فولاد و کاربرد فولاد در ساخت,خودرو , ساختمان,ابزار

کاربرد فولاد در ماشین آلات

اگر محصولی از فولاد ساخته نشده باشد، این احتمال وجود دارد که از یک دستگاه فولادی ساخته شود. 

فولاد در اطراف ما است. ماشین شما، تلفن شما، یخچال شما – حتی بطری های پلاستیکی و شیشه ای که در داخل یخچال خود دارید – همگی یا از فولاد ساخته شده اند یا با استفاده از ابزار فولادی ساخته شده اند. 

قطعات پلاستیکی خودرو، شیشه ها و شاسی کامپیوتر همگی در قالب های فولادی تولید می شوند. فولاد در دنیای مدرن ما ضروری است.

ابزار و ماشین آلات طیف گسترده ای از تجهیزات را از ابزارهای کارگاهی کوچک گرفته تا ماشین آلات روباتیک کارخانه ای بزرگ و کارخانه های نورد را پوشش می دهد. در سال 2017، ابزار و ماشین آلات تقریباً 15 درصد از مصرف جهانی فولاد را تشکیل می دادند.

در ساخت و ساز، فولاد تجهیزاتی مانند جرثقیل، مته، بولدوزر، داربست و پناهگاه های قابل استفاده مجدد و قابل حمل مورد استفاده در سایت های ساختمانی را فراهم می کند.

در کشاورزی، از بیل‌ها، بیل‌ها و چنگال‌های اولیه گرفته تا گاوآهن‌های مدرن، سیستم‌های آبیاری و سیلوهای ذخیره‌سازی غلات، فولاد در هر مرحله وجود دارد و کشاورزی را آسان‌تر و کارآمدتر می‌کند. 

کشاورزی بدون فولاد غیرقابل تصور است. از کشت زمین و کاشت بذر گرفته تا آبیاری، برداشت، ذخیره و حمل و نقل محصولات، فولاد بسیار حیاتی است. فولاد همچنین تغذیه، سرپناه و حمل و نقل دام را تسهیل می کند. ماشین آلات و تجهیزاتی که آنچه می خوریم و می نوشیم پردازش می کنند نیز از فولاد ساخته شده اند.

تقریباً هر شکلی از ارتباطات انسانی به نوعی از فولاد استفاده می کند.

 روزنامه و کتاب بدون مطبوعات فولادی ایجاد نمی شد. رایانه ها و قلم ها حاوی فولاد هستند و با استفاده از تجهیزات فولادی تولید می شوند. سیستم‌های پستی در سراسر جهان برای تحویل نامه‌ها و بسته‌های ما به تجهیزات و زیرساخت‌های مرتب‌سازی فولاد وابسته هستند. فولاد حتی وقتی تماس تلفنی می گیریم، در تمام طول خط وجود دارد. فرستنده های رادیویی اساس بسیاری از روش های ارتباطی ما هستند.

 آنها در مانیتورهای کودک، اسباب بازی ها، تلفن های همراه، رادار و ماهواره ها استفاده می شوند. تولید خودرو و کامیون باعث استفاده گسترده از ربات های فولادی می شود.

فولادهای مورد استفاده برای ساخت قطعات معمولاً “فولاد ابزار” نامیده می شوند. آنها با عملکرد ویژه خود که از طریق اعمال محتویات آلیاژی و ریزساختارهای خاص به دست می آیند با سایر فولادها متفاوت هستند. این به آنها خواص منحصر به فردی مانند سختی بالا و مقاومت در برابر حرارت، سایش و خوردگی می دهد. این امر برای شکل دادن و شکل دادن اغلب میلیون ها قطعه برای محصولات نهایی که هر کدام با کیفیت و تحمل یکسانی هستند، ضروری است. یک نمونه پرس برای قسمت بدنه خودرو است.

 فولاد ابزاری که برای شکل دادن به قسمت ماشین استفاده می شود باید سخت تر از فولادی باشد که به آن شکل می دهد و باید برای مدت طولانی بدون شکستگی یا فرسودگی دوام بیاورد.

