فولاد یک آلیاژ متشکل از ترکیب آهن و کربن است که در صورت زیاد بودن کربن در آن، خواص منفی خواهد داشت. در این صورت عمل کربن زدایی فولاد را انجام می دهند تا میزان کربن به حد متعادل و استاندارد برسد. کربن در آلیاژ فولاد خاصیت کششی را به آن اضافه می نماید. کربن زدایی فولاد یک عمل برای خارج کردن کربن از آلیاژ فولاد می باشد. فولاد در اصل یک نوع آلیاژ است و از ترکیب شدن آهن با کربن به میزان های مختلف فولاد هایی با درجه های خلوص متفاوتی درست می شود. فولاد دارای استحکام بسیار زیادی می باشد و در بسیاری از موارد از آهن عملکرد بسیار بهتری دارد. میزان کربن در فولاد همیشه باید کنترل شود چون همین درصد کربن با زیاد و یا کم شدن می تواند عملکرد کلی آلیاژ را تغییر دهد. استفاده بیش از حد در فولاد از کربن می باشد که مشکلات اساسی را در این آهن به وجود می آورد. برای کم کردن و از بین بردن این میزان اضافی کربن از آلیاژ فولاد از روش هایی استفاده می شود که به آن ها کربن زدایی از فولاد می گویند. در این مقاله از شهرآهن به بررسی فرایند کربن زدایی می پردازیم.
کربن زدایی چیست
کربن زدایی در اصل فرایندی است که با استفاده از کنش های فیزیکی و یا شیمیایی میزان کربن فولاد را کم کرده و آن را به میزان مورد نظر می رسانند. این فرایند زمانی اتفاق می افتد که دمای 700 درجه سانتی گراد به فولاد وارد شود تا کربن از فولاد جدا شود، این دما در اصل دمای تبلور مجدد فولاد می باشد. در زمانی که فولاد به این دما برسد کربن موجود با هوا و اکسیژن و هیدروژن موجود ترکیب می شود و با پیوند های تشکیل شده در سطح فولاد این کربن ها از فولاد جدا می شوند. کربن در اصل خاصیت کششی فولاد را به آن می دهد و یکی از اصلی ترین دلیل های استفاده از این آلیاژ نیز همین خاصیت می باشد و کم شدن بیش از حد آن باعث شکستگی و شکنندگی در فولاد می شود. عمل کربن زدایی فولاد در اصل بر روی فولاد و بر روی لایه سطحی آن انجام می گیرد و همین امر موجب می شود تا فقط کربن در فولاد از آن جدا شده و کربن بخش های داخلی در جای خود باقی بمانند. زیاد تر بودن میزان کربن بر روی سطح فولاد می تواند باعث بیشتر شدن و نشان داده شدن خواص منفی فولاد شوند.
روش های جلوگیری کردن از کربن زدایی فولاد
کم شدن میزان کربن فولاد و به عبارتی کربن زدایی فولاد نباید بدون کنترل خارجی و به صورت سرخود انجام شود، چون اثرات منفی داشته و خواص مورد نظر را نخواهد داشت به همین علت توصیه ها و روش هایی برای سر خود انجام نشدن کربن زدایی فولاد وجود دارد تا این ویژگی های منفی در فولاد تقویت و بیشتر نشوند، یکی از این روش ها، جلوگیری از افزایش دمای فولاد است و نباید گذاشت تا این آلیاژ به دمای تبلور دوباره خود که 700 درجه سانتی گراد می باشد، برسد. روش دیگری نیز برای کنترل روند کربن زدایی فولاد وجود دارد و آن نیز جلوگیری از ترکیب شدن کربن ها با گاز های هیدروژن و اکسیژن سطحی می باشد و به نوعی باید فولاد را در زمانی که به دمای تبلور می رسد محاصره و قرنطینه کرد تا به هیچ عنوان برخورد و تماس با گاز های هیدروژن و اکسیژن نداشته باشد. استفاده از آرگون می تواند در این امر بسیار موثر باشد و بسیاری از کارخانجات از این گاز برای جلوگیری از این اثر استفاده می شود.
روش حذف عمل کربن زدایی فولاد
در بسیاری از موارد و در بسیاری از شرایط باید عمل تبلور فولاد دوباره انجام شود و به نوعی کربن زدایی فولاد حتما انجام می شود و دلیل اصلی این مشکل نیز توانایی نداشتن برای استفاده از گاز های گرانی مانند آرگون که سد این ترکیبات می باشند است پس یکی از راحت ترین و اصلی ترین راه ها برای جلوگیری از این امر و حذف این عملیات، از بین بردن و حذف کردن بخش های کربن زدایی شده فولاد است. در این روش باید از ماشین های مختلفی مانند ماشین های سنگ زنی و فرزکاری برای از بین بردن میزان کربنی که از عمل کربن زدایی فولاد به دست آمده است استفاده نمود.
استفاده و از بین بردن کربن جدا شده از فولاد
روش دوم برای از بین بردن کربن اضافی و خلاص شدن از کربن جدا شده از سطح فولاد، استفاده مجدد و بهره وری دوباره از همان کربن و بازگرداندن آن به سطح همان فولاد است. برای این کار باید مراحل کربن زدایی فولاد را تا جایی پیش برد و فولاد را به درجه حرارت مورد نیاز رساند تا درجه تبلور فولاد به پیش رفته و بعد از این کار فولاد گرم را با هیدروکربن های ترکیب شده در یک فضا قرار داد و آن ها را با یکدیگر محاصره کرد. در این حالت کربن از دست رفته دوباره به سطح فولاد مورد نظر باز می گردد. در این روش باید تمامی کربن جدا شده از عملیات قبلی را استفاده نمود تا مطمئن شد تمامی آن به سطح فولاد بازگردانده شده و فولاد دوباره با کربن و ترکیبات هیدروکربن ترکیب شده است.
روش اندازه گیری کربن زدایی از فولاد
برای فهمیدن این اندازه و میزان باید از ابزار های اندازه گیری خاصی استفاده نمود، ولی اندازه گیری میزان سختی فولاد به هیچ وجه سخت نمی باشد. برای سنجیدن میزان کربن درون فولاد نیز می توانند میزان مقاومت کششی فولاد را قبل و بعد از تبلور و کربن زدایی اندازه گیری نمایند. اگر میزان سختی و مقاومت کششی تغییری داشته باشد، یعنی عمل کربن زدایی انجام شده است. با شمارش ذرات فولاد بر روی میکروسکوپ نیز می توان میزان کربن موجود در این آلیاژ را مشخص نمود.
