دسته: فولاد

فولاد به عنوان یکی از پرکاربردترین فلزات آهنی در جهان، نقش مهمی در توسعه صنایع مختلف ایفا می‌کند. از ساخت و سازهای عمرانی تا صنایع خودروسازی و تجهیزات صنعتی، این مواد به دلیل خواص منحصر به فردی مانند استحکام بالا و قابلیت شکل‌پذیری توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده‌اند. تاریخچه استفاده از فولادها به هزاران سال پیش بازمی‌گردد و همچنان با پیشرفت‌های تکنولوژیکی، انواع جدیدتری از این آلیاژها با ویژگی‌های بهبود یافته به بازار عرضه می‌شوند. در ادامه به بررسی دقیق‌تر و جامع فولادها می‌پردازیم.

فولاد یا آلیاژ فولاد چیست؟

فولاد یا آلیاژ فولاد، نوعی آلیاژ آهنی است که عمدتاً از آهن (Fe) و درصد مشخصی از کربن (معمولاً بین 0.02 تا 2 درصد وزنی) تشکیل شده است. حضور کربن در ساختار فولاد تأثیر قابل‌توجهی بر ریزساختار آن دارد و منجر به افزایش استحکام کششی، سختی و بهبود رفتار مکانیکی ماده می‌شود. علاوه بر کربن، در بسیاری از فولادهای آلیاژی عناصر دیگری مانند کروم (Cr)، نیکل (Ni)، مولیبدن (Mo) و وانادیم (V) به کار می‌روند تا خواص ویژه‌ای نظیر مقاومت در برابر خوردگی، پایداری حرارتی و افزایش استحکام در دماهای بالا بهبود یابد.

آلیاژ چیست؟

آلیاژ به ترکیبی از یک فلز پایه با یک یا چند عنصر دیگر (فلزی یا غیرفلزی) اطلاق می‌شود که با هدف بهبود یا تغییر خواص مکانیکی، فیزیکی یا شیمیایی فلز پایه ایجاد می‌شود. در این ترکیب، فلز پایه معمولاً بخش عظیم ساختار را تشکیل می‌دهد و عناصر آلیاژی به نسبت‌های مختلف به آن اضافه می‌شوند تا ویژگی‌های مطلوب مانند استحکام، سختی، چقرمگی، مقاومت به خوردگی یا پایداری حرارتی بهبود یابند.

عناصر آلیاژی ممکن است به‌ صورت محلول جامد در شبکه کریستالی فلز پایه حل شوند یا ترکیبات بین فلزی جدیدی را تشکیل دهند که بسته به نوع آلیاژ، ریزساختارهای متفاوتی ایجاد می‌کند. فرایند آلیاژسازی از جمله روش‌های کلیدی در مهندسی مواد است که امکان دستیابی به موادی با خواص مهندسی دقیق و قابل کنترل را فراهم می‌آورد، به‌ویژه در صنایعی که نیاز به خواص خاص مانند مقاومت در برابر سایش یا دمای بالا دارند.

معرفی انواع فولادها

فولاد به عنوان یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع مهندسی، تنوع بالایی در ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی دارد که آن را برای کاربردهای متنوعی مناسب می‌سازد. ترکیب عناصر آلیاژی مختلف و مقادیر متفاوت کربن، باعث ایجاد انواع مختلفی از فولادها با ویژگی‌های متفاوت می‌شود. درک تفاوت‌ها و دسته‌بندی‌های فولادها اهمیت بسیاری در انتخاب مناسب‌ترین نوع برای هر کاربرد دارد. در ادامه، به بررسی انواع مختلف فولادها و ویژگی‌های آن‌ها میپردازیم.

