البوابة
الحديد والفولاذ:
من أرخص الفلزات في العالم وأقلها كلفةً وأكثرها استخدامًاوأفضلها نفعًا,وتستخدم المنتجات الحديدية الصلدة ذات القدرة العالية على التحمل،في صناعة آلاف المنتجات المستخدمة في الحياة اليومية, وتتراوح هذه المنتجات من محابس الأوراق إلى السيارات. كما يُصنع من الحديد والفولاذ الآلات التي تساهم تقريبًا في إنتاج كل شيء نستعمله في حياتنا بما في ذلك الملابس والمنازل والطعام.
وتستخدم كلمة حديد للتعبير عن كل من عنصر الحديد وعدد من سبائك(خلائط)الحديد مع عدد من العناصر الفلزية. ويمثل الحديد واحدًا من أكثر العناصر الكيميائية المشهورة انتشارًا في القشرة الأرضية، لكنه لا يوجد في صورة مفردة نقية بل في صورة مركبات يطلق عليها خامات الحديد. كما أن بعض النيازك تحتوي أيضًا على الحديد. ويَستخدم الصناع سبائك الحديد في تصنيع وإنتاج كل ما يعرف باسم المنتجات الحديدية.
ويُنتج الفولاذ بتنقية الحديد وسبكه بالعناصر الفلزية المختلفة. ولهذا يُعد الحديد المادة الأولية لإنتاج الفولاذ، كما يمكن اعتبار الفولاذ صورة نقية من الحديد. ويشبه ذلك تمامًا كون البترول من نواتج تنقية (تكرير) الزيت، وذلك على الرغم من أن خواص واستخدامات الحديد والفولاذ تختلف بصورة كبيرة بدرجة اختلاف استخدام الزيت والبترول.
وخامات الحديد ترسبات معدنية أو صخرية تركز فيها الحديد أثناء تكوين القشرةالأرضية. ويقوم صناع الفولاذ بتكسير هذه الخامات ومعالجتها لإنتاج رُكازات الحديد التي تكون فيها درجة تركيز الحديد أعلى من درجة تركيزه في الخامات الأولية، ثم تحول المركزات الناتجة إلى فلز الحديد عن طريق تسخينها مع مواد أولية أخرى في أفران ضخمة. ويستخدم معظم فلز الحديد الناتج من عمليات الاستخلاص في صناعة الفولاذ، وإن كان يستخدم جزء قليل منه في تصنيع منتجات حديدية أخرى. ويقوم صناع الفولاذ بتحويل فلز الحديد إلى فولاذ سائل بعملية التنقية في أفران خاصة، حيث يسخن فيها أيضًا المنتجات الحديدية المعاد استخدامها وكذلك خردة الفولاذ. وبعد إنتاج الفولاذ السائل يتم تشكيله في أشكال مختلفة من الألواح والقضبان والأعمدة والأسياخ والأسلاك والأنابيب وأي شكل أخر من الأشكال المناسبة للاستعمال . وتقوم معظم المصانع الحديثة لإنتاج الفولاذ بإجراء مختلف خطوات صناعة الفولاذ بدءًا من صهر واختزال خامات الحديد إلى عمليات إنتاج الفولاذ ، ثم عمليات التشكيل المختلفة للصور المفيدة للاستعمال.
بُدئ في استخدام الحديد منذ الأزمان الغابرة ، ويُعتقد أن الناس قد استخدموه قبل الميلاد بحوالي أربعة آلاف سنة، وكانت بداية الاستعمال باستخدام حديد النيازك . وقدصُنِّع حديد النيازك في أشكال عدة منها التحف والأسلحة والعدَد والأدوات المنزلية . وعلى الرغم من البدايات المتقدمة لاستعمال الحديد، إلا أنه من غير المعروف على وجه التحديد أين ومتى بدأ استخلاص الحديد من خاماته . ويعتقد أن عمليات استخلاص الحديد قد بدأت ونمت، ثم تطورت في أماكن متفرقة من العالم بصورة مستقلة كل عن الأخرى، وبخاصة فيما يعرف الآن بمناطق الشرق الأوسط والصين والهند . ومنها انتشرت بسرعة بعد ذلك إلى مناطق مختلفة من العالم. وبحلول القرن العاشر قبل الميلاد ازدهرت صناعة الحديد كثيرا وأصبحت في متناول معظم الحضارات المعروفة في ذلك الوقت . أما صناعةالفولاذ فقد بدأت بكميات صغيرة ومحدودة وفي نوعية رديئة . واستمرت صناعة الفولاذ في هذه الفترة بهذه الصورة لعدم إمكان تصنيعه بأسعار مقبولة . ولم يكن إنتاجه متاحًابكميات كبيرة إلا في نهاية القرن التاسع عشر الميلادي . ثم تطورت تقنية صناعة الفولاذ بسرعة كبيرة خلال نهاية النصف الثاني من القرن العشرين.
