کاربرد فلز آهن

آهن به عنوان یکی از انواع فلزات، یکی از عناصر مهم در جهان است و نقش بی‌بدیلی را در زندگی انسان‌ها بازی می‌کند. شما هر کجای دنیا باشید، از محروم‌ترین مناطق گرفته تا پیشرفته‌ترین نقاط جهان، نقش آهن و محصولات آهنی را در زندگی خود به وضوح خواهید دید. در صنعت ساختمان یکی از عناصر مهم محصولات آهنی است. در دیوارها، فونداسیون و فضای داخلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. رشد اقتصادی یک کشور رابطه مستقیمی با صنعت فولاد آن کشور دارد. به طوریکه اگر تولید فولاد در کشوری میزان بالایی داشته باشد، معمولا شاخص‌های اقتصادی بالایی خواهد داشت. در ادامه به معرفی عنصر آهن پرداخته می‌شود.

*** تفاوت آهن با دیگر فلزات چیست

آهن با نام Fe شناخته می‌شود. ماده‌ای شکننده و سخت که در گروه ۸ و دوره ۴ جدول تناوبی عنصرها قرار دارد. این عنصر چهارمین عنصر فراوان در سطح کره زمین است و به این دلیل است که یکی از پرکاربردترین عناصر روی زمین است. این عنصر نه تنها در کره زمین بلکه در خورشید و سایر ستاره‌ها نیز وجود دارد. کاربرد فلز آهن در صنعت فولاد خلاصه نمیشود. این فلز در بقای موجودات زنده نیز نقش مهمی ایفا می‌کند. در تولید کلروفیل برای گیاهان نقش بسزایی داشته است. و در حیوانات و انسان‌ها عنصری از نوع هموگلوبین است. در شکل زیر جایگاه عنصر آهن در جدول تناوبی نشان داده شده است.

کاربرد آهن آلات امروزه با پیشرفت تکنولوژی در صنایع مختلفی از جمله ساخت و تولید انواع محصولات فلزی و ساختمانی است. با توجه به‌این‌که مصرف بیشترین محصول در ساخت یک ساختمان آهن می‌باشد؛ کاربرد آهن آلات در ساخت و ساز انواع گوناگون را شامل می‎‌شود. تیر آهن از پر کاربردترین آهن آلات است که از بیست سال قبل کاربرد فراوانی در ساخت و ساز دارد. تیر آهن نیز خود دارای انواع مختلفی می‌باشد که هر یک مورد تائید کشورهای گوناگونی می‌باشد. میلگرد از دیگر محصولاتی می‌باشد که معمولا در قسمت کف؛ سقف و ستون‌های یک ساختمان قرار می‌گیرد. این محصول نقش محکم کردن بتن در ساختمان را به عهده دارد. از دیگر کاربردهای آلات آهن آلات به نبشی و ناودانی‌ها می‌توان اشاره کرد. نبشی‌ها به صورت مشبک در ساختمان‌ها و در برخی مواقع به صورت ساده از آن استفاده می‌شود. با توجه به کارایی فراوان آهن و تولید آن در انواع و اقسام مختلف؛ خرید و فروس آهن آلات به‌صورت حضوری و اینترنتی در کشور بسیار بالا می‌باشد.

چگالی این فلز ۷٫۸۶ گرم بر سانتی‌متر مکعب است. عدد اتمی آن ۲۶، وزن اتمی ۵۵٫۸۴۷ گرم بر مول، و دمای جوش ۲۷۵۰ درجه سانتی‌گراد و دمای ذوب آهن خالص که ۱۵۳۸ درجه سانتی گراد است، از مشخصه‌های شیمیایی این عنصر پرکاربرد می‌باشد.