فولادهای کربنی (Carbon Steels)

فولادهای کربنی به گروهی از فولادها اطلاق می‌شود که عمدتاً از آهن و کربن تشکیل شده‌اند و عناصر آلیاژی دیگر در مقادیر بسیار کم یا ناچیز حضور دارند. میزان کربن موجود در این نوع فولادها، خواص مکانیکی آن‌ها مانند استحکام، سختی و شکل‌پذیری را تعیین می‌کند. فولادهای کربنی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• فولادهای کم‌کربن (Low Carbon Steels): این دسته از فولادها دارای کمتر از 0.3 درصد کربن هستند. فولادهای کم‌کربن به دلیل انعطاف‌پذیری و چکش‌خواری بالا به راحتی ماشین‌کاری و جوشکاری می‌شوند. به دلیل استحکام نسبتاً پایین‌تر، بیشتر در سازه‌های ساختمانی و قطعاتی که نیاز به مقاومت کششی بالا ندارند، استفاده می‌شوند. از جمله کاربردهای رایج آن‌ها می‌توان به ساخت لوله‌ها، ورق‌های فولادی و قطعات خودرو اشاره کرد.
• فولادهای کربن متوسط (Medium Carbon Steels): این فولادها دارای 0.3 تا 0.6 درصد کربن هستند که باعث می‌شود استحکام و سختی بیشتری نسبت به فولادهای کم‌کربن داشته باشند. در عین حال، خاصیت شکل‌پذیری کمتری نسبت به فولادهای کم‌کربن دارند. این نوع فولادها در قطعاتی که به مقاومت بیشتر و سختی بالا نیاز دارند، مانند چرخ‌دنده‌ها، میل‌لنگ‌ها، شفت‌ها و قطعات ماشین‌آلات سنگین، کاربرد دارند.
• فولادهای پرکربن (High Carbon Steels): فولادهای پرکربن دارای کربنی بین 0.6 تا 1.5 درصد هستند. این فولادها بسیار سخت و مقاوم به سایش‌اند، اما در عین حال تردتر و شکننده‌تر از انواع دیگر فولادهای کربنی هستند. به دلیل این ویژگی‌ها، در ساخت ابزارهای برشی، تیغه‌ها، فنرها و قطعاتی که به سختی و مقاومت در برابر سایش نیاز دارند، استفاده می‌شوند.

فولادهای کربنی با توجه به میزان کربن موجود در آن‌ها، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند و به دلیل هزینه پایین‌تر در مقایسه با فولادهای آلیاژی، از پرکاربردترین مواد مهندسی محسوب می‌شوند.

فولادهای زنگ‌نزن (Stainless Steels)

فولادهای زنگ‌نزن یا Stainless Steels گروهی از فولادها هستند که به دلیل حضور حداقل 10.5 درصد کروم در ترکیب شیمیایی خود، مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی دارند. کروم در سطح فولاد یک لایه اکسید کروم پایدار و نازک تشکیل می‌دهد که از واکنش‌های اکسیداسیونی و خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. این ویژگی، فولادهای زنگ‌نزن را برای استفاده در محیط‌های خورنده و کاربردهایی که نیاز به تمیزی و بهداشت دارند، مناسب می‌سازد.

فولادهای زنگ‌نزن بر اساس ساختار کریستالی و ترکیب عناصر آلیاژی به چند گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

• فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی (Austenitic Stainless Steels):این دسته از فولادهای زنگ‌نزن حاوی کروم و نیکل هستند و ساختار آستنیتی (FCC) را در دمای اتاق حفظ می‌کنند. این فولادها غیرمغناطیسی بوده و از استحکام و مقاومت به خوردگی بسیار خوبی برخوردارند. به دلیل قابلیت جوشکاری و شکل‌پذیری بالا، در صنایع غذایی، دارویی، تجهیزات پزشکی و پتروشیمی به کار می‌روند. رایج‌ترین نوع این فولادها گرید 304 و 316 است که نوع 316 به دلیل وجود مولیبدن، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد.
• فولادهای زنگ‌نزن فریتی (Ferritic Stainless Steels): این فولادها حاوی کروم بالا (10.5 تا 30 درصد) و مقدار کمی کربن هستند و دارای ساختار فریتی (BCC) می‌باشند. فولادهای فریتی مغناطیسی‌اند و استحکام مکانیکی متوسطی دارند. مقاومت این فولادها به خوردگی کمتر از فولادهای آستنیتی است، اما قیمت پایین‌تر و مقاومت خوب در برابر ترک‌های تنشی ناشی از خوردگی دارند. این نوع فولادها در لوازم خانگی، سیستم‌های اگزوز خودروها و تجهیزات معماری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• فولادهای زنگ‌نزن مارتنزیتی (Martensitic Stainless Steels): این دسته از فولادهای زنگ‌نزن حاوی مقدار زیادی کربن و کروم هستند که به آن‌ها سختی و استحکام بالایی می‌دهد. ساختار مارتنزیتی (BCT) این فولادها پس از فرآیند کوئنچینگ (سریع سرد کردن) تشکیل می‌شود. فولادهای مارتنزیتی مغناطیسی‌اند و برخلاف فولادهای آستنیتی و فریتی، سختی بالاتری دارند، اما مقاومت به خوردگی کمتری دارند. این فولادها معمولاً در ساخت ابزارهای برشی، تیغه‌های جراحی و قطعات توربین استفاده می‌شوند.
• فولادهای زنگ‌نزن دوپلکس (Duplex Stainless Steels): فولادهای دوپلکس دارای ترکیبی از ساختارهای آستنیتی و فریتی هستند که موجب افزایش مقاومت به خوردگی تنشی و استحکام بالاتر می‌شود. این فولادها ترکیب بهینه‌ای از چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های شدید دارند و در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی و دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• فولادهای زنگ‌نزن رسوب سخت‌شونده (Precipitation Hardening Stainless Steels): این فولادها علاوه بر داشتن مقاومت به خوردگی بالا، قابلیت افزایش سختی از طریق عملیات حرارتی را دارند. به دلیل داشتن ترکیب عناصر آلیاژی مانند نیکل و مس، در شرایط سخت عملیاتی استفاده می‌شوند. کاربردهای رایج این فولادها در صنایع هوافضا، تجهیزات نیروگاهی و ساخت قطعات با دقت بالا است.

فولادهای زنگ‌نزن به دلیل ترکیب بهینه‌ای از خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی، در بسیاری از صنایع حیاتی مانند پزشکی، صنایع غذایی، شیمیایی و مهندسی عمران به کار می‌روند. نوع و گرید مناسب فولاد زنگ‌نزن بر اساس شرایط محیطی و نیازهای کاربردی انتخاب می‌شود.

فولادهای آلیاژی (Alloy Steels)

فولادهای آلیاژی به گروهی از فولادها اطلاق می‌شود که علاوه بر آهن و کربن، عناصر آلیاژی دیگر مانند کروم، نیکل، مولیبدن و وانادیم در ترکیب آن‌ها حضور دارند. این عناصر آلیاژی با تأثیرگذاری بر خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی فولاد، قابلیت‌های ویژه‌ای به آن می‌بخشند. فولادهای آلیاژی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• فولادهای کم‌آلیاژ (Low-Alloy Steels): این فولادها دارای درصد پایینی از عناصر آلیاژی (کمتر از 5 درصد) هستند. با اینکه میزان عناصر آلیاژی در این دسته کم است، اما خواص مکانیکی و مقاومتی آن‌ها نسبت به فولادهای کربنی بهبود یافته است. فولادهای کم‌آلیاژ به دلیل استحکام بالا و شکل‌پذیری مناسب، در صنایعی مانند خودرو‌سازی، پل‌سازی و سازه‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع فولادها همچنین در برابر سایش و خوردگی مقاومت مناسبی دارند.
• فولادهای پرآلیاژ (High-Alloy Steels): این دسته از فولادها دارای درصد بیشتری از عناصر آلیاژی (بیش از 5 درصد) هستند که باعث بهبود قابل توجه خواص آن‌ها از جمله مقاومت در برابر خوردگی، حرارت و سایش می‌شود. یکی از معروف‌ترین انواع این دسته، فولاد ضد زنگ است که به دلیل داشتن درصد بالای کروم، مقاومت بسیار خوبی در برابر زنگ‌زدگی دارد. از فولادهای پرآلیاژ در صنایعی نظیر پتروشیمی، تجهیزات پزشکی، و تجهیزات مقاوم به حرارت بالا استفاده می‌شود.

فولادهای آلیاژی با توجه به نوع و مقدار عناصر آلیاژی به کار رفته در ترکیب آن‌ها، قابلیت‌های منحصربه‌فردی دارند که باعث می‌شود در شرایط خاص صنعتی و مهندسی کاربردهای گسترده‌ای داشته باشند.

