يُعتبر الفولاذ أكثر المعادن استخدامًا اليوم، ولذلك من المفيد فهم درجة انصهاره. تتراوح درجة انصهار الفولاذ بين 1150 و1370 درجة مئوية، أو بين 2500 و2800 درجة فهرنهايت. يُسخّن الفولاذ حتى يصل إلى درجة انصهاره، ثم يُصبّ في أجزاء مختلفة للاستخدام اليوم.
ما هي درجة انصهار الفولاذ؟
تتراوح درجة انصهار الفولاذ بين 1150 و1370 درجة مئوية، أو ما يعادل 2500 و2800 فهرنهايت. ومع اقتراب الفولاذ من هذه الدرجات القصوى من الحرارة، يبدأ باللين، ثم يذوب في النهاية متحولًا إلى سائل.
يمكن صب الفولاذ السائل بأشكال مختلفة، وخلطه بمعادن أخرى لتغيير تركيبه. يتميز الفولاذ بدرجات انصهار متنوعة، إذ يتغير تركيبه باختلاف استخداماته.
مع إضافة معادن إضافية ومواد مضافة أخرى، مثل الكربون، إلى المعدن، ترتفع درجة انصهاره أو تنخفض. قد يحتوي الفولاذ المُصمم للاستخدام في درجات حرارة عالية على كربون إضافي لزيادة مقاومته للحرارة. يتطلب الفولاذ عالي الكربون درجات حرارة أعلى لينصهر، ولذلك قد يلزم أحيانًا درجات حرارة 1370 درجة مئوية أو 2800 فهرنهايت لصهر الفولاذ.
نقطة انصهار أنواع الفولاذ المختلفة
الفولاذ المعتدل (0.05 – 0.25% كربون)
يُعرف الفولاذ الطري، أو الفولاذ منخفض الكربون، بأنه أكثر ليونة وأسهل صهرًا من الفولاذ متوسط وعالي الكربون. يُعد هذا المعدن شكلًا أنقى من الفولاذ، وينصهر عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 1350 درجة مئوية أو 2462 فهرنهايت.
فولاذ متوسط الكربون (0.30 – 0.60% كربون)
مع زيادة كمية الكربون، يتحول الفولاذ الطري إلى فولاذ متوسط أو فولاذ متوسط الكربون. هذه المادة أكثر صلابة، وتتمتع بدرجة انصهار أعلى تبلغ حوالي ١٤٢٥ درجة مئوية أو ٢٦٠٠ فهرنهايت.
فولاذ عالي الكربون (0.60 – 1.5% كربون)
الفولاذ عالي الكربون هو أصلب أنواع الفولاذ وأكثرها متانة. يحتوي الفولاذ عالي الكربون على أعلى تركيز للكربون في خليطه، ويتطلب درجات حرارة تتراوح بين 1425 و1540 درجة مئوية (2600 و2800 درجة فهرنهايت) لينصهر. يُستخدم الفولاذ عالي الكربون في السكاكين والمطارق والعديد من الأدوات الأخرى لمتانته.
الفولاذ المقاوم للصدأ
الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر صلابةً ومقاومةً للتآكل من الفولاذ العادي، وله نقطة انصهار تُشبه الفولاذ عالي الكربون. يتطلب الفولاذ المقاوم للصدأ درجات حرارة تتراوح بين 1400 و1530 درجة مئوية أو 2550 و2800 درجة فهرنهايت.
| أنواع الفولاذ | محتوى الكابون | نقطة الانصهار (مئوية) | نقطة الانصهار (فهرنهايت) |
| الفولاذ المعتدل | 0.05 – 0.25% | 1350 | 2462 |
| الفولاذ الكربوني المتوسط | 0.30 – 0.60% | 1425 | 2600 |
| الفولاذ عالي الكربون | 0.60 – 1.5% | 1540 | 2800 |
| الفولاذ المقاوم للصدأ | 0.03 – 0.1% | 1530 | 2800 |
عوامل إضافية تؤثر على درجة انصهار الفولاذ
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على درجة انصهار الفولاذ، ولكن أهمها هو تركيز الكربون في المعدن، والشوائب الموجودة، وأي سبائك مستخدمة في خليط المعدن.
تزيد إضافة الكربون إلى الفولاذ من درجة انصهاره، مما يجعله أكثر صلابة ومتانة. كما أن وجود شوائب مختلفة قد يُخفّض درجة انصهاره، مما يُسهّل صهره وتشكيله. كما أن إضافة السبائك قد تُغيّر درجة انصهاره، وعادةً ما تُخفّضها. إن فهم العوامل التي تُغيّر درجة انصهار الفولاذ يُساعدك على تحقيق نتائج أفضل عند صهره وتشكيله.