با سرد شدن آهن مذاب از دمای بالا تا دمای محیط، دگرگونی‌های مختلفی در آهن رخ می‌دهد. دگرگونی‌های فازی معمولا با تغییرات دما حاصل می‌شود. آهن به سه صورت بتا، گاما و دلتا وجود دارد. آهن مذاب که سرد می‌شود در دمای ۱۵۳۸ درجه سانتی‌گراد به آهن دلتا تبدیل می‌شود. در این حالت آهن خاصیت پارامغناطیس دارد و ساختمان بلوری آن به شکل مکعبی مرکزپر BCC است. در دمای ۱۳۹۴ ساختمان آن به مکعبی وجوه‌پر FCC تبدیل می‌شود که به آهن گاما معروف است. در دمای ۹۱۲ درجه دگرگونی دیگری رخ می‌دهد و آهن آلفا تشکیل می‌شود. ساختمان بلوری در این حالت شبیه به آهن دلتا است.

آشنایی با آهن آلات

کافی است نگاهی به محیط زندگی خود بکنیم تا گستردگی استفاده از محصولات فولادی و انواع آهن آلات را درک کنیم. درب و پنجره، میلگرد و آرماتوربندی، سقف سوله‌ها، تجهیزات صنعتی، لوازم خانگی و صنعت خودرو از مهمترین اسامی آهن آلات هیتند.

یکی از اولین انواع آهن آلات که در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار گرفت، تیرآهن بوده است. با توجه به شکل خاص آن، در زبان لاتین آن را با عنوان I-Beam می‌شناسند. معمولا محصولات فولادی را از روی سطح مقطع آنها نامگذاری می‌کنند. اما در بعضی موارد مانند توری‌ها نمی‌توان اسم خاصی را از روی سطح مقطع آنها در نظر گرفت. برای آشنایی با آهن آلات ، شمش و بیلت، پروفیل‌ها، لوله‌های فولادی از انواع دیگر آهن آلات در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت.

اتصال آهن آلات چگونه است؟

معمولا در قسمت‌هایی از ساختمان که کاربرد آهن آلات زیاد بوده؛ به منظور اتصال دادن آن‌ها دو روش در کل جهان کارایی خاص خود را دارد. یکی از روش‌ها اتصال آن‌ها به وسیله پیچ و مهره می‌باشد. اگر شما قصد دارید در ساخت ساختمان مورد نظر خود آهن را به یکدیگر متصل کنید و زمانتان کم است؛ این روش بسیار کارساز می‌باشد. روش دیگری که مورد استفاده قرار می‌گیرد روش جوشکاری کردن آن‌ها به یکدیگر می‌باشد. در این روش از دستگاه‌های جوشکاری استفاده می‌شود به‌طوری‌که توجه به نوع فلز و آهن در این روش مهم می‌باشد. این روش نیاز به صرف زمان بیشتری دارد و از نظر محکم بودن نسبت به پیچ و مهره؛ دارای مقاومت بیشتری می‌باشد. لازم به ذکر است که پیچ و مهره کردن آهن یک ساختمان به یکدیگر باید زیر نظر مهندسان ساختمانی صورت گیرد. زیرا هر گونه بی‌دقتی و احتیاطی منجر به صدمات جبران ناپذیری می‌شود.

خرید و فروش آهن آلات

با توجه به ساخت و ساز زیاد در قسمت‌های مختلف کشور؛ قیمت‌ وکاربرد آهن آلات متغیر و متفاوت می‎‌باشد. به طور مثال با توجه به گرم بودن هوا در جنوب کشور تقریبا ساختن ساختمان در فصل‌های مختلف؛ مصرف و کاربرد انواع آهن آلات وجود دارد. در شمال کشور با توجه به نوع ساخت ساختمان‌ها و منازل خود نیاز به آهن و انواع آن کمتر احساس می‌شود. معمولا در روستاهای شمالی به‌خاطر شرایط آب و هوا خاص خود؛ معماری متفاوتی با ساخت ساختمان‌هایی دارد که در شهرها ساخته می‌شود. ممکن است آنان از مصالح و ابزار دیگری بیشتر از انواع آهن استفاده کنند. بنابراین با توجه به سرد بودن هوا؛ ساخت و ساز و استفاده از آهن در بیشتر زمان سال راکد می‌باشد. اما در محیط شهری روز به‌روز ساخت و ساز رو به‌پیشرفت می‌باشد و خرید و فروش و کاربرد آهن آلات به طور گسترده‌ای وجود دارد.