وفي الوقت الراهن يعد إنتاج الحديد والفولاذ واحدًا من أهم الصناعات حيوية في العالم. ويعمل في هذه الصناعات ملايين العمال في المصانع ووحدات الإنتاج في أنحاء العالم . وبالإضافة إلى العاملين في المصانع فهناك ملايين أخرى تعمل في إعداد وتصنيع الآلات، والمواد الخام ، والطاقة اللازمة لشركات صناعة الحديد والفولاذ، أو في صناعة وتشكيل وإنتاج المنتجات الاستهلاكية من الحديد والفولاذ .
أنواع الحديد والفولاذ
المواد الفلزية المعروفة التي يطلق عليها الحديد والفولاذ هي في الواقع سبائك لعنصر الحديد , وبوجه عام فإن الفولاذ هو سبيكة من عنصري الحديد والكربون , ولا تزيد نسبة الكربون فيها على 2%. وتحتوي معظم أنواع الفولاذ في الغالب بالإضافة إلى الكربون، على كمية من عنصر المنجنيز، كما يحتوي عدد من سبائك الفولاذ أيضًا على عددآخر من عناصر أخرى بجانب ما ذكر من عناصر. تعتمد خواص أي نوع من أنواع الحديدوالفولاذ إلى حد بعيد على التركيب الكيميائي للسبيكة. ويمكن أن تتغير هذه الخواص بدرجة ملحوظة بإجراء عمليات التسخين والتشكيل.
وعلى الرغم من وجود آلاف من أنواع مختلفة من الحديد والفولاذ ، إلا أنه يمكن تقسيم أنواع الحديد إلى المجموعات التالية: 1- حديد التمساح، 2- الحديد الزهر، 3- الحديد المليف (أو المطاوع) . كما يمكن تقسيم الأنواع المختلفة من الفولاذ إلى أربع مجموعات: 1- الفولاذ الكربوني، 2- الفولاذ السبيكي، 3- الفولاذ غير القابل للصدأ، 4- فولاذ العددَ.
حديد التمساح : هو الحديد الناتج من الفرن العالي . وتحتوي معظم أنواع حديد التمساح على 93% حديد، ومن 3% إلى 4%، كربون بالإضافة إلى كميات أقل من عناصر أخرى. وأصل مصطلح تماسيح الحديد يعود إلى الطريقة الأولى التي اتبعت في عمليات صب مصهور الحديد الناتج من الفرن العالي إلى منظومة من القوالب وضعت حول قناة مركزية.
ولقد أطلق على القضبان الحديدية المتكونة داخل قالب الصب اسم التمساح . وفي الوقت الراهن يستخدم معظم خام حديد التمساح في حالته المنصهرة في صناعة الفولاذ، ولا يجري صبه في قوالب. ولكن كمية صغيرة منه فقط تصب كما كان يحدث في السابق، وذلك لتصنيع حديد الزهر أو الحديد المليف.
الحديد الزهر: هو أي نوع من سبائك الحديد المحتوية علىنسبة عالية من الكربون، حيث تتراوح نسبة الكربون فيه بين 2% و 4%، كما يحتوي على السليكون بنسب تتراوح بين 1% و 3%. ونظرًا لارتفاع نسبة الكربون في الحديد الزهر،فإنه لا يمكن تشكيله وهو في حالته الجامدة مهما كانت درجة الحرارةالتي سيتم تسخينه إليها. ويشكل الحديد الزهر إلى الأشكال التجارية المفيدة بصب السبيكة المنصهرة في قوالب، ثم تترك حتى تتجمد. ومما يساعد على استخدام الحديد الزهر في العديد من التطبيقات ما يتميز به من: صلادة، وانخفاض تكلفة، ومقدرة عالية على امتصاص الصدمات. ولهذه الأسباب يعد الحديد الزهر مادة إنشاءات مفيدة ومهمة.