فولادهای ابزاری (Tool Steels)

فولادهای ابزاری به گروهی از فولادها اطلاق می‌شود که دارای عناصر آلیاژی مختلفی مانند تنگستن، مولیبدن، کروم و وانادیم هستند. این فولادها به دلیل داشتن خواص ویژه‌ای مانند سختی بالا، مقاومت به سایش و تحمل دمای بالا، برای ساخت ابزارهای صنعتی استفاده می‌شوند. فولادهای ابزاری به چند دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• فولادهای سردکار (Cold Work Tool Steels): این دسته از فولادها برای ابزارهایی که در دماهای پایین (زیر 200 درجه سانتی‌گراد) کار می‌کنند، طراحی شده‌اند. فولادهای سردکار دارای سختی و مقاومت به سایش بالایی هستند و در ساخت ابزارهای برش، سنبه‌ها و قالب‌های خم‌کاری استفاده می‌شوند. این فولادها همچنین در فرآیندهایی که نیاز به تحمل فشار زیاد دارند، مناسب هستند.
• فولادهای گرم‌کار (Hot Work Tool Steels): فولادهای گرم‌کار برای کاربردهایی که در دماهای بالا (بیش از 200 درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شوند، به کار می‌روند. این نوع فولادها دارای مقاومت حرارتی بالا و توانایی حفظ سختی خود در دماهای زیاد هستند. کاربردهای رایج آن‌ها شامل قالب‌های ریخته‌گری، اکستروژن و آهنگری گرم است. فولادهای گرم‌کار به دلیل مقاومت بالا در برابر تغییرات حرارتی، در محیط‌های با دمای شدید استفاده می‌شوند.
• فولادهای تندبر (High-Speed Tool Steels): فولادهای تندبر با دارا بودن درصد بالایی از عناصر آلیاژی مانند تنگستن و مولیبدن، قادر به حفظ سختی خود در دماهای بسیار بالا هستند. این فولادها برای ساخت ابزارهای برشی با سرعت بالا مانند مته‌ها، تیغه‌های اره و ابزارهای تراشکاری استفاده می‌شوند. فولادهای تندبر به دلیل مقاومت بالایشان در برابر سایش و حرارت، یکی از پرکاربردترین انواع فولادهای ابزاری هستند.
• فولادهای مقاوم به ضربه (Shock-Resistant Tool Steels): این نوع فولادها برای ابزارهایی طراحی شده‌اند که باید ضربات شدید را تحمل کنند. فولادهای مقاوم به ضربه دارای چقرمگی و استحکام بالایی هستند و در ساخت ابزارهایی مانند چکش‌ها، سنبه‌ها و ابزارهای پانچ به کار می‌روند. این فولادها برای کاربردهایی که نیاز به تحمل شوک‌های مکانیکی دارند، مناسب هستند.
• فولادهای مقاوم به سایش (Wear-Resistant Tool Steels): فولادهای مقاوم به سایش دارای درصد بالایی از کربن و عناصر آلیاژی هستند که باعث افزایش سختی و مقاومت به سایش آن‌ها می‌شود. این فولادها در ساخت ابزارهایی که در تماس با مواد سخت و ساینده قرار می‌گیرند، مانند تیغه‌های برش و قالب‌های پرس، استفاده می‌شوند. فولادهای مقاوم به سایش به دلیل دوام و طول عمر بالا در محیط‌های کاری سخت، بسیار مورد توجه هستند.

فولادهای ابزاری به دلیل تنوع در ترکیب و خواص، در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، تولید ابزارهای برشی و ماشین‌کاری، قالب‌سازی و دیگر فرآیندهای صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارند.

