الفرق بين الفولاذ والحديد وكذلك استخدامات الفولاذ، كما سنوضح استخدامات الحديد، وكذلك سنتحدث عن كيف تجعل الحديد فولاذ، وكل هذا من خلال مقالنا هذا تابعونا.
الفرق بين الفولاذ والحديد
1- القوة والوزن:
يتميز الفولاذ بقوة تفوق قوة الحديد، كما أنه يتميز بكثافته العالية، وهي من أبرز خصائص الفولاذ، والتي جعلت منه مادة خام مؤهلة للاستخدام في مشاريع البناء، وقد استبدل الفولاذ بالحديد الذي كان يستخدم منذ القدم في البناء، تقريباً منذ بدايات القرن التاسع عشر، عندما أصبح متوفرًا بكميات كبيرة.
ويتميز الفولاذ بخفة وزنه أيضاً مقارنة بالحديد على الرغْم من قدرته العالية على تحمل الضغط والإجهاد.
2- المتانة:
يعد الفولاذ من أكثر المواد المستخدمة في البناء متانة مقارنة بالحديد، إذ يتميز بأنه لا يتشقق، ولا ينقسم أو يتأثر بالظروف المحيطة من رياح، وأمطار، كما أنه مقاوم قوي للعفونة، والصدأ، ويتحمل الحرارة الشديدة والضغوط العالية، ويعد الخيار الأفضل لاستدامة البناء لعمر طويل.
3- التآكل:
يتميز الفولاذ بأنه أكثر مقاومة للتآكل مقارنة بالحديد، فهو أقل عرضة للصدأ والتأكسد، بسبب طبيعة مادته غير المسامية، فهو أقل تأثرًا بالماء، ولحسن الحظ هناك العديد من الوسائل التي قد تستخدم لمقاومة التآكل إثر تعرضه للماء أو الرطوبة من البيئة المحيطة، مثل؛ الدهانات، والبخاخات الواقية، والطلاء بمواد مقاومة للحريق.
4- التكلفة:
بسبب هيكلة الفولاذ الخفيفة بالمقارنة مع الحديد؛ فيعد إنتاج الفولاذ أرخص من الحديد، وبسبب زيادة الطلب على الفولاذ منذ الثورة الصناعية، ساهم ذلك في زيادة الإنتاج له، بينما يتطلب الحديد معدات غالية الثمن لإنتاجه مقارنة بالفولاذ.
5- سهولة الاستخدام:
يعتمد المهندس المعماري على الفولاذ بصورة رئيسية، لسهولة ثنيه، وتشكيله، وتأقلمه مع أي تصميم، كما يتسم الحديد بسهولة استخدامه خاصةً عند مزجه مع عناصر أخرى، وقد كان شائع الاستخدام في الفترة الفيكتورية من قبل المهندسين، وما زال الحديد يستخدم في الوقت الحالي في التفاصيل التي تحتاج إلى زخرفة.
6- الاستدامة:
يتميز كلاهما باستدامتهما، إذ يمكن إعادة تدوير الفولاذ بنسبة 100%، وإعادة استخدامه أكثر من مرة، دون فقدانه متانته، وكذلك الأمر فيما يتعلق بالحديد، إذ يمكن إعادة تدويره بالكامل.
7- طبيعة المادة:
يعد الحديد عنصرًا، أما الفولاذ فيعد سبيكة تتضمن كل من الحديد والكربون معاً، ويتميز الفولاذ بإمكانية مزجه مع العديد من المعادن مثل الكروم، الذي يضفي عليه خاصية المقاومة للصدأ.
8- المغناطيسية:
طبيعة عنصر الحديد الخام الهش تجعل من سبائك الفولاذ تتفوق عليه من ناحية كونه الأكثر مغناطيسية واستقراراً من الحديد.
9- الحديد:
يرمز لمعدن الحديد بالرمز (Fe)، ويمتلك رقمًا ذريًا 26، وهو من المعادن اللامعة والمرنة في نفس الوقت، ويتميز الحديد بخصائصه المغناطيسية في جذب المعادن الأخرى، وقدرته على عكس الضوء الواقع عليه بسبب طلائه بالكروم.
