الفرق بين الحديد و الفولاذ

الفرق بين الحديد و الفولاذ

الحديد عنصر كيميائي فلزي، وهو أحد أقدم المعادن اكتشافا

هو رابع العناصر تواجدا في القشرة الأرضية، غالباً ما يتواجد في الطبيعة في صورة أكاسيد. في هيئته العنصرية هو فلز قابل للطرق والسحب. ويعتبر الحديد وسبائكه أكثر المواد المعدنية استخداماً على الإطلاق. كما يُعتبر الحديد أكثر العناصر الكيميائية استقراراً على الإطلاق بسبب توازن القوة الكهرومغناطيسية والقوة النووية القوية داخل نواة الذرة، فالعناصر الأخفّ وزناً يمكنها من خلال الاندماج النووي - والعناصر الأثقل وزناً من خلال الانشطار النووي - أن يصبحوا أقرب في صفاتهم للحديد. تحتوي النيازك الساقطة على الأرض على كميات من الحديد قد تصل إلى 90% من كتلة النيازك.

اما الفولاذ فهو مادة سبائكية اي تتكون من عدة عناصر حرة , بالنسبة لسبيكة الفولاذ فتتكون من عنصر الحديد وعنصر الكاربون وكلما تغيرت نسبة الكاربون الى الحديد نتج عنه نوع مختلف من الفولاذ , اختلاف النوع ينسحب على الاختلاف بالخواص والاستخدام, هذا يفسر ايضا الفرق بين انواع الفولاذ(الفولاذ المطاوع,حديد الزهر , الستنلس ستيل

الفولاذ هو سبيكة من الحديد تحتوي على إضافات من الكربون تتراوح بين (0.2% - 2.1%) من وزن السبيكة حسب نوع السبيكة، لاعطائة قوه

الفولاذ هو سبيكة من الحديد تحتوي على إضافات من الكربون تتراوح بين (0.2% - 2.0%) من وزن السبيكة حسب نوع السبيكة، وهو يعتبر العنصر المضاف الأساسي في سبائك الصلب. إذا زادت نسبة الكربون في الحديد عن 1و2 % يصبح هشا ويسمى في تلك الحالة حديد زهر. تحتوي سبائك الصلب على نسب من معادن أخرى مثل النيكل والكروم والفاناديوم والسيليكون والموليبدينيوم والفسفور والكبريت غيرها من العناصر الأخرى.[1] يقوم الكربون وعناصر أخرى بتقسية الصلب، ومنع طبقات الحديد في البنية البلورية من الانزلاق فوق بعضها البعض (الانخلاع). باختلاف العناصر المضافة لسبائك الصلب وشكل وجودها في الصلب (كعناصر ذائبة في المعدن أو كترسبات في المعدن)، تختلف خواص السبائك مثل الصلادة والمرونة ومقاومة السبيكة للشد في سبيكة الصلب الناتجة عن تلك الإضافات.

عندما تزداد نسبة الكربون في السبيكة عن (2.1%)، يطلق على هذه السبيكة اسم الحديد الزهر والتي تتميز بانخفاض درجة انصهارها وقابليتها للتسبك (en)‏.[1]

تاريخ الفولاذ المقاوم للصدأ

واول من صنع الحديد دون استخدام الفحم الخشبي ابنه ابراهام داربي عام (1735), وقد خلق الحدث في المملكة المتحدة اصداءاً واسعة.

ان الفحم الحجري كان يتواجد بوفرة في البلد. ويمكن الحصول  على مقدار كبير من فحم الكوك.  اي انه كان بوسعه تزويد الافران بالوقود بوفرة.  وازدادت معها انتاج وصنع الحديد والفولاذ ازدياداً كبيرا. وانفتحت معها عصر الحديد الصلب الذي غير مصير الحضارة في المملكة المتحدة. وكانت صب الحديد  عند وفاة  الاب ابراهام 600 طن, فقد ارتفعت هذا المقدار الى 10.000 طن عند وفاة ابنه, والى 15.000   عند وفاة حفيده.

ورغم الانتاج الواسع والكبير, ان الصناعات البريطانية لم تستطيع التخلص من القذف والحط والتشويه في السمعة, لان المنتجات من حيث المقادير كانت كافية ووافية, الا انها كانت بجودة سيئة ورديئة جداً. فالحديد كان مملوءاً برغوات المعادن. وعند الحاجة الى الحديد ذات النوعية الجيدة كانت تلتجئ الى السويد وروسيا وهم لا يزالوا يواصلون استخدام الفحم الخشبي في صناعة الحديد.

واخيراً استنفد صبر صائغ , واستطاع تصنيع الفولاذ الذي بغيه. الا وهو كان رجل بريطاني يدعى باسم دونكاسترلي بنجامين هانتسمان ( 1704-1776 ).  ووضع الفولاذ المسمنتة في قالب كبير مقاوم لحرارة كبيرة وصب عليه الماء. وانصهر الحديد الفولاذي واصبح لينا بحيث يمكن وضعه في اي شكل مراد. الا ان هذا النوع من الفولاذ لا يمكن الصنع الا اقل القليل منها. ولهذا كان ثمنها مرتفع جداً. فالمهندسين الذين يعوزون لاطنان من الفولاذ, لم يكونوا  سعداء من هذه الكشوفات. ولم يرد مصنع شيفيلد للفولاذ استخدام فولاذ هنتسمان نظراً لكونه صلبة جداً.

ان الكاربون اهم العناصر في صناعة الحديد الزهر, فيستوجب اعطاء عنصر الكربون الى الحديد الخالي من الكربون, او ازالة الكربون  الزائد عن الصب.  وسلك حتى ذلك اليوم الطريق الاول. الا ان هذا الطريق كان لا يلبي حاجيات الاسواق بالفولاذ. و من الاوفى محاولة الطريق الاخر.  وعامل المنجم البريطاني هنري كورت كان في نفس الاعتقاد. ومن اجل تصفية الصب من الكاربون قام بخلط مادة مؤكسدة وسخنها حتى لتكون  جذوة وهاجة. وازال الكربون الزائد من الصب, وقام بالضرب على الحديد لازالة الرغوات والفقاعات عن الصب الفولاذي. وتسمى افران كورت "بافران اللهب الطويل", والنهج المستخدم فيها تسمى "بودلاج" ( اي تهدئة حديد الصب في الافران). وبفضل هذه الكشوفات امكن الحصول على فولاذ بمقادير تكفي استخدامها في المصانع.  وتوقفوا عن استيراد الفولاذ وعن احتكار السويد وروسيا. . وهكذا اصبح بريطانيا مهيمناً على اسواق الفولاذ. واثبت نفسه للعالم من الناحية المعدنية و من ناحية الانتاج الجيد. وارتفع الانجليز الى مستوى عالي من حيث التعدين لا يقبل معها نظير

في كثير من البلدان العالمية دعو المهندسين البريطانيين لاقامة مصانع حديد الفولاذ  في بلدانهم. وابتدا مراجعة المهندسين البريطانيين في موضوع صناعة الوسائط والمركبات المعدنية. وقام البريطانيين بتاسيس  اول الافران الطويلة في فرنسا والمانيا (1787), وتركيب المراجل البخارية الكبيرة.  ومما سبق نستطيع القول  بان البريطانيين كانوا يحتفظون زمام الصناعة بايديهم ويحكمون بها.