فولادهای با استحکام بالا (High-Strength Low-Alloy Steels – HSLA)

فولادهای با استحکام بالا به گروهی از فولادهای آلیاژی اطلاق می‌شود که دارای درصد کمی از عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مس و مولیبدن هستند. این فولادها با داشتن استحکام بالا و وزن سبک‌تر نسبت به فولادهای معمولی، در کاربردهایی که نیاز به ترکیب مناسبی از مقاومت مکانیکی و وزن کم دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. فولادهای HSLA به چند دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• فولادهای استحکام بالا برای سازه‌ها (Structural HSLA Steels): این نوع فولادها برای کاربردهای سازه‌ای طراحی شده‌اند و استحکام بالایی در برابر فشار و کشش دارند. با اینکه فولادهای HSLA در مقایسه با فولادهای کربنی وزن کمتری دارند، می‌توانند تنش‌های سنگین را به خوبی تحمل کنند. از این نوع فولاد در ساخت پل‌ها، ساختمان‌های بلند و سازه‌های صنعتی استفاده می‌شود.
• فولادهای HSLA برای لوله‌کشی و انتقال (Pipeline HSLA Steels): فولادهای لوله‌کشی HSLA به دلیل ترکیب خواصی مانند مقاومت به خوردگی و استحکام بالا، در صنایع نفت و گاز برای ساخت لوله‌های انتقال استفاده می‌شوند. این فولادها در برابر فشار بالا و شرایط سخت محیطی مقاومت دارند و برای خطوط لوله انتقال مواد نفتی و گازی بسیار مناسب هستند.
• فولادهای مقاوم به خوردگی جوی (Weathering HSLA Steels): این دسته از فولادهای HSLA حاوی عناصری مانند مس هستند که باعث افزایش مقاومت آن‌ها در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی جوی می‌شود. این فولادها در مواجهه با شرایط آب و هوایی نامساعد، یک لایه محافظ طبیعی روی سطح خود تشکیل می‌دهند که از زنگ‌زدگی بیشتر جلوگیری می‌کند. از این فولادها در ساخت سازه‌های باز و پل‌ها استفاده می‌شود.
• فولادهای مقاوم به سایش (Abrasion-Resistant HSLA Steels):
  فولادهای مقاوم به سایش HSLA برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر سایش دارند، طراحی شده‌اند. این فولادها به دلیل ترکیب خواص خود، در ماشین‌آلات سنگین، تجهیزات معدنی و ساخت وسایل حمل و نقل بار سنگین مانند کامیون‌ها و بولدوزرها کاربرد دارند.
• فولادهای HSLA برای خودروها (Automotive HSLA Steels): این نوع فولادها به دلیل وزن کمتر و استحکام بیشتر، در صنعت خودروسازی برای ساخت بدنه خودروها و قطعاتی که نیاز به استحکام بالا و کاهش وزن دارند، استفاده می‌شوند. استفاده از فولادهای HSLA در خودروها موجب افزایش کارایی و کاهش مصرف سوخت می‌شود.

فولادهای HSLA با توجه به استحکام بالا و مقاومت مناسب در برابر خوردگی، در صنایع مختلف مانند ساخت‌وساز، حمل و نقل و صنایع نفت و گاز به کار می‌روند. این فولادها به دلیل خواص مکانیکی برجسته و وزن کم، گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه و کارآمد برای کاربردهای صنعتی هستند.

فولادهای دوفازی (Dual Phase Steels)

فولادهای دوفازی نوعی از فولادهای پیشرفته با استحکام بالا هستند که دارای ساختاری متشکل از دو فاز میکروسکوپی متفاوت یعنی فریت و مارتنزیت هستند. فریت، که فاز نرم‌تر است، مسئول شکل‌پذیری و انعطاف‌پذیری فولاد است، در حالی که مارتنزیت، که فاز سخت‌تر و مقاوم‌تر است، استحکام و مقاومت مکانیکی بالایی را فراهم می‌کند. این ترکیب، فولادهای دوفازی را به موادی با ترکیب بهینه‌ای از استحکام بالا و شکل‌پذیری مناسب تبدیل کرده است. فولادهای دوفازی به چند دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• فولادهای دوفازی با استحکام متوسط (Medium-Strength Dual Phase Steels): این فولادها با داشتن میزان کمتری از مارتنزیت، استحکام متوسطی را به همراه شکل‌پذیری مناسب ارائه می‌دهند. به دلیل شکل‌پذیری بهتر، از این نوع فولادها در ساخت قطعات بدنه خودرو که نیاز به ترکیب استحکام و انعطاف‌پذیری دارند، استفاده می‌شود.
• فولادهای دوفازی با استحکام بالا (High-Strength Dual Phase Steels): این دسته از فولادها دارای درصد بیشتری از مارتنزیت در ساختار خود هستند که منجر به افزایش استحکام و مقاومت کششی می‌شود. با این وجود، شکل‌پذیری فولاد همچنان حفظ می‌شود و می‌توان از آن‌ها در ساخت قطعاتی که به مقاومت بالایی نیاز دارند، مانند شاسی خودروها و بخش‌های ساختاری، استفاده کرد.
• فولادهای دوفازی مقاوم به خوردگی (Corrosion-Resistant Dual Phase Steels): این نوع فولادها علاوه بر ویژگی‌های مکانیکی مطلوب، دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی هستند. به دلیل حضور عناصر آلیاژی مانند کروم، این فولادها در محیط‌های خورنده و مرطوب، عمر طولانی‌تری دارند. از این نوع فولاد در صنایعی مانند تجهیزات دریایی و ساخت سازه‌های فلزی استفاده می‌شود.

