وقتی می‌پرسیم آهن چیست، دو جواب متفاوت وجود دارد: جواب شیمی و جواب بازار. در شیمی، آهن یک عنصر فلزی با نماد Fe است. در بازار، «آهن» به میلگرد، تیرآهن، ورق و پروفیلی گفته می‌شود که در واقع از فولاد ساخته شده‌اند. این مقاله تفاوت این دو و جایگاه چدن را توضیح می‌دهد.
آهن چیست؟
آهن خالص فلزی نرم، چکش‌خوار و نقره‌ای‌رنگ است که در طبیعت به‌صورت سنگ آهن (اکسید آهن) پیدا می‌شود. آهن خالص برای ساخت‌وساز مناسب نیست، چون استحکامش کم است و زود زنگ می‌زند. به همین دلیل تقریباً همه‌ی محصولاتی که «آهن‌آلات» نامیده می‌شوند، آلیاژ آهن و کربن هستند.
نقش کربن؛ مرز آهن، فولاد و چدن
مقدار کربن، رفتار آلیاژ را تعیین می‌کند:
| ماده | کربن تقریبی | ویژگی اصلی |
|---|---|---|
| آهن خالص (آهن نرم) | نزدیک به صفر | نرم و شکل‌پذیر، استحکام کم |
| فولاد | تا حدود ۲ درصد (در فولاد ساختمانی معمولاً کمتر از ۰٫۳ درصد) | استحکام بالا همراه با شکل‌پذیری؛ قابل نورد و جوش |
| چدن | حدود ۲ تا ۴ درصد | سخت و مقاوم در فشار، اما ترد؛ با ریخته‌گری شکل می‌گیرد |
هر چه کربن بیشتر شود، آلیاژ سخت‌تر و شکننده‌تر می‌شود. فولاد ساختمانی عمداً کم‌کربن است تا بتوان آن را خم کرد، جوش داد و در زلزله تغییر شکل بدهد بدون اینکه ناگهان بشکند.
چرا به فولاد می‌گوییم آهن؟
این یک عادت زبانی قدیمی است. «آهن‌فروشی»، «قیمت آهن» و «آهن‌آلات» همه به محصولات فولادی اشاره دارند: میلگرد، تیرآهن، ورق، لوله و پروفیل. پس وقتی در بازار می‌پرسید آهن چیست و چند است، منظور همین مقاطع فولادی است.
فولاد چطور از سنگ آهن ساخته می‌شود؟
- سنگ آهن در کوره‌ی بلند یا واحد احیای مستقیم به آهن خام یا آهن اسفنجی تبدیل می‌شود.
- در کوره‌ی فولادسازی، کربن و ناخالصی‌ها تنظیم و عناصر آلیاژی اضافه می‌شوند.
- فولاد مذاب به شکل شمش (بیلت، بلوم یا اسلب) ریخته می‌شود.
- شمش در کارخانه‌ی نورد به میلگرد، تیرآهن، ورق یا مقاطع دیگر تبدیل می‌شود.
جزئیات این مسیر و اثر آن بر قیمت را در مقاله‌ی از سنگ آهن تا میلگرد بخوانید.
چدن کجا استفاده می‌شود؟
چدن در برابر فشار و سایش مقاوم است و به‌راحتی در قالب ریخته می‌شود؛ پس برای دریچه‌ی منهول، لوله و اتصالات فاضلاب، بدنه‌ی موتور و قطعات ماشین‌آلات مناسب است. اما چون ترد است و جوشکاری آن دشوار است، در اسکلت ساختمان به کار نمی‌رود.
چطور آهن و فولاد را از هم تشخیص دهیم؟
در عمل لازم نیست: آنچه از آهن‌فروشی می‌خرید فولاد است. چیزی که باید بپرسید گرید فولاد است، مثلاً ST37 یا ST52 در ورق و تیرآهن، یا رده‌ی A2 و A3 در میلگرد. تفاوت این گریدها در مقاله‌های فرق ST37 و ST52 و رده‌های میلگرد آمده است.
جمع‌بندی
آهن عنصر پایه است؛ فولاد آلیاژ کم‌کربن آهن است که استحکام و شکل‌پذیری را با هم دارد و تقریباً همه‌ی آهن‌آلات ساختمانی از آن ساخته می‌شود؛ چدن آلیاژ پرکربن و ترد است که برای ریخته‌گری به کار می‌رود.
سوالات متداول
آیا آهن و فولاد یکی هستند؟ خیر. آهن عنصر است و فولاد آلیاژ آهن با مقدار کمی کربن. در بازار اما به محصولات فولادی «آهن» گفته می‌شود.
چرا آهن زنگ می‌زند؟ آهن در حضور رطوبت و اکسیژن اکسید می‌شود. پوشش روی (گالوانیزه)، رنگ و ضدزنگ جلوی تماس فلز با رطوبت را می‌گیرند.
چدن محکم‌تر است یا فولاد؟ چدن در فشار مقاوم است، اما در کشش و ضربه ترد است. فولاد در کشش، خمش و ضربه عملکرد بهتری دارد و برای سازه مناسب‌تر است.