين مکانيزم در چدن‌ها که درصد کربن در آنها بيشتر است، اهميت بيشتري دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتاً به شکل سمنتيت باقي مي‌ماند. تجزيه سمنتيت در دماي معمولي به اندازه‌اي کند است که عملا انجام نمي‌گيرد.

نمودار فازي آهن-کربن:

نمودار تعادلي آهن-کربن (Fe-C) راهنمايي است که به کمک آن مي‌توان روش‌هاي مختلف عمليات حرارتي، فرآيندهاي انجماد، ساختار فولادها و چدن‌ها و... را بررسي کرد.
قسمتي از اين نمودار که در متالورژي اهميت بيشتري دارد، قسمت آهن-کاربيدآهن (سمنتيت) است.
چون کاربيد آهن يک ترکيب شبه‌پايدار است، بنابراين دياگرام آهن-کربن را سيستم شبه‌پايدار مي‌نامند. حالت پايدار کربن در فشار اتمسفر، کربن آزاد (گرافيت) است.
قسمت‌هايي که در نمودار با حروف يوناني مشخص شده‌اند، نشانگر محلول‌هاي جامد از نوع بين‌نشيني هستند.

تحولات هم‌دما (ايزوترم) در سيستم آهن-کربن شبه پايدار

خطوط افقي در نمودار، نشان دهنده? استحاله‌هاي هم‌دما هستند.استحاله? يوتکتيک : دما 1148?C، غلظت کربن 4?20 درصد
استحاله? يوتکتوئيد : دما 728?C، غلظت کربن 0?80 درصد
استحاله? پريتکتيک : دما 1495?C، غلظت کربن 0?18 درصد
البته بايد توجه داشت که غلظت‌ها و دماهاي ذکرشده براي آهن-کربن خالص بوده و با حضور عناصر آلياژي ديگر، اين ثابت‌ها تغيير مي‌کنند.

آلوتروپ‌هاي آهن

آهن آلفا
آهن گاما
آهن دلتافازها و ساختارهاي مخلتف نمودار فازيفريت:
اوستنيت
سمنتيت
لدبوريت
پرليت
بينيت
مارتنزيت

منبع: www.castingboys.blogfa.com
/خ