فولاد و اهمیت آن

به جرئت می توان گفت فولاد پس از نفت مهمترین ماده ای ست که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. طبق آخرین آمار مربوط به سال ۲۰۲۱، در این سال نزدیک به ۱ هزار و ۹۵۰ میلیون تن فولاد در جهان تولید شده است که در مقایسه با سال ۲۰۲۰ به میزان ۳٫۷ درصد رشد داشته است. برای اینکه در ذهن خود تصوری از این میزان فولاد داشته باشید بد نیست بدانید که وزن فولاد برج ایفل ۷ هزار و۳۰۰ تن است. یعنی با میزان تولید فولاد سال ۲۰۲۱ می توان تقریبا ۲۶۷ هزار برج ایفل ساخت !

تصویر شماره ۱ – نمایی از برج ایفل به عنوان یک سازه ی فولادی

البته باید گفت که فولاد یک عنوان بسیار کلی ست. در یک تعریف ساده، فولاد آلیاژی از آهن و کربن است. البته عناصر آلیاژی دیگری مانند نیکل، کروم، منگنز، آلومینیوم، مس، سیلیسیم و … نیز می تواند در ساختار آن وجود داشته باشد. بر حسب اینکه این عناصر چه هستند و با چه درصدی در فولاد وجود دارند و همچنین عملیات حرارتی و فرایند تولید، امروزه گریدهای مختلفی از فولاد تولید شده است. به گونه ای که تعداد انواع فولادهایی تا کنون ساخته شده است بیش از ۳۵۰۰ نوع برآورد می گردد. این گریدها به طرق مختلف تقسیم بندی می شوند که یکی از مرسوم ترین آن ها دسته بندی فولادها بر اساس میزان کربنی ست که در ساختار آن ها وجود دارد. همچنین می توان فولاد ها را از نظر کاربرد نیز تقسیم بندی کرد. به عنوان مثال فولادهایی که در صنعت ساختمان و برای ساخت سازه ها به کار گرفته می شوند را فولاد ساختمانی می گویند. به همین ترتیب فولاد ابزار، فولاد فنر و … از انواع مختلف فولادها هستند.

فولاد ساختمانی از مهمترین فولادهایی ست که تولید می شود و ۹۵ درصد از سهم تولید فولاد جهان را به خود اختصاص داده اند.

با توجه به اهمیت فولادهای ساختمانی در این مقاله قصد داریم در خصوص این دسته ی پرکابرد از فولادها، مشخصات، انواع و استانداردهای آن صحبت کنیم. چنانچه به این موضوع علاقمند هستید پیش نهاد می کنیم که تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید.

آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:

• فولاد ساختمانی (Structural Steel) چیست؟
• چرا فولاد ساختمانی پر کاربرد است؟
• ویژگی های فولاد ساختمانی
• انواع فولاد ساختمانی
• نام گذاری فولاد ساختمانی بر اساس استاندارد DIN

فولاد ساختمانی (Structural Steel) چیست؟

گفته شد که فولادها را به طرق مختلف می توان دسته بندی کرد. فولاد ساختمانی از انواع فولاد است که از آن برای ساخت مقاطع و مصالح ساختمانی استفاده می شود. این نوع فولادها جز فولادهای ساده کربنی هستند و میزان کربن آنها حداکثر به ۰.۳ درصد می رسد.

بیشتر مطالعه کنید: فولاد کربنی و کاربردهای آن 

چرا فولاد ساختمانی پر کاربرد است؟

برای هر کاربردی دو مساله حائز اهمیت است. یکی قیمت و دیگری ویژگی های متناسب با آن کاربرد. فولاد ساختمانی از نظر هر دوی این فاکتورها شرایط بسیار مطلوبی دارد و همین موجب شده است تا به طور وسیع از آن برای ساخت مقاطع فولادی استفاده شود. فرایند ساخت انبوه فولاد ساختمانی پیچیده نیست و می توان آن را با قیمت معقولی تولید کرد. از طرف دیگر از نظر ویژگی های فیزیکی و مکانیکی برای استفاده در صنعت ساختمان مناسب است. فولاد ساختمانی را می توان به راحتی فرم داد. قابلیت جوشکاری خوبی دارد و از استحکام و دوام مناسبی برخودار است.

تصویر شماره ۲ – استفاده از فولاد در ساخت بنا

ویژگی فولاد ساختمانی

هنگامی که به بررسی یک فولاد می پردازیم برخی از ویژگی ها مانند چقرمگی، قابلیت جوش پذیری، مقاومت به خوردگی، استحکام کششی، استحکام تسلیم و … از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.

بخشی از این ویژگی ها را می توان در نموداری تحت عنوان نمودار تنش-کنش مشاهده کرد.

در تصویر زیر می توانید نمودار تنش-کرنش یک نمونه از فولاد ساختمانی را مشاهده کنید.