فولادهای ابزار برای کاربردهای مختلف تولیدی استفاده می شوند. آنها عبارتند از فولاد کار سرد، فولاد کار گرم و فولاد قالب گیری پلاستیک:

• ابزار کار سرد، شکل دادن و ایجاد محصولات ساخته شده از مواد سرد است. پانچ کردن، کشیدن، شکل دهی، پرس و اکستروژن تنها برخی از کاربردهای مورد استفاده هستند. درب ماشین شما احتمالاً توسط پرس و با استفاده از فولاد سرد ساخته شده است و همینطور فولاد ضد زنگ در کالاهای سفید آشپزخانه شما.
• ابزار کاری گرم: این فولادها باید در برابر حرارت مقاوم بوده و در اثر حرارت شدید ذوب یا تغییر شکل ندهند. کاربردهای معمولی عبارتند از ریخته گری، آهنگری، اکستروژن و مهر زنی داغ.
• قالب‌گیری پلاستیک، قطعات پلاستیکی محصولات روزمره مانند بطری‌ها، روکش‌های تلویزیون، تلفن و تقریباً هر شی پلاستیکی را در محیط اطراف شما شکل می‌دهد. این فولادها مسئول ظاهر و ظاهر قطعات هستند. سطح ابزار باید “عاری از نقص” باشد، که نیاز به فرآیندهای خاصی در کارگاه ذوب دارد. بدون اکستروژن پلاستیک، قالب گیری بادی و قالب گیری تزریقی، خانه های ما کاملاً متفاوت به نظر می رسید.

کاربرد فولاد در خودرو سازی

فولاد 100% قابل بازیافت است. این بدان معناست که وقتی ماشین خود را اسقاط می‌کنید، فولاد آن نه تنها در ماشین جدید شما بازیافت می‌شود، بلکه ممکن است در ربات‌های مورد استفاده برای تولید خود ماشین نیز پیدا شود. بازیافت باعث صرفه جویی در منابع طبیعی و انرژی می شود و هر چه فولاد بیشتر بازیافت شود، محیط زیست نیز حفظ می شود.

بر اساس گزارش  سازمان بین المللی سازندگان وسایل نقلیه موتوری ، 91.8 میلیون دستگاه خودرو در سال 2019 تولید شده است.

به طور متوسط ​​در هر خودرو 900 کیلوگرم فولاد مصرف می شود.

فولاد در یک وسیله نقلیه بر اساس مجموع جرم خودرو به شرح زیر توزیع می شود:

• 40% در ساختار بدنه، پنل ها، درها و بسته شدن صندوق عقب برای استحکام بالا و جذب انرژی در هنگام تصادف استفاده می شود.
• 23٪ در ترن محرک است که از چدن برای بلوک موتور و فولاد کربن قابل ماشینکاری برای چرخ دنده های مقاوم در برابر سایش تشکیل شده است.
• 12٪ در سیستم تعلیق، با استفاده از نوار فولادی با مقاومت بالا نورد شده است.
• باقی مانده در چرخ ها، لاستیک ها، مخزن سوخت، فرمان و سیستم های شکستن یافت می شود.

فولادهای پیشرفته با استحکام بالا (AHSS)  اکنون تقریباً برای هر طراحی جدید خودرو استفاده می شود. AHSS بیش از 60 درصد از ساختارهای بدنه خودروهای امروزی را تشکیل می‌دهد که طراحی‌های سبک‌تر و بهینه‌تر خودرو را ایجاد می‌کند که ایمنی را افزایش داده و کارایی سوخت را بهبود می‌بخشد.

