انواع شمش آهن یا شمش فولادی یکی از مهم‌ترین تولیدات در صنعت است که به عنوان نقطه شروعی برای تولید بسیاری از محصولات فولادی و استفاده از آن‌ها در کاربردهای به شدت متنوع عمل می‌کند. اما شمش فولاد دقیقا چیست و چه انواعی دارد؟ در این مقاله با انواع شمش فولادی، نحوه تولید و کاربردهای این شمش بیشتر آشنا می‌شویم.
شمش فولادی چیست؟
شمش فولادی، به عنوان یکی از محصولات اولیه در صنایع فلزی، بلوک‌هایی از فولاد هستند که از ترکیب آهن و عناصر دیگر به دست می‌آیند. این شمش‌ها با توجه به فرآیند تولید، شکل قالب و کاربرد مورد نظر، می‌توانند از نظر شکل، ابعاد و همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی متفاوت باشند. انواع شمشهای آهن به دلیل سهولت ساخت و امکان ذخیره‌سازی در انبارها به این شکل تولید شده و سپس در فرآیندهای دیگری مانند نورد، فورج و اکستروژن برای تولید محصول نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این شمش‌ها در صنایع مختلفی مانند ساخت و ساز، خودروسازی، ماشین‌سازی و کشتی‌سازی کاربرد دارند.
انواع شمش آهن یا فولادی
همانطور که اشاره شد، انواع شمش آهن بسته به کاربرد و روش تولید و موارد دیگر می‌تواند با مدلی دیگر متفاوت باشد. در اصل شمش فولادی را می‌توان از نظرهای مختلفی دسته بندی کرد که مهم‌ترین آن‌ها به شرح زیرند:
انواع شمش آهن از نظر ظاهر و ابعاد
یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای دسته بندی شمشهای فولادی شکل آن‌هاست که البته مختص فولاد هم نیست و موارد دیگری مانند آلومینیوم، برنج و سایر مواد هم می‌توانند به شکل شمش دربیایند. شمش ساده سطح مقطع ذوذنقه‌ای شکل دارد و سطح بالایی آن کوچک‌تر است. اما به جز این شکل ساده که اکثر ما با شنیدن نام شمش به یاد می‌آوریم، انواع دیگری هم وجود دارند که کاربردهای خاص خودشان را دارند:
- بیلت: به این نوع شکل شمشه هم گفته می‌شود. شمش بیلت می‌تواند سطح مقطع مربع یا گاهی دایره داشته باشد و به نسبت شمش ساده طول بیشتری دارد. از این نوع بیشتر برای تولید اناع میلگرد استفاده می‌شود.
- بلوم: شمش بلوم از نظر ظاهری شباهت زیادی به بیلت دارد و سطح مقطع آن هم مربع (یا مستطیل) است. مهم‌ترین تفاوت این دو شمش این جاست که بلوم در اندازه‌های بزرگ‌تری تولید می‌شود و در واقع سطح مقطع آن باید بیش از ۲۳۰ سانتی‌متر مربع باشد.
- اسلب: به این مدل شمش تختال هم گفته می‌شود. تختال سطح مقطع مربعی دارد، اما طول این سطح مقطع نسبت به عرض آن بیشتر است. در واقع تختال‌ها ضخامت کمتری نسبت به دیگر انواع شمش دارند و همین هم آن‌ها را برای تولید انواع ورق مناسب می‌کند.
انواع شمش فولادی از نظر ترکیبات
یکی دیگر از روش‌های دسته بندی شمش فولادی، ترکیب آن‌هاست که مستقیما به ترکیبات مذاب اولیه باز می‌گردد. هر شمش فولادی با توجه به ترکیبات می‌تواند کاربردهای متفاوتی هم داشته باشد و برای موارد خاصی به فروش برسد. موارد زیر رایج‌ترین انواع شمش آهن محسوب می‌شوند:
- فولاد ساده کربنی: این نوع شمش اساسی‌ترین نوع محصول فولادی است و عمدتا از آهن و کربن تشکیل شده است و مقدار کمی از عناصر دیگر دارد.
