آهن، فولاد و چدن چه تفاوتی دارند؟ بررسی کاربرد و ترکیب آن‌ها

در صنایع مختلف، به‌ویژه ساخت‌وساز، سه ماده‌ی پرکاربرد یعنی آهن، چدن و فولاد نقش اساسی دارند.
بسیاری از مردم این سه را یکی می‌دانند، اما در واقع تفاوت‌های ساختاری، ترکیبی و کاربردی چشم‌گیری میان آن‌ها وجود دارد.
در این مقاله از آرادآهن اسپادانا به‌صورت جامع بررسی می‌کنیم که آهن، فولاد و چدن چه تفاوتی دارند، هرکدام چگونه تولید می‌شوند، چه ویژگی‌هایی دارند و در چه صنایعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آشنایی با آهن، فولاد و چدن

هر سه ماده از سنگ آهن استخراج می‌شوند؛ سنگی معدنی که با انجام فرآیندهای مختلف، به اشکال متنوعی از جمله چدن و فولاد تبدیل می‌شود.
آهن به‌عنوان پایه‌ی اصلی این مواد، بیش از ۹۵٪ فلزات صنعتی جهان را تشکیل می‌دهد.
خلوص و کیفیت آن به میزان ناخالصی‌ها و عناصر افزوده‌شده بستگی دارد.
افزودن یا حذف کربن، گوگرد و فسفر در طی ذوب و تصفیه، ترکیبات متفاوتی ایجاد می‌کند که همان آلیاژهای گوناگون آهن، فولاد و چدن هستند.

آلیاژ چیست و چه نقشی در تولید فلزات دارد؟

آلیاژ ترکیبی از یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر است که می‌تواند خواص فیزیکی یا شیمیایی جدیدی به وجود آورد.
در واقع:

• چدن از ترکیب آهن با کربن و سیلیسیم تشکیل می‌شود.

• فولاد از ترکیب آهن با کربن در درصد کمتر و برخی عناصر آلیاژی نظیر منگنز، کروم و نیکل تولید می‌شود.

 کاربرد آهن در صنایع مختلف

آهن در نهایت به شکل مقاطع فولادی در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مهم‌ترین کاربردهای آهن عبارتند از:

• تولید میلگرد، تیرآهن، نبشی و ناودانی

• ساخت ورق سیاه، ورق گالوانیزه و ورق رنگی

• استفاده در بدنه خودروها، کشتی‌ها و سازه‌های صنعتی

از آلیاژهای آهن مانند چدن و فولاد نیز برای ساخت قطعات مقاوم، ابزارآلات صنعتی و ماشین‌آلات سنگین استفاده می‌شود.

سنگ آهن چیست و چگونه استخراج می‌شود؟

سنگ آهن ترکیبی از اکسیدها و نمک‌های معدنی مانند سیلیس، آلومین و آهک است.
پس از استخراج از معدن، سنگ آهن خرد شده و در کوره‌های ذوب قرار می‌گیرد تا ناخالصی‌هایش حذف شود.
انواع سنگ آهن عبارتند از:

1. سنگ آهن مغناطیسی (مگنتیت) – حدود ۶۸٪ آهن

2. سنگ آهن سرخ (هماتیت) – حدود ۶۰٪ آهن

3. سنگ آهن لیمونیتی – ۵۰٪ آهن

4. سنگ آهن کربناته یا سولفوری

انواع آهن

آهن خام براساس ساختار کریستالی به سه دسته تقسیم می‌شود:

1. آهن خام سفید

در اثر سرد شدن سریع آهن خام به‌دست می‌آید.
دارای دانه‌های ریز و روشن، سخت و شکننده است و بیشتر در صنعت فولادسازی کاربرد دارد.

2. آهن خاکستری

بر اثر سرد شدن آهسته تولید می‌شود و کربن در آن به شکل گرافیت درمی‌آید.
دارای رنگ تیره و دانه‌های درشت‌تر است و در چدن‌سازی کاربرد فراوانی دارد.

3. آهن نیمه‌خاکستری

ترکیبی از دو نوع قبلی است و در تولید چدن و فولاد به‌کار می‌رود.