الحديد المطاوع: هو تقريبًا حديد نقي مخلوط مع مادة تشبه الزجاج . وعلى العكس من حديد الزهر فإن الحديد المطاوع قابل للطَّرْق، ولهذا يمكن طرقه إلى أشكال مختلفة . ويقاوم الحديد المطاوع التآكل (الصدأ) بصورة أفضل من مقاومة الحديد الزهر.
ولقد كان الحديد المطاوع أحد صور المواد الحديدية التي استخدمت كثيرًا في الماضي لإنتاج الكثير من المنتجات التجارية التي يجري تصنيعها حاليًا من الفولاذ. وفي الوقت الراهن لا تنتج شركات الفولاذ إلا كميات صغيرة ومحدودة من الحديد المطاوع ، ويستخدم معظمها في صناعة قضبان السكك الحديدية ، والبوابات وبعض أعمال الديكور والزخرفة.
الفولاذ الكربوني: يعد أكثر أنواع الفولاذ استخدامًا . وتعتمد خواص الفولاذ الكربوني اعتمادًا كليا على ما يحتويه من كربون. وتحتوي معظم أنواع الفولاذ الكربوني في الغالب على نسبة كربون أقل من 1%. ويصنع الفولاذ الكربوني في صور منتجات متعددة تشمل قضبان الإنشاءات وأجسام السيارات ومعدات المطابخ والعلب.
الفولاذ السبيكي: هو الفولاذ المحتوي على بعض الكربون ، لكن خواصه تعتمد بصورة أساسية على العناصر الكيميائية الأخرى المضافة للسبيكة. ويعمل كل عنصر من العناصر المضافة على تحسين خاصية واحدة أو أكثر من خواص الفولاذ. وعلى سبيل المثال، فإن إضافة المنجنيز للفولاذ تزيد صلادته ومتانته ومقاومته للبلى . وتساعد إضافة النيكل على رفع المتانة وبخاصة للفولاذ المستخدم عند درجات الحرارة شديدة الانخفاض . ويعمل المولبيدنوم على رفع الصلادة وتحسين مقاومة الفولاذ للتآكل، بينما ترفع إضافة التنجستن من مقاومة الفولاذ للحرارة. وعلاوة على إضافة العناصر المذكورة إلى الفولاذ فهناك عناصر أخرى تضاف إليه وتشمل الألومنيوم والكروم والنحاس والسليكون والتيتانيوم والفاناديوم.
الفولاذ غير القابل للصدأ:يعد أفضل أنواع الفولاذ في مقاومة التآكل . ويعتبر الكروم العنصر الأساسي لسبيكة الفولاذ غير القابل للصدأ . وتحتوي جميع أنواع سبائك الفولاذ غير القابل للصدأ على 12% كروم على الأقل. وترتفع هذه النسبة لتصل في بعض السبائك إلى 30%. كما تحتوي أعداد كبيرة من سبائك الفولاذ غير القابل للصدأ أيضًا على عنصر النيكل . ويصنع من الفولاذ غير القابل للصدأ الكثيرمن الأدوات المنزلية مثل السكاكين والملاعق والأطباق والأوعية والقدور. كما تستخدم الأنواع المختلفة من الفولاذ غير القابل للصدأ في إنتاج الكثير من المنتجات المهمة الأخرى مثل أجزاء السيارات وأجهزة المستشفيات والشفرات الحادة.
