قیمت عرشه فولادی گالوانیزه فولاد آلیاژی از آهن است که معمولاً چند دهم درصد کربن دارد تا استحکام و مقاومت در برابر شکست را در مقایسه با سایر اشکال آهن بهبود بخشد. بسیاری از عناصر دیگر ممکن است وجود داشته باشند یا اضافه شوند. فولادهای ضد زنگ که در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاوم هستند، معمولاً به 11 درصد کروم اضافی نیاز دارند. فولاد به دلیل استحکام کششی بالا و هزینه پایین آن در ساختمان ها، زیرساخت ها، ابزارها، کشتی ها، قطارها، اتومبیل ها، ماشین ها، وسایل الکتریکی، سلاح ها و موشک ها استفاده می شود. آهن فلز پایه فولاد است. بسته به دما، می تواند به دو شکل کریستالی (اشکال آلوتروپیک) به خود بگیرد: مکعبی با محوریت بدن و مکعبی با محوریت صورت. برهمکنش آلوتروپ های آهن با عناصر آلیاژی، در درجه اول کربن، به فولاد و چدن طیف خواص منحصر به فردی می دهد. در آهن خالص، ساختار کریستالی مقاومت نسبتا کمی در برابر لغزش اتم‌های آهن از کنار یکدیگر دارد و بنابراین آهن خالص کاملاً انعطاف‌پذیر یا نرم است و به راحتی تشکیل می‌شود. در فولاد، مقادیر کمی کربن، سایر عناصر و اجزای داخل آهن به عنوان عوامل سخت کننده عمل می کنند که از حرکت نابجایی ها جلوگیری می کند. کربن موجود در آلیاژهای فولادی معمولی ممکن است تا 2.14 درصد از وزن آن را تشکیل دهد. تغییر مقدار کربن و بسیاری از عناصر آلیاژی دیگر و همچنین کنترل ترکیب شیمیایی و فیزیکی آنها در فولاد نهایی (چه به عنوان عناصر املاح و چه به عنوان فازهای رسوبی)، مانع از حرکت نابجایی هایی می شود که باعث شکل پذیری آهن خالص می شود و بنابراین کیفیت آن را کنترل و ارتقا می دهد. این ویژگی ها عبارتند از سختی، رفتار خاموش کردن، نیاز به بازپخت، رفتار معتدل، استحکام تسلیم و استحکام کششی فولاد حاصل. افزایش مقاومت فولاد نسبت به آهن خالص تنها با کاهش شکل پذیری آهن امکان پذیر است. فولاد برای هزاران سال در کوره های شکوفه تولید می شد، اما استفاده صنعتی در مقیاس بزرگ آن تنها پس از ابداع روش های تولید کارآمدتر در قرن هفدهم، با معرفی کوره بلند و تولید فولاد بوته ای آغاز شد. در اواسط قرن نوزدهم، کوره اجاق باز و سپس فرآیند بسمر در انگلستان دنبال شد. با اختراع فرآیند بسمر، دوره جدیدی از تولید انبوه فولاد آغاز شد. فولاد ملایم جایگزین آهن فرفورژه شد. ایالت‌های آلمان در قرن نوزدهم شاهد موفقیت بزرگ فولاد در اروپا بودند. اصلاحات بیشتر در این فرآیند، مانند تولید فولاد اکسیژن پایه (BOS)، تا حد زیادی جایگزین روش های قبلی با کاهش بیشتر هزینه تولید و افزایش کیفیت محصول نهایی شد. امروزه فولاد یکی از متداول ترین مواد ساخته شده در جهان است که سالانه بیش از 1.6 میلیارد تن تولید می شود. فولاد مدرن به طور کلی با گریدهای مختلف تعریف شده توسط سازمان های استاندارد مختلف شناسایی می شود. صنعت فولاد مدرن یکی از بزرگترین صنایع تولیدی در جهان است، اما یکی از صنایع پر انرژی و گازهای گلخانه ای است که 8 درصد از انتشار جهانی را به خود اختصاص می دهد. با این حال، فولاد نیز بسیار قابل استفاده مجدد است: فولاد یکی از مواد بازیافتی در جهان است، با نرخ بازیافت بیش از 60 درصد در سطح جهان. محتوای کربن فولاد بین 0.002٪ تا 2.14٪ وزنی برای فولاد کربنی ساده (آلیاژهای آهن-کربن) است. محتوای کربن خیلی کم باعث می شود آهن (خالص) کاملاً نرم، انعطاف پذیر و ضعیف باشد. محتوای کربن بالاتر از فولاد آلیاژی شکننده می سازد که معمولاً آهن خام نامیده می شود. فولاد آلیاژی فولادی است که عناصر آلیاژی دیگری عمداً به آن اضافه شده است تا خصوصیات فولاد را اصلاح کند. عناصر آلیاژی رایج عبارتند از: منگنز، نیکل، کروم، مولیبدن، بور، تیتانیوم، وانادیم، تنگستن، کبالت و نیوبیم. عناصر اضافی که اغلب نامطلوب در نظر گرفته می شوند نیز در فولاد مهم هستند: فسفر، گوگرد، سیلیکون، و ردپایی از اکسیژن، نیتروژن و مس. آلیاژهای کربن-آهن ساده با محتوای کربن بالاتر از 2.1٪ به عنوان چدن شناخته می شوند. با تکنیک‌های مدرن فولادسازی مانند شکل‌دهی فلز پودری، می‌توان فولادهای بسیار پر کربن (و سایر مواد آلیاژی) ساخت، اما چنین چیزی رایج