آهن و فولاد

اهن و فولاد، با حدود 95 درصد وزن، تا حد زیادی مهم ترین مواد فلزی مورد استفاده انسان هستند. این به دلیل در دسترس بودن گسترده آن است که آن را به یک ماده خام ارزان قیمت تبدیل می کند و چقرمگی و استحکام آلیاژهای آهن است. بنابراین می توان از آن در ساخت ماشین، کشتی، ماشین یا ساختمان و همچنین در زندگی روزمره برای یک قابلمه یا کارد و چنگال استفاده کرد.

اهن یکی از سه فلز فرومغناطیسی (در کنار کبالت و نیکل) است. این ویژگی امکان استفاده گسترده از الکترومغناطیس را در موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها و ژنراتورها فراهم می کند.

تقریباً 1 میلیارد تن در سراسر جهان آهن خام هر سال تولید می شود که حدود 10 درصد آن مستقیماً به چدن تبدیل می شود. محصولات معمولی ساخته شده از چدن لوله ها، رادیاتورها، قطعات ماشین آلات یا قطعات قالب گیری دقیق ابعادی هستند. بیشتر بقیه آهن خام (90٪) به فولاد تبدیل می شود، خود آهن خام فقط یک محصول میانی است که کاربرد قابل توجهی ندارد.

چدن از 96 تا 98 درصد آهن تشکیل شده است. دارای محتوای کربن 2-4 درصد است، سخت، شکننده، ریخته‌گری‌پذیر است اما قابل جعل نیست. از سوی دیگر، فولاد تنها حاوی 0.2 تا 2 درصد کربن است. می توان آن را جعل، نورد، فشرده و کشیده کرد. فولاد می تواند با عملیات حرارتی سخت شود و سخت است.
امروزه تقریبا 2000 نوع مختلف شناخته شده است گریدهای فولادی. این فولادها به دو دسته فولادهای بدون آلیاژ و آلیاژی تقسیم می شوند.

فولادهای بدون آلیاژ آنها علاوه بر آهن و کربن، تنها حاوی کمترین مقادیر باقیمانده از آنهایی هستند که در طول تولید تشکیل می شوند فلزات همراه مانند نیکل، کبالت، مس، منگنز، و غیره. آنها برای ساخت پل ها یا سازه های قاب خودرو (شکل 2) و همچنین برای ورق فلزی وسایل نقلیه یا در ساخت و ساز فولاد استفاده می شوند.

فولادهای آلیاژی حاوی عناصر دیگری غیر از آهن و کربن است. مهمترین اجزای آلیاژی عبارتند از کبالت، کروم، منگنز، مولیبدن، نیکل، سیلیکون، آلومینیوم، تیتانیوم، وانادیم و تنگستن. اجزای آلیاژی تأثیر عمده ای بر خواص فولاد دارند، زیرا در ساختار کریستالی آهن/کربن تعبیه شده اند (آلیاژهای زیر را ببینید).