فولاذ العُدد: أعلى جميع أنواع الفولاذ صلادة ، فصلادته عالية جدًا. وهو يستخدم أساسًا في صناعة وإنتاج عِدَد تشكيل المواد الفلزية. ويصنع فولاذ العُدَد من خلال تلدين بعض الأنواع الخاصة من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ السبيكي. وتُجرى عملية التلدين بتسخين الفولاذ إلى درجة حرارة عالية، ثم يبرَّد بعدئذ بسرعة
من أرخص الفلزات في العالم وأقلها كلفةً وأكثرها استخدامًاوأفضلها نفعًا,وتستخدم المنتجات الحديدية الصلدة ذات القدرة العالية على التحمل،في صناعة آلاف المنتجات المستخدمة في الحياة اليومية, وتتراوح هذه المنتجات من محابس الأوراق إلى السيارات. كما يُصنع من الحديد والفولاذ الآلات التي تساهم تقريبًا في إنتاج كل شيء نستعمله في حياتنا بما في ذلك الملابس والمنازل والطعام.
وتستخدم كلمة حديد للتعبير عن كل من عنصر الحديد وعدد من سبائك(خلائط)الحديد مع عدد من العناصر الفلزية. ويمثل الحديد واحدًا من أكثر العناصر الكيميائية المشهورة انتشارًا في القشرة الأرضية، لكنه لا يوجد في صورة مفردة نقية بل في صورة مركبات يطلق عليها خامات الحديد. كما أن بعض النيازك تحتوي أيضًا على الحديد. ويَستخدم الصناع سبائك الحديد في تصنيع وإنتاج كل ما يعرف باسم المنتجات الحديدية.
ويُنتج الفولاذ بتنقية الحديد وسبكه بالعناصر الفلزية المختلفة. ولهذا يُعد الحديد المادة الأولية لإنتاج الفولاذ، كما يمكن اعتبار الفولاذ صورة نقية من الحديد. ويشبه ذلك تمامًا كون البترول من نواتج تنقية (تكرير) الزيت، وذلك على الرغم من أن خواص واستخدامات الحديد والفولاذ تختلف بصورة كبيرة بدرجة اختلاف استخدام الزيت والبترول.
وخامات الحديد ترسبات معدنية أو صخرية تركز فيها الحديد أثناء تكوين القشرةالأرضية. ويقوم صناع الفولاذ بتكسير هذه الخامات ومعالجتها لإنتاج رُكازات الحديد التي تكون فيها درجة تركيز الحديد أعلى من درجة تركيزه في الخامات الأولية، ثم تحول المركزات الناتجة إلى فلز الحديد عن طريق تسخينها مع مواد أولية أخرى في أفران ضخمة. ويستخدم معظم فلز الحديد الناتج من عمليات الاستخلاص في صناعة الفولاذ، وإن كان يستخدم جزء قليل منه في تصنيع منتجات حديدية أخرى. ويقوم صناع الفولاذ بتحويل فلز الحديد إلى فولاذ سائل بعملية التنقية في أفران خاصة، حيث يسخن فيها أيضًا المنتجات الحديدية المعاد استخدامها وكذلك خردة الفولاذ. وبعد إنتاج الفولاذ السائل يتم تشكيله في أشكال مختلفة من الألواح والقضبان والأعمدة والأسياخ والأسلاك والأنابيب وأي شكل أخر من الأشكال المناسبة للاستعمال . وتقوم معظم المصانع الحديثة لإنتاج الفولاذ بإجراء مختلف خطوات صناعة الفولاذ بدءًا من صهر واختزال خامات الحديد إلى عمليات إنتاج الفولاذ ، ثم عمليات التشكيل المختلفة للصور المفيدة للاستعمال.
بُدئ في استخدام الحديد منذ الأزمان الغابرة ، ويُعتقد أن الناس قد استخدموه قبل الميلاد بحوالي أربعة آلاف سنة، وكانت بداية الاستعمال باستخدام حديد النيازك . وقدصُنِّع حديد النيازك في أشكال عدة منها التحف والأسلحة والعدَد والأدوات المنزلية . وعلى الرغم من البدايات المتقدمة لاستعمال الحديد، إلا أنه من غير المعروف على وجه التحديد أين ومتى بدأ استخلاص الحديد من خاماته . ويعتقد أن عمليات استخلاص الحديد قد بدأت ونمت، ثم تطورت في أماكن متفرقة من العالم بصورة مستقلة كل عن الأخرى، وبخاصة فيما يعرف الآن بمناطق الشرق الأوسط والصين والهند . ومنها انتشرت بسرعة بعد ذلك إلى مناطق مختلفة من العالم. وبحلول القرن العاشر قبل الميلاد ازدهرت صناعة الحديد كثيرا وأصبحت في متناول معظم الحضارات المعروفة في ذلك الوقت . أما صناعةالفولاذ فقد بدأت بكميات صغيرة ومحدودة وفي نوعية رديئة . واستمرت صناعة الفولاذ في هذه الفترة بهذه الصورة لعدم إمكان تصنيعه بأسعار مقبولة . ولم يكن إنتاجه متاحًابكميات كبيرة إلا في نهاية القرن التاسع عشر الميلادي . ثم تطورت تقنية صناعة الفولاذ بسرعة كبيرة خلال نهاية النصف الثاني من القرن العشرين.