لماذا يُعد الفولاذ أكثر المعادن المنصهرة شيوعًا اليوم
الفولاذ معدنٌ متينٌ للغاية، يُستخدم في جميع جوانب الحياة تقريبًا. يُمكن إعادة تدويره بالكامل، ويُعتمد عليه لقوته ومتانته. يُستخدم في صناعة الأدوات والمركبات والمباني وغيرها الكثير. هذا المعدن ذو التكلفة المعقولة يُصهر ويُعاد استخدامه باستمرار دون أي تدهور هيكلي. ولهذا السبب يُصهر بكثرة اليوم، وسيستمر صهره وإعادة استخدامه.
نقطة انصهار المعادن الشائعة الأخرى
بينما يُعدّ الفولاذ من أكثر المعادن شيوعًا اليوم، هناك العديد من المعادن الأخرى التي تستحق المعرفة أيضًا. تعرّف على كيفية اختلاف درجات انصهار المعادن الشائعة الأخرى، مثل الرصاص والنيكل والألمنيوم والنحاس، وكيف يُغيّر ذلك كيفية استخدام المعادن.
الألومنيوم
هذه المادة خفيفة الوزن تذوب عند درجة حرارة 660 مئوية أو 1220 فهرنهايت، وتتميز بوزنها الخفيف ومقاومتها للتآكل. كما أن هذا المعدن سهل المعالجة ويُعاد استخدامه بانتظام.
يقود
على الرغم من أن الرصاص لم يعد يستخدم على نطاق واسع كما كان من قبل بسبب مخاوفه الصحية، فإن هذا المعدن الثقيل سهل الذوبان بشكل لا يصدق ولا يتطلب سوى درجات حرارة تبلغ حوالي 328 درجة مئوية أو 622 فهرنهايت.
نحاس
يُحبّذ النحاس لقدرته على نقل الكهرباء، ويُستخدم بكثرة اليوم في الأسلاك. ينصهر النحاس عند درجة حرارة ١٠٨٠ درجة مئوية (حوالي ١٩٨٠ فهرنهايت). بعد انصهاره، يُمكن تمديده وسحبه إلى أشكال أخرى، مما يُسهّل تشكيله في الأسلاك والأنابيب وغيرها من الهياكل.
نحاس
النحاس الأصفر معدن لامع، مقاوم للتآكل والبكتيريا. يُستخدم بكثرة في الديكور اليوم، ويذوب عند درجة حرارة 930 مئوية أو 1710 فهرنهايت. يمكن تشكيل النحاس الأصفر بأي شكل تقريبًا، وهو معدن شائع الاستخدام.
التكنولوجيا المستخدمة لصهر الفولاذ اليوم
يُصهر الفولاذ عادةً باستخدام فرن القوس الكهربائي أو فرن الحث. كلتا التقنيتين فعالتان في صهر الفولاذ، لكنهما تؤديان المهمة بطرق مختلفة.
فرن القوس الكهربائي
فرن القوس الكهربائي هو تقنية حديثة تُسخّن الفولاذ وغيره من معادن الخردة بتعريضها مباشرةً لقوس كهربائي. مع بقاء القوس في قلب الخردة، يتحول إلى سائل مكوّن من الفولاذ المنصهر الذي يُسحب من الفرن ليتم صبّه. يبقى بعض المعدن المنصهر طوال عملية الصهر، مما يُتيح صهر قطع الخردة الجديدة بسرعة.
يُفضّل استخدام فرن القوس الكهربائي على فرن الصهر، لسهولة تشغيله وإيقافه، ولا يُستخدم إلا لصهر المعادن عند الحاجة. كما يُمكنه رفع درجة حرارة الفولاذ بسهولة إلى ما فوق نقطة انصهاره، وهو من أكثر طرق صهر المعادن شيوعًا اليوم.
فرن الحث
بدلاً من استخدام الأقواس الكهربائية لصهر المعادن، يعتمد فرن الحث على المجالات المغناطيسية. يستخدم فرن الحث مجالاً مغناطيسياً يتغير اتجاهه باستمرار وبسرعة. مع تغير هذه المجالات المغناطيسية، تتشكل تيارات إيدي صغيرة داخل الفولاذ داخل الفرن. تستمر هذه التيارات الدوارة في المعدن، فيسخن المعدن بسرعة ويبدأ بالتوهج. في النهاية، يتحول الفولاذ إلى سائل، ويمكن إزالته للاستخدام.
تحظى أفران الحث بشعبية كبيرة بسبب قدرتها على الحفاظ على درجات حرارة محددة وسرعة إيقافها وتشغيلها للاستخدام حسب الحاجة.
تُستخدم تقنيات إضافية لصهر الفولاذ اليوم، لكن معظم الشركات تعتمد إما على فرن الحث أو فرن القوس الكهربائي للتحكم الفائق والتدفئة الفعالة من حيث التكلفة.
خاتمة
بفهم نقطة انصهار الفولاذ، ستفهم التقنية اللازمة لصهره وكيفية سير العملية. يتميز الفولاذ بتعدد استخداماته وكفاءته، والشركات التي تفهم كيفية التعامل معه بفعالية تتمتع بميزة حقيقية.
