اسم فولاد از صفت Proto-Germanic stahliją یا stakhlijan “ساخته شده از فولاد” سرچشمه می گیرد که مربوط به stahlaz یا stahliją “ایستاده محکم” است.

محتوای کربن فولاد برای فولاد کربن ساده (آلیاژهای آهن – کربن) بین 0.002٪ تا 2.14٪ وزن است. مقدار کمی کربن باعث می شود آهن (خالص) کاملا نرم ، شکل پذیر و ضعیف باشد. محتوای کربن بالاتر از فولاد ، آلیاژی شکننده ایجاد می کند که معمولاً آهن خوک نامیده می شود. فولاد آلیاژی فولادی است که سایر عناصر آلیاژی به منظور افزایش ویژگی های فولاد به آن عمداً اضافه شده است. عناصر آلیاژی متداول شامل: منگنز ، نیکل ، کروم ، مولیبدن ، بور ، تیتانیوم ، وانادیوم ، تنگستن ، کبالت و نیوبیم است. در مقابل ، چدن واکنش یوتکتیک دارد. عناصر اضافی که اغلب نامطلوب در نظر گرفته می شوند نیز در فولاد مهم هستند: فسفر ، گوگرد ، سیلیسیم و آثار اکسیژن ، نیتروژن و مس.

 

 

آلیاژهای ساده کربن-آهن با مقدار کربن بالاتر از 2.1٪ به عنوان چدن شناخته می شوند. با تکنیک های مدرن ساخت فولاد مانند تشکیل فلز پودر ، می توان فولادهای بسیار پر کربن (و سایر مواد آلیاژی) تولید کرد ، اما این موارد معمول نیستند. چدن حتی در صورت گرم بودن قابل انعطاف نیست ، اما با ریخته گری می تواند تشکیل شود زیرا دارای نقطه ذوب کمتری نسبت به فولاد و خاصیت ریخته گری خوب است. برخی از ترکیبات چدن با وجود اینکه اقتصاد ذوب و ریخته گری را حفظ می کنند ، می توانند پس از ریخته گری تحت عملیات حرارتی قرار بگیرند و اجسام قابل انعطاف از آهن یا چدن را تشکیل دهند. فولاد از آهن فرفورژه (که اکنون عمدتا منسوخ شده است) ، که ممکن است حاوی مقدار کمی کربن اما مقادیر زیادی سرباره باشد ، قابل تشخیص است.

 

 

منشا و تولید

 

آهن معمولاً به صورت سنگ معدن ، معمولاً یک اکسید آهن ، مانند مگنتیت یا هماتیت ، در پوسته زمین یافت می شود. آهن با حذف اکسیژن از طریق ترکیب آن با یک شریک شیمیایی ترجیحی مانند کربن از سنگ آهن استخراج می شود و سپس به عنوان دی اکسید کربن در جو از بین می رود. این فرآیند که به ذوب معروف است ، ابتدا در فلزات با نقطه ذوب پایین تر ، مانند قلع ، ذوب در حدود 250 درجه سانتیگراد (482 درجه فارنهایت) و مس که در حدود 1100 درجه سانتیگراد (2،010 درجه فارنهایت) ذوب می شود ، و ترکیب ، برنز ، که دارای یک نقطه ذوب کمتر از 1083 درجه سانتیگراد (1،981 درجه فارنهایت) است.

 

 در مقایسه ، چدن در دمای حدود 1،375 درجه سانتی گراد (2،507 درجه فارنهایت) ذوب می شود. مقادیر کمی آهن در دوران باستان ، در حالت جامد ، با حرارت دادن سنگ معدن در آتش زغال ذوب و سپس جوش دادن کلوخه ها با یک چکش و فشرده سازی ناخالصی ها ، ذوب می شد. با مراقبت ، می توان محتوای کربن را با حرکت دادن آن در آتش کنترل کرد. برخلاف مس و قلع ، آهن مایع یا جامد کربن را به راحتی حل می کند.

 

 

با استفاده از روشهای قدیمی که از عصر برنز استفاده می شده می توان به همه این دما رسید. از آنجا که سرعت اکسیداسیون آهن به سرعت بیش از 800 درجه سانتیگراد (1470 درجه فارنهایت) افزایش می یابد ، مهم است که ذوب در یک محیط کم اکسیژن صورت گیرد. ذوب ، استفاده از کربن برای کاهش اکسیدهای آهن ، منجر به ایجاد آلیاژی (آهن خوک) می شود که کربن زیادی را در خود نگه می دارد تا بتوان آن را فولاد نامید.کربن اضافی و سایر ناخالصی ها در مرحله بعدی حذف می شوند