تصویر شماره ۳ – نمودار تنش-کرنش دو نمونه از فولاد ساختمانی

چقرمگی

چقرمگی به میزان توانایی یک ماده برای جذب انرژی و تغییر شکل پلاستیک از اینکه بر اثر آن نیرو بشکند گفته می شود. هر چه یک ماده تردتر و شکننده تر باشد از چقرمگی کمتری برخودار است.

در نمودار تنش-کرنش چقرمگی را سطح زیر نمودار تعریف می کنند.

فولادهای ساختمانی از چقرمگی مطلوبی برخوردار هستند و می توان از آن ها در ساخت سازه های مهندسی استفاده نمود.

بیشتر مطالعه کنید: چقرمگی در فولاد به چه معناست؟

قابلیت جوش پذیری فولادهای ساختمانی

در طی عملیات ساخت و ساز موارد زیادی پیش می آید که لازم است دو قطعه ی فولادی به وسیله ی عملیات جوش به یکدیگر متصل شوند. این جاست که اهمیت جوش پذیری فولاد خود را نشان میدهد.

جوش پذیری ارتباط مستقیم با میزان کربن موجود در فولاد دارد. هر چه میزان کربن بیشتر باشد جوش پذیری فولاد نیز کاهش می یابد. فولادهای ساختمانی معمولا از جوش پذیری مناسبی برخوردار هستند و نیازی به عملیات پیش گرم یا پس گرم کردن ندارند. هر چند در بین فولادهای ساختمانی نیز تفاوت در قابلیت جوشکاری دیده می شود و برخی از انواع فولاد ساختمانی نسبت به سایرین از جوش پذیری بهتری برخوردارند.

تصویر شماره ۳ – جوشکاری فولاد ساختمانی

مقاومت به خوردگی و زنگ زدگی در فولاد ساختمانی

فولادهای ساختمانی ضد زنگ نیستند و در اثر قرار گرفتن در شرایط مساعد دچار خوردگی می شوند. هر چند خوردگی که در این نوع فولاد اتفاق می افتد از نوع یکنواخت است و خطر زیادی برای سازه ها ایجاد نمی کند و با بازرسی های دوره ای و عملیات نگهداری می توان برای سال های طولانی از فولاد ساختمانی استفاده و محافظت نمود.

البته گروه های دیگری از فولادها مانند استنلس استیل ها وجود دارند که مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی دارند. اما این فولادها به دلیل وجود عناصر آلیاژی مانند کروم ونیکل قیمت بالایی دارند و از نظر اقتصادی استفاده از آن ها برای ساخت سازه ی یک بنا مقرون به صرفه نیست.

شکل پذیری مناسب

فولاد ساختمانی را می توان تحت عملیات نورد سرد یا نورد گرم به شکل های مختلفی از جمله تیرآهن ، نبشی ، ناودانی و … که کاربرد فراوانی در ساخت و ساز دارند تبدیل کرد.

انواع فولاد ساختمانی

فولادهای ساختمانی بر حسب شکل سطح مقطع نیز قابل دسته بندی هستند. از انواع مقاطعی که از فولاد ساختمانی برای ساخت آن ها استفاده می شود می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• میلگرد
• ورق
• انواع تیرآهن
• نبشی
• ناودانی
• قوطی پروفیل
• سپری
• پروفیل زد
• انواع لوله
• و …

نام گذاری فولاد ساختمانی بر اساس استاندارد DIN

با توجه به تنوع بسیار زیاد انواع فولاد و لزوم داشتن مشخصات شیمیایی و فیزیکی در محدوده ی قابل قبول از دیر باز استانداردهایی برای تولید، نام گذاری، تست و سایر مشخصات فولادها تدوین شده است. یکی از استانداردها استاندارد DIN آلمان است که در ایران نیز بسیار پرکاربرد است. به عنوان نمونه در استاندارد DIN17006 به روش های نامگذاری فولادهای ساختمانی اشاره شده است. در این استاندارد برای نامگذاری وشناسایی فولادها از حرف St به همراه یک دو رقمی بعد از آن استفاده می شود. انواع پرکاربرد فولاد ساختمان بر اساس این سیستم نامگذاری عبارت است از:

• فولاد St12
• فولاد St37
• فولاد St52
• فولاد St60
• فولاد St44

حرف St در این سیستم مخفف کلمه Stahl (فولاد به آلمانی) ست. عدد مقابل آن نیز استحکام نهایی فولاد است. هر چه این عدد کم تر باشد یعنی فولاد از استحکام پایینتری برخوردار است. این فولادها اغلب به صورت ورق در می آیند و در مواردی که نیاز به شکل پذیری خوبی باشد مانند صنعت خودرو از آن ها استفاده می شود. البته این استاندارد از حروف و اعداد دیگری نیز برای بیان دقیقتر مشخصات فولاد ساختمانی استفاده می کند در مقاله ای جداگانه به آن خواهیم پرداخت.

چنانچه به مطالعه بیشتر در خصوص سیستم نامگذاری فولادها بر اساس استانداردهای مختلف علاقمند هستید می توانید مقاله “ نامگذاری فولاد در سیستم ه