• درجات جدید فولادهای پیشرفته پیشرفته، خودروسازان را قادر می سازد تا وزن اجزای خودرو را 25 تا 39 درصد و وزن کل خودرو را 8 تا 10 درصد در مقایسه با فولاد معمولی کاهش دهند. هنگامی که برای یک خودروی معمولی خانوادگی پنج سرنشین استفاده می شود، وزن کلی وسیله نقلیه 100-150 کیلوگرم کاهش می یابد، که مربوط به صرفه جویی در طول عمر 2-3 تن گازهای گلخانه ای در کل چرخه عمر خودرو است. 
• این صرفه جویی در انتشار گازهای گلخانه ای می تواند بیش از مقدار کل CO2 منتشر شده در طول تولید تمام فولادهای خودرو باشد.
• WorldAutoSteel، گروه خودروسازی worldsteel، یک برنامه سه ساله را در سال 2013 به پایان رساند که طرح‌های کاملا مهندسی شده و فشرده برای خودروهای الکتریکی را ارائه می‌دهد.
•  این پروژه که به عنوان FutureSteel شناخته می شود، دارای طراحی های بدنه فولادی است که وزن بدن را به 188 کیلوگرم کاهش می دهد و انتشار گازهای گلخانه ای کل چرخه زندگی (GHG) را تقریباً 70 درصد کاهش می دهد. مطالعه FSV در سال 2007 آغاز شد و بر راه‌حل‌هایی برای خودروهایی متمرکز است که در سال‌های 2015-2020 تولید خواهند شد. امروز ما شاهد هستیم که مجموعه مواد توسعه یافته از طریق برنامه FSV به تدریج در محصولات جدید معرفی می شود.
• در سال 2020، WorldAutoSteel آغاز برنامه Steel E-Motive را اعلام کرد. 
• Steel E-Motive یک ابتکار جدید مهندسی وسیله نقلیه برای نشان دادن معماری های فولادی پیشرفته برای تحرک آینده است. هدف این برنامه، مشارکت با شرکت مشاوره مهندسی و زیست محیطی جهانی ریکاردو، نشان دادن مزایای محصولات و فناوری های پیشرفته فولاد با استحکام بالا در حل چالش های منحصر به فرد معماری Mobility as a Service (MaaS) است. 
• در نهایت، هدف ما ارائه مفاهیم وسیله نقلیه مجازی به عنوان نقشه راه برای وسایل نقلیه مقرون به صرفه، ایمن، انبوه و کارآمد از نظر زیست‌محیطی است. WorldAutoSteel و Ricardo به طور منظم در مورد پیشرفت ارتباط برقرار می‌کنند، نتایج و نوآوری‌ها را در حین پیشرفت برنامه به نمایش می‌گذارند و طرح‌های مفهومی نهایی برای خودروی کامل نشان داده شده است.

کلید ارزیابی چرخه عمر برای ارزیابی اثرات زیست محیطی یک وسیله نقلیه

صنعت حمل و نقل جهانی سهم قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانه ای دارد و حدود 24 درصد از کل انتشار CO2 ساخته دست بشر را به خود اختصاص می دهد  (آژانس بین المللی انرژی، انتشار CO2 از نکات برجسته احتراق سوخت، نسخه 2018، ص 13).

تنظیم‌کننده‌ها با تعیین محدودیت‌های تدریجی برای آلایندگی خودرو، استانداردهای مصرف سوخت یا ترکیبی از هر دو، به این چالش رسیدگی می‌کنند.

بسیاری از مقررات موجود به عنوان معیارهایی برای کاهش مصرف روغن شروع شدند و بر افزایش تعداد کیلومتر در لیتر (مایل/گالن) یک وسیله نقلیه تمرکز داشتند.

این رویکرد به مقرراتی که اکنون انتشار گازهای گلخانه ای از وسایل نقلیه را محدود می کند، گسترش یافته است.

با این حال، گسترش متریک مصرف سوخت برای دستیابی به اهداف کاهش آلایندگی، پیامدهای ناخواسته ای دارد زیرا از مواد جایگزین با چگالی کم برای کاهش جرم خودرو استفاده می شود.

مواد با چگالی کم ممکن است وزن کلی وسیله نقلیه سبک تری را با کاهش مصرف سوخت و انتشار فاز استفاده به دست آورند.

تولید این مواد با چگالی کم معمولاً انرژی و گازهای گلخانه‌ای فشرده‌تر است و انتشار گازهای گلخانه‌ای در طول تولید خودرو احتمالاً به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد.

این مواد اغلب قابل بازیافت نیستند و باید به محل دفن زباله فرستاده شوند. مطالعات متعدد ارزیابی چرخه عمر (LCA) نشان می دهد که چگونه این امر می تواند منجر به انتشار گازهای گلخانه ای بالاتر در کل چرخه عمر وسیله نقلیه و همچنین افزایش هزینه های تولید شود.

یک عامل کلیدی در درک تأثیرات زیست محیطی واقعی یک ماده، LCA آن است. LCA یک محصول به منابع، انرژی و انتشارات از مرحله استخراج مواد خام تا مرحله پایان عمر آن، از جمله استفاده، بازیافت و دفع نگاه می کند.

نشریه worldsteel  ‘فولاد در اقتصاد دایره ای: چشم انداز چرخه عمر’  توضیح می دهد که چگونه استفاده از رویکرد چرخه عمر برای درک تأثیرات زیست محیطی واقعی یک محصول بسیار مهم است.