- شمش آلیاژی: شمش آلیاژی از آهن، کربن و یک یا چند عنصر آلیاژی (مانند نیکل، کروم، منگنز، وانادیم و …) تشکیل شده است. افزودن این عناصر آلیاژی می‌تواند برخی از ویژگی‌های فولاد مانند استحکام، سختی، مقاومت و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد.
- شمش فولاد ضد زنگ: شمش فولاد ضد زنگ (استینلس استیل) یک شمش فولاد آلیاژی خاص است که ویژگی اصلی آن خاصیت ضد خوردگی و ضد اکسیداسیون عالی آن است و معمولا هم حاوی کروم یا نیکل است.
- شمش فولاد ابزار: این مدل یک شمش فولاد آلیاژی خاص است که با سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب شناخته می‌شود و عمدتا در ساخت انواع ابزار برش، قالب و ابزار اندازه‌گیری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش‌های تولید شمش فولادی
همانطور که شمشهای فولادی انواع بسیار مختلفی چه از نظر شکل و چه از نظر ترکیبات و خواص دارند، روش‌های تولید آن‌ها هم به همین میزان متنوع است. این روش‌های تولید بنا بر مسائلی مانند امکانات، هزینه‌های تولید و مهم‌تر از همه خواص مورد نظر تعیین می‌شوند و باید عوامل مهمی را برای آن‌ها در نظر گرفت. به طور مثال از سنتی‌ترین و قدیمی‌ترین راه‌های تولید شمش می‌توان به روش کوره سر باز یا کوره بلند اشاره کرد.
همچنین از کوره‌های مختلفی می‌توان برای ذوب آهن در درجه اول استفاده کرد که معروف‌ترین آن‌ها به جز کوره بلند، کوره القایی و کوره قوس الکتریکی هستند که به نسبت جدیدتر و گرانقیمت‌تر هستند، در عوض کنترل خواص در آن‌ها راحت‌تر است و می‌توان شمشهای خاص‌تری را تولید کرد. در عین حال برای تولید شمشهای بسیار خاص می‌توان از گاز زدایی خلاء استفاده کرد که سبب می‌شود نمونه بسیار خالص با کمترین ناخالصی‌های گازی را به دست آوریم. در کنار این موارد نوع ذوب ریزی انواع شمش آهن هم می‌تواند متفاوت باشد، به طوری که دو نوع شمش ریزی دستی یا تکی و ریخته گری پیوسته یا CCM را داریم.
عیوب رایج در انواع شمشهای فولادی
تخلخل و جمع شدن (انقباض): مانند هر محصول فولادی دیگری، شمش‌ها هم ممکن است عیوب مخصوص به خود را داشته باشند که این عیوب معمولا در اثر پارامترهای مختلف ریخته‌گری به وجود می‌آيند. در این میان از آن جایی که شمش اصولا محصول نهایی نیست، خیلی اوقات میزان کمی از عیوب در آن قابل چشم پوشی است چرا که در فرایندهای ثانویه می‌تواند مورد اصلاح قرار بگیرد. از مهم‌ترین عیوب دیده شده در شمشهای فولادی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
این مورد به نوع و پارامترهای انجماد شمش‌ها برمی‌گردد. اصولا یک حفره انقباض در قسمت بالا وجود دارد، اما باید مطمئن شد که این انقباض اولیه به داخل شمش گسترش نمی‌یابد. این مسئله همچنین می‌تواند سبب ایجاد حفرات یا تخلخل‌های در بخش مرکزی شود و تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند هندسه قالب و قطر شمش و البته ترکیبات شمش می‌تواند کمتر یا بیشتر باشد. شبیه‌سازی فرایند ریخته گری می‌تواند تا حد زیادی این مسئله را کمتر کند.