فولادهای دوفازی به دلیل ترکیب عالی از استحکام و شکل‌پذیری، به‌ویژه در صنعت خودروسازی، بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. این فولادها علاوه بر کاهش وزن سازه‌ها، قابلیت جذب انرژی ضربه را دارند که آن‌ها را برای کاربردهایی که نیاز به استحکام بالا و ایمنی دارند، ایده‌آل می‌سازد.

آلیاژهای فولادی بیشتر در چه صنایعی کاربرد دارند؟

آلیاژهای فولادی به دلیل ویژگی‌های خاصی مانند استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، سختی و دوام، در صنایع متعددی کاربرد دارند. برخی از مهم‌ترین صنایعی که از آلیاژهای فولادی استفاده می‌کنند عبارتند از:

• صنعت خودروسازی: قطعات مختلف خودروها از جمله شاسی، موتور، محورها و سیستم‌های ترمز از آلیاژهای فولادی ساخته می‌شوند.
• صنعت ساختمان‌سازی: آلیاژهای فولادی در سازه‌های فلزی مانند پل‌ها، برج‌ها و ساختمان‌های بلند استفاده می‌شوند.
• صنعت کشتی‌سازی: در ساخت بدنه و قطعات کشتی‌ها به دلیل مقاومت بالا در برابر محیط‌های خورنده، آلیاژهای فولادی استفاده می‌شوند.
• صنعت نیروگاه‌ها: در ساخت تجهیزات مورد استفاده در نیروگاه‌های برق مانند توربین‌ها و بویلرها از فولادهای آلیاژی بهره می‌گیرند.

آلیاژهای فولاد در صنایع پیشرفته به دلیل خصوصیات مکانیکی و فیزیکی قابل تنظیم، در کاربردهای پیچیده و حساس نیز استفاده می‌شوند. این آلیاژها با کنترل دقیق نسبت عناصر آلیاژی نظیر کروم، نیکل، مولیبدن و کربن تولید می‌شوند تا ویژگی‌هایی همچون استحکام تسلیم بالا، پایداری حرارتی، مقاومت به خزش و خوردگی، و چقرمگی شکست بهبود یابد. برخی از کاربردهای تخصصی فولادها عبارتند از:

• صنایع هوافضا: آلیاژهای فولادی با استحکام کششی بالا و چقرمگی شکست مناسب در دماهای بالا برای ساخت قطعات بحرانی توربین‌های گازی، شافت‌های موتور جت، و اتصالات سازه‌های هوایی به کار می‌روند. فولادهای آلیاژی مارتنزیتی و بینیت‌دار با عملیات حرارتی پیشرفته جهت کنترل ریزساختار و بهینه‌سازی خصوصیات مکانیکی استفاده می‌شوند. آلیاژهایی نظیر 17-4PH به دلیل پایداری در دماهای بالا و مقاومت به خوردگی در این بخش کاربرد گسترده‌ای دارند.
• صنایع انرژی: در ساخت تجهیزات نیروگاه‌های هسته‌ای و توربین‌های بخار، فولادهای آلیاژی حاوی کروم-مولیبدن به دلیل پایداری در دماهای بالا و مقاومت به خوردگی تحت تنش، به ویژه در محیط‌های حاوی هیدروژن و گوگرد استفاده می‌شوند. فولادهای F91 و P91 با ریزساختار مارتنزیتی و پایدارسازی با عناصر میکروآلیاژی مثل وانادیم و نیوبیوم، برای لوله‌ها و مخازن تحت فشار به‌کار می‌روند که عملکرد بهینه در شرایط کاری دما و فشار بالا را تضمین می‌کنند.
• صنایع نفت و گاز: در سیستم‌های استخراج و انتقال نفت و گاز، آلیاژهای فولادی حاوی نیکل و مولیبدن نظیر فولادهای دوبلکس و سوپردوبلکس به دلیل مقاومت به ترک‌خوردگی تنشی و خوردگی در محیط‌های اسیدی و کلریدی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این آلیاژها به دلیل ریزساختار دو فازی آستنیتی_فریتی ترکیب خوبی از مقاومت به خوردگی و استحکام بالا دارند که آن‌ها را برای کاربردهای زیر دریا و حفاری عمقی مناسب می‌سازد.
• صنایع پتروشیمی: آلیاژهای فولاد با استحکام تسلیم بالا و مقاومت به خوردگی نظیر فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی (مانند سری 300) در سیستم‌های لوله‌کشی، مخازن نگهداری و راکتورهای شیمیایی که در تماس با مواد خورنده نظیر اسیدها و آلکالی‌ها هستند، به‌کار می‌روند. این فولادها به دلیل حضور نیکل و مولیبدن، مقاومت بالایی در برابر خوردگی بین‌دانه‌ای و تنشی دارند.
• صنایع ابزارسازی و قالب‌سازی: فولادهای ابزار (Tool Steels) نظیر فولادهای سردکار و تندبر (High-Speed Steels) برای تولید ابزارهای برشی با مقاومت بالا به سایش و حفظ سختی در دماهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. آلیاژهایی مانند H13 در تولید قالب‌های تزریق پلاستیک و آهنگری به کار می‌روند که نیاز به چقرمگی بالا و مقاومت به شوک حرارتی دارند.

تفاوت اصلی آلیاژهای فولادی و چدنی چیست؟

تفاوت اصلی بین آلیاژهای فولادی و چدنی در ترکیب شیمیایی، ساختار میکروسکوپی و خواص مکانیکی آن‌ها است:

• ترکیب شیمیایی: فولاد معمولاً دارای محتوای کربن کمتری (تا حدود 2%) است، در حالی که چدن دارای محتوای کربن بالاتری (بین 2 تا 4%) می‌باشد. این میزان کربن بالا در چدن‌ها باعث تشکیل گرافیت یا کاربید آهن می‌شود.
• ساختار میکروسکوپی: فولادها به دلیل محتوای کربن پایین‌تر معمولاً دارای ساختار میکروسکوپی منسجم‌تری هستند، در حالی که چدن‌ها به دلیل محتوای کربن بالا، دارای ساختار میکروسکوپی شکننده‌تری هستند که ممکن است شامل گرافیت باشد.
• خواص مکانیکی: فولاد به دلیل انعطاف‌پذیری و مقاومت بالای خود، معمولاً شکل‌پذیرتر و مقاوم‌تر در برابر ضربه است. چدن به دلیل شکنندگی بیشتر و محتوای کربن بالاتر، معمولاً مقاومت کمتری در برابر ضربه دارد و بیشتر برای کاربردهای فشاری مناسب است.
• فرآیند تولید: فولادها با فرآیندهای مانند نورد یا آهنگری تولید می‌شوند که برای ایجاد شکل نهایی مناسب هستند. در مقابل، چدن بیشتر از طریق ریخته‌گری تولید می‌شود، زیرا سیالیت بالاتری در حالت مذاب دارد و می‌تواند به شکل‌های پیچیده تبدیل شود.

فولاد به دلیل مقاومت بالا و انعطاف‌پذیری بیشتر در کاربردهای ساختاری و مهندسی استفاده می‌شود، در حالی که چدن به دلیل قابلیت ریخته‌گری و مقاومت به سایش بیشتر، در قطعاتی که نیاز به سختی بالایی دارند استفاده می‌شود.