کاربرد فولاد در ساختمان سازی

ساخت و ساز یکی از مهمترین صنایع مصرف کننده فولاد است که بیش از  50 درصد تقاضای فولاد جهان را به خود اختصاص داده است .

ساختمان ها – از خانه ها گرفته تا پارکینگ ها و مدارس و آسمان خراش ها – برای استحکام خود به فولاد متکی هستند. فولاد همچنین در سقف ها و به عنوان روکش دیوارهای خارجی استفاده می شود.

بر اساس گزارش جدید سازمان ملل که در سال 2019 منتشر شد، انتظار می رود جمعیت جهان در 30 سال آینده 2 میلیارد نفر افزایش یابد که از 7.7 میلیارد نفر در حال حاضر به 9.7 میلیارد نفر در سال 2050 خواهد رسید.

این امر با شهرنشینی سریع همراه خواهد بود. از آنجایی که نیاز به ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها در سراسر جهان در حال رشد است، کاهش مصرف منابع طبیعی و انتشار گازهای گلخانه‌ای مرتبط برای پایداری آینده بسیار مهم است.

در حالی که عملکرد ساختمان ها 28 درصد از انتشار CO2 جهانی را تشکیل می دهد (به پاورقی زیر مراجعه کنید)، آنها همچنین فرصت های زیادی را برای کاهش انتشار و کاهش تغییرات آب و هوا ارائه می دهند.

فولادسازان در سراسر جهان به طور فزاینده ای راه حل های ساختمانی را ارائه می دهند که  ساختمان هایی با انرژی کارآمد و کم کربن خنثی را امکان پذیر می کند . 

به عنوان مثال در مرکز ورق فلزی HAMK  (فنلاند) – ساختمانی نزدیک به انرژی صفر (nZEB)، راه حل های فولادی هزینه برق و گرمایش منطقه ای را از 12400 یورو (ساختمان مرجع) به 5200 یورو در سال کاهش داد. 

فولاد نه تنها مقرون به صرفه، به آسانی در دسترس و ایمن تر است، بلکه ویژگی های ذاتی آن مانند استحکام، تطبیق پذیری، دوام و قابلیت بازیافت 100% باعث بهبود عملکرد زیست محیطی در کل چرخه عمر ساختمان ها می شود.

فولادهای پیشرفته با استحکام بالا که در کاربردهای ورق فولادی استفاده می شوند در تعدادی از صنایع مرتبط نیز کاربرد دارند. سکوهای نفتی فراساحلی، پل ها، مهندسی عمران و ماشین آلات ساختمانی، واگن های ریلی، مخازن و مخازن تحت فشار، نیروگاه های هسته ای، حرارتی و برق آبی – همه این کاربردها از ویژگی های فولادهای مدرن بهره می برند.

نحوه استفاده از فولاد در ساختمان ها و زیرساخت ها

امکانات استفاده از فولاد در ساختمان ها و زیرساخت ها نامحدود است. رایج ترین برنامه ها در زیر لیست شده است.

برای ساختمان ها

• مقاطع سازه ای: این بخش ها یک قاب محکم و سفت برای ساختمان ایجاد می کنند و 25 درصد از فولاد مصرفی در ساختمان ها را تشکیل می دهند.
• میلگردهای تقویت کننده: این میلگردها به بتن استحکام کششی و سختی می افزایند و 44 درصد از فولاد مصرفی در ساختمان ها را تشکیل می دهند. فولاد به این دلیل استفاده می شود که به خوبی به بتن می چسبد، ضریب انبساط حرارتی مشابهی دارد و محکم و مقرون به صرفه است. بتن مسلح همچنین برای تامین پایه ها و زیرزمین های عمیق استفاده می شود و در حال حاضر مصالح اولیه ساختمانی در جهان است.
• محصولات ورق: 31 درصد در محصولات ورق مانند سقف، پرلین، دیوارهای داخلی، سقف، روکش و پانل های عایق برای دیوارهای خارجی است.
• فولاد غیر سازه ای: فولاد همچنین در بسیاری از کاربردهای غیر سازه ای در ساختمان ها مانند تجهیزات گرمایشی و سرمایشی و کانال کشی داخلی یافت می شود.
• وسایل و اتصالات داخلی مانند ریل، قفسه و پله نیز از فولاد ساخته شده است.