پروفیل‌های ساختمانی

یکی از محصولات فولادی که در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد، پروفیل است. پروفیل‌ها مقاطع فولادی هستند که به صورت توخالی و در شکل مربع و یا مستطیل هستند. لازم به ذکر است که به این نوع آهن آلات ، قوطی نیز گفته می‌شود. از پروفیل در راه‌پله، درب و پنجره‌ها استفاده می‌شود. پروفیل‌ها در دو دسته باز و بسته هستند که در ادامه هر کدام توضیح داده خواهد شد. پروفیل‌ها در صنعت خودروسازی نیز به کار می‌روند. در شکل زیر انواع پروفیل در ادنازه های مختلف نشان داده شده است.

*** انواع پروفیل

*** پروفیل‌های ساختمانی باز، یکی از انواع آهن آلات

همانطور که از اسم این پروفیل مشخص است، مقطع این پروفیل به صورت باز است.

*** پروفیل‌های ساختمانی بسته

در برخی موارد سطح مقطع پروفیل به صورت بسته است، که به این دسته از پروفیل‌ها، پروفیل‌های ساختمانی بسته می‌گویند. ستون‌های ساختمانی نمونه‌ای از انواع آهن آلات هستند.

*** میلگرد، یکی از مهمترین انواع آهن آلات

میلگرد یکی دیگر از  انواع آهن آلات است که در صنعت ساختمان از اهمیت بالایی برخوردار است. بیشتر استفاده از میلگرد در آرماتوربندی و فونداسیون است، جایی که وظیفه میلگرد تامین مقاومت در برابر نیروهای کششی و برشی است. و استفاده از آن باعث می‌شود که بنا محکم و بادوام باشد. میلگرد ذوبی معمولا بهترین کیفیت را دارد. مراکزی که در ایران به تولید میلگرد می‌پردازند، همواره میلگردهای با کیفیت بالایی تولید می‌کنند.

میلگرد به سه دسته آجدار، کلاف و ساده تقسیم می‌شود. همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، میلگرد آجدار روی سطح خود برآمدگی دارد. این نوع میلگرد بیشتر در آرماتوربندی و فونداسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد. میلگرد از لحاظ متریال مورد استفاده شده در آن نیز به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. میلگرد گالوانیزه، میلگرد با پوشش اپوکسی، میلگرد فولادی کربنی و میلگرد فولاد ضدزنگ از انواع آهن آلات در خانواده میلگردها هستند. میلگرد ضدزنگ مقاوم‌ترین نوع میلگرد است، که در نتیجه آن قیمت بالاتری نیز دارد.

*** تیرآهن، عضو مهمی از انواع آهن آلات

تیراهن نیز یکی از اجزای جدایی ناپذیر صنعت ساختمان است و بسیار کاربردی است. اسکلت و بدنه اصلی ساختمان توسط تیراهن ساخته می‌شود. تیرآهن‌های تولید شده در بازار داخلی همانند میلگرد از کیفیت قابل قبولی برخوردار هستند.  تیرآهن با نام‌هایی نظیر IPE، INP و  I-Beam  شناخته شده است.

همانند شکل زیر، سطح مقطع تیرآهن به شکل H و I هستند. در نهایت وظیفه اصلی تیرآهن به عنوان یکی از انواع آهن آلات، تحمل باری است که به ساختمان وارد می‌شود.

*** ناودانی

ناودانی یکی دیگر از انواع آهن آلات است. و به عنوان مکمل تیرآهن در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. از ناودانی برای تقویت سازه نیز استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که علاوه بر تولید داخلی این محصول فولادی، بازار واردات این محصول نیز فعال است.

این محصول نیز در جنس‌های مختلفی تولید می‌شود. ناودانی معمولا یا به صورت گالوانیزه، یا از جنس آلومینیم و یه به صورت فولاد ضدزنگ تولید می‌شود. در دو نوع ساده و مشبک هستند، ناودانی مشبک در شکل زیر نشان داده شده است. نوع ساده آن از ورق گرم و نوع مشبک آن از ورق گالوانیزه به دست می‌آید.