وقد استخدم الحديد في البناء منذ 6000 عام مضت، إذ استخدم في بناء هيكل كل من برج إيفّل، وتمثال الحرية، وهو معدن شائع الاستخدام في شتى أنحاء الأرض، كما لا يستخدم غالباً بصورته الخام، بل يدمج مع عناصر أخرى من أجل تشكيل سبائك أكثر قوة ومرونة من الحديد نفسه.
ويعد الحديد أيضاً من المعادن الأساسية التي تمد جسم الإنسان بالعناصر الغذائية المهمة في بناء الهيموجلوبين الموجود في خلايا الدَّم الحمراء، ويستطيع الإنسان الحصول عليه من الأغذية التي يتناولها، مثل اللحوم الحمراء والدجاج والمحار والبقوليات كالعدس والفول والخبز والخضراوات والحبوب المدعمة والأسماك والفولاذ
يعد الفولاذ سبيكة معدنية تتكون من عنصري الحديد والكربون، وكميات صغيرة من المعادن الأخرى، وتعد إمكانية إضافة الكربون إليه الصفة التي ميزته عن الحديد، إذ يحتوي الفولاذ على 2.14% من الكربون، والذي أحدث تغيرًا فيزيائيًا كبير التأثير عليه، إذ جعل الفولاذ أقوى بكثير من الحديد الخام.
يعد الفولاذ من صنع الإنسان، ولا يمكن إيجاده بصورة طبيعية على سطح الأرض، كما أنه لا يدخل في النظام الغذائي للإنسان على عكس الحديد، وتنتج نصف كَمّيَّة الفولاذ عالمياً في الصين.
أما آلية تصنيعه، فتكون من خلال تسخين الحديد والكربون، وبعض المعادن الأخرى معاً حتى تذوب، ويسهل تفاعلها مع الأكسجين، ثم لتتشكل وتكون سبيكة الفولاذ، وتستخدم الكهرباء، أو اللهب من أجل إتمام العملية بنجاح ودقة.
استخدامات الفولاذ
يعد الفولاذ الكربوني أكثر أنواع الفولاذ استخدامًا، حيث يستخدم الفولاذ منخفض الكربون في تصنيع هياكل وبعض مكونات السيارات، ويستخدم الفولاذ متوسط الكربون في مختلف أنواع البناء، ويستخدم الفولاذ عالي الكربون في قضبان السكك الحديدية، بينما يمكن تغيير خصائص الفولاذ لتلبية احتياجات خاصة لا يمكن تلبيتها باستخدام الفولاذ الكربوني، وفي ما يأتي سيتم الحديث عن بعض أشكال استخدامات الفولاذ الأخرى، ويستخدم الفولاذ منخفض السبائكية عالي المقاومة في خطوط أنابيب النفط والغاز والسفن والمنشآت البحرية وخزانات التخزين، ويستخدم الفولاذ الميكانيكي الحر في تصنيع المسامير والبراغي والصواميل، كما يستخدم الفولاذ مقاوم للصدأ في صناعة محركات الطائرات وتوربينات الغاز وفي تصنيع السكاكين والأدوات الأخرى، ويستخدم الفولاذ الكهربائي في عمليات توليد ونقل الطاقة الكهربائية.
استخدامات الحديد
1- الأبنية:
يعد الحديد أحد أكثر المعادن استخداماً في البناء وذلك لسعره المنخفض، كما أنه يمكن الحصول عليه بسهولة، حيث يدخل استخدام الحديد في تشييد الأبنية، إذ تستخدم قضبان الحديد المعدنية لدعم المباني وفي تصنيع مواد البناء الأخرى مثل الأبواب والنوافذ.
2- الأدوات المنزلية:
يدخل استخدام الحديد في تصنيع العديد من الأدوات المنزلية، مثل؛ الأطباق والملاعق والسكاكين وغسالات الأطباق ومواقد الطهي، ويرجع السبب لتفضيل استخدام الحديد في تصنيع هذه الأدوات إلى وفرته وقدرته الكبيرة على مقاومة الصدأ، بالإضافة إلى سهولة تشكيله بأشكال مختلفة.