وفي الوقت الراهن يعد إنتاج الحديد والفولاذ واحدًا من أهم الصناعات حيوية في العالم. ويعمل في هذه الصناعات ملايين العمال في المصانع ووحدات الإنتاج في أنحاء العالم . وبالإضافة إلى العاملين في المصانع فهناك ملايين أخرى تعمل في إعداد وتصنيع الآلات، والمواد الخام ، والطاقة اللازمة لشركات صناعة الحديد والفولاذ، أو في صناعة وتشكيل وإنتاج المنتجات الاستهلاكية من الحديد والفولاذ .
أنواع الحديد والفولاذ
المواد الفلزية المعروفة التي يطلق عليها الحديد والفولاذ هي في الواقع سبائك لعنصر الحديد , وبوجه عام فإن الفولاذ هو سبيكة من عنصري الحديد والكربون , ولا تزيد نسبة الكربون فيها على 2%. وتحتوي معظم أنواع الفولاذ في الغالب بالإضافة إلى الكربون، على كمية من عنصر المنجنيز، كما يحتوي عدد من سبائك الفولاذ أيضًا على عددآخر من عناصر أخرى بجانب ما ذكر من عناصر. تعتمد خواص أي نوع من أنواع الحديدوالفولاذ إلى حد بعيد على التركيب الكيميائي للسبيكة. ويمكن أن تتغير هذه الخواص بدرجة ملحوظة بإجراء عمليات التسخين والتشكيل.
وعلى الرغم من وجود آلاف من أنواع مختلفة من الحديد والفولاذ ، إلا أنه يمكن تقسيم أنواع الحديد إلى المجموعات التالية: 1- حديد التمساح، 2- الحديد الزهر، 3- الحديد المليف (أو المطاوع) . كما يمكن تقسيم الأنواع المختلفة من الفولاذ إلى أربع مجموعات: 1- الفولاذ الكربوني، 2- الفولاذ السبيكي، 3- الفولاذ غير القابل للصدأ، 4- فولاذ العددَ.
حديد التمساح : هو الحديد الناتج من الفرن العالي . وتحتوي معظم أنواع حديد التمساح على 93% حديد، ومن 3% إلى 4%، كربون بالإضافة إلى كميات أقل من عناصر أخرى. وأصل مصطلح تماسيح الحديد يعود إلى الطريقة الأولى التي اتبعت في عمليات صب مصهور الحديد الناتج من الفرن العالي إلى منظومة من القوالب وضعت حول قناة مركزية.
ولقد أطلق على القضبان الحديدية المتكونة داخل قالب الصب اسم التمساح . وفي الوقت الراهن يستخدم معظم خام حديد التمساح في حالته المنصهرة في صناعة الفولاذ، ولا يجري صبه في قوالب. ولكن كمية صغيرة منه فقط تصب كما كان يحدث في السابق، وذلك لتصنيع حديد الزهر أو الحديد المليف.
الحديد الزهر: هو أي نوع من سبائك الحديد المحتوية علىنسبة عالية من الكربون، حيث تتراوح نسبة الكربون فيه بين 2% و 4%، كما يحتوي على السليكون بنسب تتراوح بين 1% و 3%. ونظرًا لارتفاع نسبة الكربون في الحديد الزهر،فإنه لا يمكن تشكيله وهو في حالته الجامدة مهما كانت درجة الحرارةالتي سيتم تسخينه إليها. ويشكل الحديد الزهر إلى الأشكال التجارية المفيدة بصب السبيكة المنصهرة في قوالب، ثم تترك حتى تتجمد. ومما يساعد على استخدام الحديد الزهر في العديد من التطبيقات ما يتميز به من: صلادة، وانخفاض تكلفة، ومقدرة عالية على امتصاص الصدمات. ولهذه الأسباب يعد الحديد الزهر مادة إنشاءات مفيدة ومهمة.