جدایش: منظور از جدایش، ناهمسان بودن غلظت مواد آلیاژی و یا ناخالصی‌ها در بخش‌های مختلف شمش است. این اتفاق به دلیل تفاوت انحلال در فاز مایع و جامد است که سبب می‌شود در فرایند انجماد، عناصر آلیاژي غلظت بیشتری را در نواحی خاصی که دیرتر سرد می‌شوند پیدا کنند. این اتفاق می‌تواند در خواص مکانیکی و ترموشیمیایی شمش مشکلات زیادی ایجاد کند.
نا خالصی: هنگام ذوب آهن و سپس قالبگیری شمش‌ها ممکن است مواد ناخالصی به طرق مختلف به شمش راه بیابند و همین هم ترکیب اولیه را تغییر می‌دهد و می‌تواند منشا مشکلات بعدی شود. حتی گازها هم می‌توانند به عنوان ناخالصی عمل کنند و با انجام واکنش با برخی مواد در ترکیب مانند گوگرد و موارد دیگر، اکسیدهایی را تشکیل دهند که سبب شکنندگی قطعه و تغییر خواص آن می‌شوند.
کاربردهای انواع شمش آهن
همانطور که اشاره شد، انواع شمش آهن یا شمش فولادی تنها یک مرحله اولیه در پروسه تولید محصولات فولادی است و خودش محصول نهایی محسوب نمی‌شود. شمش فولاد در طیف بسیار وسیعی از انواع کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد و بسیاری از کارخانه‌ها از شمش فولاد برای تولید محصولات خود استفاده می‌کنند، مانند موارد زیر:
- ساخت و ساز: مهم‌ترین استفاده از انواع شمش آهن در صنعت ساخت و ساز است، چرا که انواع میلگرد و تیرآهن، لوله‌ها و قاب‌ها و حتی بخش‌های تزئینی ساختمان‌ها و سازه‌ها از شمشهای فولاد تولید می‌شوند.
- خودروسازی: از شمش فولاد می‌توان در ساخت اجزای مختلف خودرو از بدنه گرفته تا قطعات مختلفی مانند قطعات موتور استفاده کرد.
- ماشین سازی: فولاد و در نتیجه شمش فولادی یک ماده کلیدی برای ساخت قطعات مکانیکی مختلف انواع ماشین‌های صنعتی از جمله چرخ‌دنده، شفت، یاتاقان و موارد مشابه است.
- لوازم خانگی: در ساخت بسیاری از لوازم خانگی از فولاد و قطعات استیل استفاده می‌شود که در درجه اول به کمک شمش تولید شده‌اند.
برترین کارخانه های تولیدکننده شمش فولادی در ایران
از آن جایی که شمش فولادی اولین مرحله برای تولید انواع محصولات فولادی است، جای تعجبی هم ندارد که در ایران هم کارخانههای زیادی به تولید شمش فولادی می‌پردازند. البته تولید شمش به نسبت محصولات نهایی فولادی راحت‌تر هم هست و بازار فروش بسیار گسترده‌ای دارد که این‌ها هم انگیزه‌های دیگری برای تولید این محصول هستند. از بزرگ‌ترین کارخانههای تولید شمش فولادی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- فولاد مبارکه اصفهان
- ذوب آهن اصفهان
- فولاد خوزستان
- فولاد پاسارگاد
- نورد فولاد یزد
- شرکت فولاد آلیاژی ایران
جمع بندی
شمش فولادی یکی از مهم‌ترین محصولات صنعتی است. این شمش چه از نظر شکل و ابعاد و چه از نظر ترکیبات، روش تولید و خلوص به انواع بسیار مختلفی تقسیم می‌شود که هر یک کاربردهای خاص خودشان را دارند. در ایران هم کارخانههای زیادی با روش‌ها و استانداردهای مختلف انواع شمش آهن را تولید می‌کنند که صنایع دیگر با توجه به نیاز خود از آن‌ها بهره می‌برند.