*** نبشی، یکی از پرکاربردترین انواع آهن آلات

نبشی یکی دیگر از محصولات فولادی است که کاربردهای زیادی دارد. سطح مقطع این محصول فولادی، دو ضلع عمود بر هم است، اندازه بال‌ها می‌تواند متفاوت باشد و یا همانند شکل زیر یکسان باشد، که به نام‌های نبشی بال مساوی و نبشی بال نامساوی شناخته می‌شوند. نبشی در صنعت ساختمان برای اتصال تیرآهن به ستون و برعکس مورد استفاده قرار می‌گیرد.

*** ورق‌های فولادی

یکی دیگر از آهن آلات که کاربرد زیادی در صنایع مختلف دارد، ورق‌های فولادی است. ورق فولادی از نورد گرم شمش فولادی به دست می‌آید. و به صورت رول و یا کلاف تولید شده و در بازار عرضه می‌شود.

ورق‌های فولادی براساس سه استاندارد تولید می‌شوند. استاندارد DIN آلمان که در ایران بیشتر با این استاندارد کار می‌شود. استاندارد ASTM آمریکا و گوس روسیه از دیگر استانداردهای لازم در تولید ورق است. ورق‌های فولادی به عنوان یکی از انواع آهن آلات شامل چند نوع هستند. ورق سیاه، ورق روغنی، ورق گالوانیزه و ورق رنگی انواع ورق‌های فولادی هستند.

ورق سیاه که با نام ورق نورد گرم نیز شناخته می‌شود، تحت دمای بالا، در بین رول قرار می‌گیرد و ضخامت آنها کاهش می‌یابد. کیفیت این ورق در مقایسه با ورق سرد کمتر است و در صنایع جوشکاری، ریل و لوله‌های انتقال مورد استفاده قرار می‌گیرد. نمونه ای از ورق سیاه در شکل زیر آورده شده است.

اما ورق سرد همانگونه که از نامش مشخص است، توسط روش سرد تحت کشش قرار می‌گیرد. دستگاه‌های نورد سرد دارای ۶ غلتک هستند، که دوتای آنها فقط وظیفه کاهش ضخامت را بر عهده دارند. بقیه آنها به نوعی نگهدارنده غلتک‌های دیگر هستند. به طور کلی این ورق‌ها کیفیت بهتری دارند. و سطح بهتری نسبت به ورق گرم دارند.

ورق گالوانیزه نیز برای افزایش مقاومت در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی تولید می‌شود. در این حالت ورق‌های فولادی را درون حمامی از عنصر روی قرار می‌دهند، که پس از مدتی پوششی از آن روی زیرلایه فلزی می‌ماند.

*** لوله گازرسانی

یکی دیگر از محصولات فولادی و انواع آهن آلات، لوله‌های گازرسانی هستند. با توجه به حساسیت و ایمنی بالایی که بایستی این لوله‌ها داشته باشند، لوله‌های گازرسانی را با استانداردهای جهانی تولید می‌کنند.

جنس و مقاومت لوله گازی از اهمیت زیادی برخوردار است. همانند شکل زیر، متداول‌ترین نوع لوله گازی، لوله فولادی سیاه است، که در ایران بیشتر از این لوله‌ها استفاده می‌شود. لازم به ذکر است که از فولاد گالوانیزه نیز در برخی مناطق استفاده می‌شود.

*** سیم مفتول

سیم مفتول یکی از محصولات میانی فولادی و از دسته انواع آهن آلات است. سیم مفتول از بیلت به دست می‌آید. به این شکل که با فرآیند نورد گرم و کشش، بیلت تبدیل به سیم مفتول در قطرهای مختلفی می‌شود. پس از آن سیم مفتول به صورت کلاف بسته بندی می‌شود.

سیم مفتول از جنس فولاد کم‌کربن است. و از عناصر آلیاژی نیز استفاده می‌شود. با توجه به درصد و نوع عناصر آلیاژی، سیم مفتول در گریدهای مختلفی تولید شده و روانه بازار می‌شود. حتی در مواردی با توجه به سفارش خریداران، سیم مفتول به صورت گالوانیزه نیز تولید می‌شود.