همچنین از نظر میزان کربن نیز به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود:

• آهن معمولی (آهن صنعتی): حدود ۲٪ کربن، مناسب برای ساخت ابزار و سازه‌های فلزی

• آهن خالص (آهن نرم): حدود ۰٫۰۲٪ کربن، مقاوم در برابر زنگ‌زدگی، با کاربرد در صنایع خاص

چدن چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟

چدن آلیاژی از آهن، کربن (۲ تا ۳.۵٪) و سیلیسیم است که با ذوب آهن خام خاکستری و قراضه در کوره‌های کوپل، برقی یا شعله‌ای تولید می‌شود.
چدن‌ها دارای استحکام فشاری بالا، مقاومت سایشی خوب و قالب‌پذیری مناسب هستند.

کاربردهای چدن:

• ساخت لوله‌های آب و فاضلاب

• نرده‌ها، کف‌پوش‌ها و یراق‌آلات ساختمانی

• تولید قطعات موتور، دیگ بخار و چرخ‌دنده

انواع چدن:

• چدن سفید

• چدن خاکستری

• چدن نیمه‌خاکستری

• چدن سخت

• چدن نرم

فولاد چیست و چگونه تولید می‌شود؟

فولاد پرمصرف‌ترین آلیاژ آهن است.
برای ساخت آن، آهن خام سفید همراه با قراضه در کوره‌هایی مانند زیمنس–مارتن، الکتریکی، یا پاتیل بسمر ذوب می‌شود تا کربن اضافی بسوزد و عناصر مفید افزوده شوند.

ترکیبات فولاد شامل:
کربن، سیلیسیم، منگنز، گوگرد، فسفر، کروم، مس و نیکل است.
درصد کربن موجود و عملیات حرارتی، تعیین‌کننده‌ی مقاومت و انعطاف فولاد هستند.

ویژگی‌های مهم فولاد:

• مقاومت مکانیکی بالا

• قابلیت شکل‌دهی و جوشکاری

• انبساط حرارتی مناسب

• دوام زیاد و ماندگاری بالا

انواع فولاد

• فولاد نرم (کم‌کربن)

1. حاوی کمتر از ۰٫۲٪ کربن
2. مورد استفاده در ساخت لوله، ورق، سیم و سازه‌های ساختمانی

• فولاد متوسط

1. دارای ۰٫۲ تا ۰٫۶٪ کربن
2. مناسب برای ساخت ریل قطار، دیگ بخار و ماشین‌آلات صنعتی

• فولاد سخت (پرکربن)

1. با ۰٫۶ تا ۱٫۵٪ کربن
2. برای ابزارآلات، مته، فنر، چاقو و تیغه‌ها کاربرد دارد.

تفاوت اصلی بین آهن، فولاد و چدن

در نتیجه:
آهن پایه‌ی اصلی تولید سایر فلزات است،
فولاد مقاوم و انعطاف‌پذیر برای ساخت‌وساز و ابزار به‌کار می‌رود،
و چدن برای قطعات سنگین و مقاوم در برابر فشار و سایش استفاده می‌شود.

جمع‌بندی نهایی

درک تفاوت بین آهن، فولاد و چدن نه‌تنها برای فعالان صنعت، بلکه برای خریداران و سازندگان نیز اهمیت دارد.
هرکدام از این مواد، ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر‌به‌فردی دارند که انتخاب درست آن‌ها، در افزایش عمر سازه‌ها و کاهش هزینه‌ها تأثیر مستقیم دارد.
برای مشاهده‌ی قیمت روز آهن، فولاد و چدن می‌توانید به سایت آرادآهن اسپادانا مراجعه کنید.

سوالات متداول

۱. تفاوت اصلی بین آهن و فولاد در چیست؟
آهن به‌صورت خالص از سنگ آهن به‌دست می‌آید، اما فولاد آلیاژی از آهن با مقدار کمی کربن است که مقاومت و شکل‌پذیری بالاتری دارد.

۲. آیا چدن از فولاد سخت‌تر است؟
بله، چدن به دلیل داشتن کربن بیشتر، سخت‌تر ولی شکننده‌تر از فولاد است.

۳. از چدن در چه صنایعی استفاده می‌شود؟
در ساخت لوله‌ها، نرده‌ها، کف‌پوش‌ها و قطعات ماشین‌آلات سنگین.

۴. آیا فولاد زنگ می‌زند؟
برخی فولادها مانند فولاد زنگ‌نزن (استنلس استیل) به‌دلیل داشتن کروم در ترکیبشان در برابر زنگ‌زدگی مقاوم هستند.

۵. کدام‌یک از این فلزات برای ساخت سازه‌های ساختمانی بهتر است؟
فولاد به دلیل مقاومت بالا، انعطاف و قابلیت جوشکاری بهترین گزینه برای سازه‌های ساختمانی محسوب می‌شود.