3- إنتاج الأمونيا:
يستخدم معدن الحديد لإنتاج الأمونيا عن طريق عملية تعرف باسم هابر، وتحدث هذه العملية من خلال مزج كل من؛ الهيدروجين، والنيتروجين مع استخدام الحديد كعنصر محفز للتفاعل، وعادةً ما تستخدم هذه الأمونيا لإنتاج الأسمدة التي تستخدم في المجال الزراعي.
4- أدوات القَطِع:
نظرًا لوفرة الحديد وقوته فإنه يستخدم لتصنيع أدوات قطع قوية، حيث استخدم الحديد منذ القدم لتصنيع؛ المطارق، والسكاكين، والسيوف، والأزاميل، وغيرها العديد، وذلك من خلال صهره وتشكيله حسب الأداة المراد صناعتها، ولا زالت هذه الأدوات تصنع باستخدام معدن الحديد حتى الوقت الحالي.
5- أبراج الكهرباء:
عادةً ما يستخدم الحديد في بناء أبراج الكهرباء المسؤولة عن نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة، وعلى الرغم من أنه يمكن استخدام مواد أخرى لنفس الغرض، إلا أن استخدام الحديد هو الأفضل لوفرته ورخص ثمنه، ومن الجدير بالذكر أن هنالك حوالي 90,000 برج كهرباء حديدي في بريطانيا وحدها.
6- بناء الجسور:
دخل استخدام عنصر الحديد في بناء العديد من الجسور الشهيرة حول العالم، كجسر بروكلين، حيث يساعد استخدام الحديد في بناء هذه الأبراج على منحها صلابة عالية وقوة تحمل للأوزان الثقيلة، كما استخدم الحديد في بناء المعالم الأثرية كبرج إيفل.
7- الأنابيب:
عادةً ما يستخدم الحديد لتصنيع أنابيب نقل المياه، كنقلها من الخزانات المحلية إلى المنازل، ومن الآبار إلى المزارع، حيث تتميز هذه الأنابيب بمتانتها وتحملها للظروف المناخية القاسية والأكسدة، مما يجعل فرصة تسريبها أقل، كما يستخدم الحديد في تصنيع أنابيب الغاز.
8- الأفران:
يستخدم الحديد في تصنيع الأفران التي تصل درجة حرارة تسخينها إلى 1000 درجة مئوية، حيث يمكن للحديد تحمل درجات الحرارة المرتفعة على عكس باقي المواد التي يمكن أن تنصهر عند تعرضها لمثل هذه الحرارة، وفي العادة يستخدم الأسمنت إلى جانب الحديد في تصنيع هذه الأفران، لزيادة قوة التحمل، كما أن الأدوات المستخدمة للعمل على الفرن تكون مصنعة من الحديد.
كيف تجعل الحديد فولاذ
– في البداية يتم صهر عنصر الحديد الخام تحت درجات حرارة معينة، من أجل الحصول على مركب الحديد الذي يحتوي على نسبة من الكربون، أكبر من النسبة المطلوبة، لأن زيادة نسبة الكربون في مركب الحديد تعطيه الصلابة المطلوبة.
– بعد أن يتم صهر الحديد وزيادة نسبة الكربون فيه، يتم صهر الحديد مرة أخرى من أجل تقليل نسبة الكربون إلى النسبة المطلوبة، وخلال عملية الصهر الثانية يتم إضافة بعض العناصر الكيميائية بنسب معينة.
– في المرحلة التالية يتم صب الكربون في قوالب معينة، أو ألواح ذات أبعاد معينة، ويتم تسخينها تحت درجات حرارة عالية في أفران الحديد من أجل تشكيلها بشكل أولي، كالبليت.
– في المرحلة التالية يتم درفلة مركب البليت، سواء كان ساخنًا أو باردًا من أجل الحصول على الألواح والقضبان والأسلاك الحديدية، بالشكل النهائي المطلوب الوصول إليه.
– مكعبات الصلب الأخرى يتم تشكيلها على هيئة الشكل المطلوب استخدامه في الصناعة.
– في الأزمنة القديمة كانت هذه العمليات تتم يدويًا، ولكن مع التطور الشديد الذي يشهده المجال الصناعي في العقود الأخيرة أصبحت المصانع المتخصصة تقوم بهذه الصناعة من بداية صهر الحديد وحتى الحصول على الفولاذ.
