تفاوت فولاد و آهن

تفاوت آهن و فولاد به سادگی در این است که آهن یک عنصر است و فولاد، در ابتدایی‌ترین شکل آن، آلیاژی از آهن و کربن است. برخی ممکن است بر این باور باشند که «آهن فرفورژه» به نوعی به فولاد نیز اشاره دارد، زیرا «فرفورژه» به معنای آهنگری است. این اصطلاحات حتی قبل از این که در مقیاس صنعتی انجام شود به منشا آهن ‌کاری باز می‌گردد. تصفیه اولیه آهن از سنگ معدن، طبق استانداردهای امروزی، یک فرآیند خام بود که منجر به تولید مواد ریخته‌ گری شد که مملو از عیب و نقص بود. ساخت «آهن فرفورژه»، فرآیند ترمومکانیکی آهنگری چدن، وسیله ای برای پالایش و بهبود بیشتر آهن بود و آن را به عنوان یک ماده ساختاری مفیدتر می‌کرد.

تاریخچه تولید آهن

از آن جایی که تولید آهن از صنایع دستی به فرآیند صنعتی تبدیل شد، نام‌های جدیدی برای محصولات نهایی فرآیند ذوب ایجاد شد که «ذوب» فرآیند گرم کردن سنگ آهن‌ دار برای استخراج عنصر و مذاب کردن آن است. پس از جدا شدن و مذاب شدن، آهن مایع را در قالب‌هایی که به آن ها شمش می‌گویند ریخته می‌شود و شکل اولیه «آهن خام» را تولید می‌کند. شمش‌ها برای پردازش بیشتر به قطعات کوچکتر تقسیم شده‌اند. 

آهنگر شمش‌های کوچک را در فورج گرم می‌کرد و با چکش آن‌ها را می‌کوبد تا «آهن» را به مواد مفیدتر تبدیل کند، آهن فرفورژه، حفره‌ها را خرد کرده و ناخالصی‌ها را پراکنده می‌کند. در حالی که ممکن است ناخالصی‌ها حذف نشوند، فرآیند آهنگری خوشه‌های بزرگ آلاینده را به اندازه‌های کوچکتر توزیع می‌کند که تمایل کمتری به تضعیف ساختار فلز عنصری داشتند.

نحوه ایجاد فولاد

با افزودن مقادیر بسیار کمی کربن به آهن مذاب، آلیاژی به نام فولاد به وجود می‌آید. اتم‌های کربن پراکنده شبکه کریستالی آهن را مختل و مخدوش می‌کنند که باعث افزایش خواص مکانیکی می‌شود. پردازش ترمومکانیکی بعدی مانند آهنگری یک گام اساسی برای اطمینان از تغییر ساختار ریختگی شمش اولیه بوده و هنوز هم هست و با پراکندگی خوشه‌هایی از ناخالصی‌ها یا عناصر آلیاژی و خرد کردن حفره‌هایی که محصول نهایی را تضعیف می‌کند، خواص مکانیکی ثابت را تضمین می‌کند. کار داغ آهنگری همچنین باعث تبلور مجدد آلیاژ می‌شود و یک ریزساختار "دانه ریز" تولید می‌کند. این خاصیت چقرمگی و خستگی فولاد را به حداکثر می‌رساند.

خواص فولاد در مقابل آهن

فولاد از آهن قوی‌تر است (تسلیم و استحکام کششی نهایی) و از بسیاری از انواع آهن نیز سخت‌تر است (اغلب به عنوان چقرمگی شکست اندازه گیری می‌شود). متداول‌ترین انواع فولاد دارای افزودنی کمتر از 5/0 درصد کربن وزنی هستند. افزودن کربن با درصد بیشتر، در عین افزایش استحکام، باعث شکننده شدن فولاد می‌شود. سایر عناصری که معمولا در فولاد یافت می‌شوند عبارتند از منگنز، سیلیکون، فسفر و گوگرد. 

فولادهایی که "فولاد آلیاژی" نامیده می‌شود ممکن است دارای نیکل، کروم، مولیبدن و وانادیم نیز باشد. فولاد ضد زنگ یک فولاد کم کربن محبوب است که حاوی کروم نیز می‌باشد. هر عنصر اضافه شده، حتی در مقادیر کم، خواص مطلوب بیشتری به آلیاژ فولاد می‌دهد. هنگامی که دستور تهیه آلیاژ فولاد کنترل می‌شود و مواد به درستی پردازش می‌شوند، آلیاژی که عمدتا از آهن تشکیل شده است به یکی از مفیدترین مواد اختراع شده تبدیل می‌شود.