الصلب

مقدمة

الصلب Steel هو سبيكة تصنع أساساً من الحديد بمحتوى كربون يتراوح بين 0.2 و 2.04% بالوزن (ك:1000–10,8.67حد), حسب الدرجة. والكربون هو أكثر العناصر السبائكية فاعلية من حيث التكلفة فى سبائك الحديد, إلا أنه يتم استعمال العديد من العناصر السابكة الأخرى مثل المنگنيز, الكروم, الڤناديوم, والتنگستن.^[1] ويعمل الكربون والعناصر الأخرى كعوامل تصليد (تقسية), لمنع الانخلاعات في العقد البلوري لذرات الحديد من الانزلاق أمام بعضهم البعض. ويتحكم مقدار العناصر السابكة وشكل وجودهم في الصلب (solute elements, precipitated phase) في صفات مثل الصلادة, و المطيلية و مقاومة الشد للصلب الناتج. فالصلب ذو المحتوى المرتفع من الكربون يمكن أن يـُصنع ليكون أكثر صلادة harder وأقوى من الحديد, إلا أنه أكثر قصافة.

قابلية الذوبان العظمى للكربون في الحديد (في منطقة الأوستنتيت) هي 2.14% بالوزن, تحدث عند درجة حرارة 1149 °م; التركزات الأعلى من الكربون أو درجات الحرارة الأقل ستنتج سمنتيت.

السبائك ذات محتوى الكربون الأعلى من ذلك تـُعرف باسم حديد زهر بسبب درجة انصهارهم الأقل وقابليتهم للصب.^[1] ويجب أيضاً تمييز الصلب عن الحديد المطاوع المحتوي فقط على كمية ضئيلة جداً من العناصر الأخرى, إلا أنه يحتوي على 1–3% بالوزن من خبث في صيغة حبيبات مستطالة في اتجاه واحد, مما يعطي الحديد grain مميزة. فهو أكثر مقاومة للصدأ من الصلب ويتم لحمه بسهولة.

ومن الشائع اليوم الحديث عن 'صناعة الحديد والصلب' كما لو كانت شيئاً واحداً, ولكنهما تاريخياً كانا منتجـَين منفصلـَين.

بالرغم من أن الصلب كان يـُنتـَج بالعديد من الطرق غير الفعالة قبل عصر النهضة بوقت طويل, فإن استعماله أصبح أكثر شيوعاً بعد تطوير طرق أكثر فاعلية لانتاجه في القرن السابع عشر. وباختراع عملية بسمر في منتصف القرن التاسع عشر, أصبح الصلب سلعة تـُنتـَج بكميات كبيرة بتكلفة أرخص نسبياً. التحسينات اللاحقة على العملية, مثل basic oxygen steelmaking, خفضت تكلفة الانتاج بدرجة أكبر بينما رفعت من جودة المعدن.

واليوم, الصلي هو أحد أكثر المواد شيوعاً في العالم وهو مكوِّن رئيسي في المباني و المعدات و السيارات, والأجهزة المنزلية الرئيسية. الصلب المعاصر يتم تمييزه عموماً حسب درجات الصلب المتعددة التي توصـِّفها هيئات التوصيف القياسى.

تصنيف سبائك الصلب (يسمى أيضا الفولاذ)

يسمى الصلب أيضا الفولاذ ويفهم من بعض الكتابات العربية أن الفولاذ هو لفظ يطلق على الأصلاب السبائكية خلافاً وتمييزاً لها عن الأصلاب الكربونية العادية.

تعتبر سبائك الصلب (اﻷصلاب) أكثر المواد الفلزية انتشارا واستخداما نظرا لرخص تكلفة إنتاجها بالإضافة إلى إمكانية إنتاجها طبقا لمواصفات مختلفة وكذلك القدرة الكبيرة علي التحكم فى تركيباتها الكيميائية.

وتنقسم اﻷصلاب عامة إلى عدة فئات تتباين فى خو اصها الميكانيكية والوظيفية وقابليتها للتصنيع واللحام والمعالجة الحرارية ومقاومتها للتآكل تباينا كبيرا ملبية لطيف واسع من المتطلبات والاستخدامات التى لا تتوافر لغيرها من المواد الهندسية.

أصلاب كربونية (Carbon Steels)

أصلاب سبائكية (Alloy Steels)

أصلاب منخفضة السبائكية عالية المقاومة (High-Strength Low-Alloy Steels)

أصلاب العدد (Tool Steels)

أصلاب تقسى بتعتيق المرتنزيت (Maraging Steels)

أصلاب المنجنيز اﻷوستنيتية (Austenitic Manganese Steels)

أصلاب مقاومة للصدأ (Stainless Steels)

المصادر

1) J.R. Davis (Editor), “Alloying: Understanding the Basics”, ASM International, 2003.