الحديد المطاوع: هو تقريبًا حديد نقي مخلوط مع مادة تشبه الزجاج . وعلى العكس من حديد الزهر فإن الحديد المطاوع قابل للطَّرْق، ولهذا يمكن طرقه إلى أشكال مختلفة . ويقاوم الحديد المطاوع التآكل (الصدأ) بصورة أفضل من مقاومة الحديد الزهر.
ولقد كان الحديد المطاوع أحد صور المواد الحديدية التي استخدمت كثيرًا في الماضي لإنتاج الكثير من المنتجات التجارية التي يجري تصنيعها حاليًا من الفولاذ. وفي الوقت الراهن لا تنتج شركات الفولاذ إلا كميات صغيرة ومحدودة من الحديد المطاوع ، ويستخدم معظمها في صناعة قضبان السكك الحديدية ، والبوابات وبعض أعمال الديكور والزخرفة.
الفولاذ الكربوني: يعد أكثر أنواع الفولاذ استخدامًا . وتعتمد خواص الفولاذ الكربوني اعتمادًا كليا على ما يحتويه من كربون. وتحتوي معظم أنواع الفولاذ الكربوني في الغالب على نسبة كربون أقل من 1%. ويصنع الفولاذ الكربوني في صور منتجات متعددة تشمل قضبان الإنشاءات وأجسام السيارات ومعدات المطابخ والعلب.
الفولاذ السبيكي: هو الفولاذ المحتوي على بعض الكربون ، لكن خواصه تعتمد بصورة أساسية على العناصر الكيميائية الأخرى المضافة للسبيكة. ويعمل كل عنصر من العناصر المضافة على تحسين خاصية واحدة أو أكثر من خواص الفولاذ. وعلى سبيل المثال، فإن إضافة المنجنيز للفولاذ تزيد صلادته ومتانته ومقاومته للبلى . وتساعد إضافة النيكل على رفع المتانة وبخاصة للفولاذ المستخدم عند درجات الحرارة شديدة الانخفاض . ويعمل المولبيدنوم على رفع الصلادة وتحسين مقاومة الفولاذ للتآكل، بينما ترفع إضافة التنجستن من مقاومة الفولاذ للحرارة. وعلاوة على إضافة العناصر المذكورة إلى الفولاذ فهناك عناصر أخرى تضاف إليه وتشمل الألومنيوم والكروم والنحاس والسليكون والتيتانيوم والفاناديوم.
الفولاذ غير القابل للصدأ:يعد أفضل أنواع الفولاذ في مقاومة التآكل . ويعتبر الكروم العنصر الأساسي لسبيكة الفولاذ غير القابل للصدأ . وتحتوي جميع أنواع سبائك الفولاذ غير القابل للصدأ على 12% كروم على الأقل. وترتفع هذه النسبة لتصل في بعض السبائك إلى 30%. كما تحتوي أعداد كبيرة من سبائك الفولاذ غير القابل للصدأ أيضًا على عنصر النيكل . ويصنع من الفولاذ غير القابل للصدأ الكثيرمن الأدوات المنزلية مثل السكاكين والملاعق والأطباق والأوعية والقدور. كما تستخدم الأنواع المختلفة من الفولاذ غير القابل للصدأ في إنتاج الكثير من المنتجات المهمة الأخرى مثل أجزاء السيارات وأجهزة المستشفيات والشفرات الحادة.
فولاذ العُدد: أعلى جميع أنواع الفولاذ صلادة ، فصلادته عالية جدًا. وهو يستخدم أساسًا في صناعة وإنتاج عِدَد تشكيل المواد الفلزية. ويصنع فولاذ العُدَد من خلال تلدين بعض الأنواع الخاصة من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ السبيكي. وتُجرى عملية التلدين بتسخين الفولاذ إلى درجة حرارة عالية، ثم يبرَّد بعدئذ بسرعة
الموقع
المزاج
العمل/الترفيه