یکی از انواع سیم مفتول که در صنعت ساختمان و آرماتوربندی مورد استفاده قرار می‌گیرد، مفتول سیاه است. مفتول سیاه با توجه به درصد کم کربن آن، شکل‌پذیری خوبی دارد، اما در عوض مقاومت به خوردگی آن کم خواهد بود. برای جلوگیری از زنگ زدن سیم مفتول دو روش وجود دارد. یا بایستی مفتول فولادی را به صورت گالوانیزه تولید کرد، که در این حالت پوششی از عنصر روی روی زیرلایه فولادی اعمال می‌شود. یا همانند شکل زیر سیم مفتول را از جنس ضدزنگ تولید کرد، که در این حالت در ترکیب شیمیایی آن عناصری مانند نیکل و کروم استفاده می‌کنند.

*** رابیتس گالوانیزه

رابیتس یکی دیگر از محصولات فولادی است که در صنعت ساختمان استفاده می‌شود. از رابیتس به این منظور استفاده می‌شود تا ملات گچ را نگه دارد.

بدون رابیتس معمولا گچ‌کاری بسیار مشکل می‌شود. اما در صورت استفاده از آن، به راحتی می‌توان قسمت‌های سخت دیوار را گچ‌کاری کرد. بنابراین رابیتس در ساخت سقف کاذب و گچ‌کاری ستون‌ها نقش مهمی دارد. معمولا جنس رابیتس گالوانیزه است، چون در این حالت مقاومت آن در برابر زنگ‌زدگی بالا خواهد بود.

طول رابیتس ۲٫۴، عرض آن ۰٫۶ متر و ضخامت آن ۰٫۴۵ میلیمتر است. وزن رابیتس بسته به ضخامت آن که می‌تواند متغیر باشد، از ۳۰۰ تا ۱۴۰۰ گرم متغیر است.

*** لوله فلزی

یکی دیگر از انواع آهن آلات ، لوله‌های فولادی است، که از آنها برای انتقال مایعات و گازها در فواصل زیاد استفاده می‌شود. لوله‌ها در دو نوع درزدار و بدون درز تولید می‌شوند.

لوله‌های فلزی در سه نوع تولید می‌شوند، لوله‌های چدنی، آهنی و فولادی. لوله‌های چدنی که سابقه طولانی در تولید دارند، در سیستم فاضلاب بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. لوله‌های فولادی که از جنس فولادهای کربنی هستند، دارای قطر بزرگی هستند و در سیستم آب و فاضلاب در زیر خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد. این لوله‌ها مقاومت کششی و فشاری بالایی دارند، اما در عوض در برابر خوردگی مقاومت کمتری دارند. و اتصال آنها بایستی توسط جوشکار ماهری صورت گیرد.

اما برای اینکه این لوله‌ها در برابر خوردگی مقاوم باشند، آنها را در فرآیند تولید داخل حمام روی می‌برند و به صورت گالوانیزه تولید می‌کنند. همانطور که در شکل زیر می بینید، لوله فولادی با قطر بزرگ جهت انتقال گاز مورد استفاده قرار می گیرد.

*** شمش

شمش فولادی انواع گوناگونی دارد، بلوم، بیلت و اسلب انواع شمش فولادی است. شمش را به عنوان یکی از انواع آهن آلات با گریدهای مختلفی نظیر ۳SP، ۵SPدر استاندارد روسی و در استاندارد آلمان با نام St37 و St52 می‌شناسند. که براساس درصد عناصر آلیاژی و کربن تقسیم بندی می‌شوند.

بیلت که نام دیگر آن شمشال است، سطح مقطع مربعی شکل دارد، که اندازه آن ۲۳۰ سانتی‌متر مربع است و جز فولادهای مقاطع طویل محسوب می‌شود، چون طول زیادی دارند.

همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید، بلوم و یا شمشه نیز شبیه به بیلت است، با این تفاوت که بلوم دارای سطح مقطع بزرگی است.