نیست. چدن حتی در زمان گرم نیز چکش خوار نیست، اما می توان آن را با ریخته گری تشکیل داد زیرا ذوب کمتری دارد. فولاد، آلیاژ آهن و کربن که در آن محتوای کربن تا 2 درصد متغیر است (با محتوای کربن بالاتر، ماده به عنوان چدن تعریف می شود). تا حد زیادی پرمصرف ترین ماده برای ساخت زیرساخت ها و صنایع جهان است که برای ساخت همه چیز از سوزن خیاطی گرفته تا تانکرهای نفت استفاده می شود. علاوه بر این، ابزار مورد نیاز برای ساخت و ساخت چنین محصولاتی نیز از فولاد ساخته شده است. به عنوان نشانه ای از اهمیت نسبی این ماده، تولید فولاد خام جهان در سال 2013 حدود 1.6 میلیارد تن بود، در حالی که تولید مهم ترین فلز مهندسی بعدی، آلومینیوم، حدود 47 میلیون تن بود. دلایل اصلی محبوبیت فولاد، هزینه نسبتا پایین ساخت، شکل‌دهی و فرآوری آن، فراوانی دو ماده اولیه آن (سنگ آهن و قراضه)، و دامنه بی نظیر خواص مکانیکی آن. خواص فولاد سنگ آهن یکی از فراوان ترین عناصر روی زمین است و یکی از کاربردهای اولیه آن در تولید فولاد است. هنگامی که آهن با کربن ترکیب می شود، خصوصیات آن به طور کامل تغییر می کند و به فولاد آلیاژی تبدیل می شود. عنصر اصلی فولاد آهن است، فلزی که در حالت خالص آن سخت تر از مس نیست. با حذف موارد بسیار شدید، آهن در حالت جامد خود، مانند سایر فلزات، چند کریستالی است - یعنی از بلورهای زیادی تشکیل شده است که در مرزهای خود به یکدیگر می پیوندند. کریستال آرایش منظمی از اتم‌ها است که به بهترین شکل می‌توان آنها را به صورت کره‌هایی که یکدیگر را لمس می‌کنند، نشان داد. آنها در صفحاتی که شبکه نامیده می شوند، مرتب می شوند که به روش های خاصی در یکدیگر نفوذ می کنند. برای آهن، آرایش شبکه را می توان با یک مکعب واحد با هشت اتم آهن در گوشه های آن به بهترین شکل مشاهده کرد. برای منحصر به فرد بودن فولاد، آلوتروپی بودن آهن مهم است، یعنی وجود آن به دو شکل کریستالی. در آرایش مکعبی (bcc) متمرکز بر بدن، یک اتم آهن اضافی در مرکز هر مکعب وجود دارد. در آرایش مکعبی وجهی (fcc)، یک اتم آهن اضافی در مرکز هر یک از شش وجه مکعب واحد وجود دارد. قابل توجه است که اضلاع مکعب رو به مرکز، یا فواصل بین شبکه های همسایه در آرایش fcc، حدود 25 درصد بزرگتر از آرایش bcc است. این بدان معنی است که فضای بیشتری در fcc نسبت به ساختار bcc برای نگه داشتن اتم های خارجی (یعنی آلیاژی) در محلول جامد وجود دارد. آلوتروپی bcc آهن زیر 912 درجه سانتیگراد (1674 درجه فارنهایت) و از 1394 درجه سانتیگراد (2541 درجه فارنهایت) تا نقطه ذوب آن 1538 درجه سانتیگراد (2800 درجه فارنهایت) است. آهن در تشکیل bcc که به آن فریت می گویند، در محدوده دمایی پایین تر، آهن آلفا و در ناحیه دمای بالاتر آهن دلتا نامیده می شود. آهن بین 912 تا 1394 درجه سانتیگراد به ترتیب fcc خود است که آستنیت یا آهن گاما نامیده می شود. رفتار آلوتروپیک آهن به استثنای اندک در فولاد حفظ می شود، حتی زمانی که آلیاژ حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر دیگر باشد. اصطلاح آهن بتا نیز وجود دارد که به خواص مکانیکی اشاره نمی کند، بلکه به ویژگی های مغناطیسی قوی آهن اشاره دارد. زیر 770 درجه سانتیگراد (1420 درجه فارنهایت)، آهن فرومغناطیسی است. دمایی که بالاتر از آن این خاصیت را از دست می دهد اغلب نقطه کوری نامیده می شود. اثرات کربن در شکل خالص خود، آهن نرم است و به طور کلی به عنوان یک ماده مهندسی مفید نیست. روش اصلی تقویت آن و تبدیل آن به فولاد با افزودن مقدار کمی کربن است. در فولاد جامد، کربن به طور کلی به دو شکل یافت می شود. یا در آستنیت و فریت در محلول جامد است یا به صورت کاربید یافت می شود. شکل کاربید می تواند کاربید آهن (Fe3C، معروف به سمنتیت)، یا می تواند کاربید یک عنصر آلیاژی مانند تیتانیوم باشد. (از سوی دیگر، در آهن خاکستری، کربن به دلیل وجود سیلیکون که تشکیل کاربید را سرکوب می کند، به صورت تکه ها یا خوشه های گرافیت ظاهر می شود.)
قیمت عرشه فولادی گالوانیزه فولاد آلیاژی از آهن است که معمولاً چند دهم درصد کربن دارد تا استحکام و مقاومت در برابر شکست را در مقایسه با سایر اشکال آهن بهبود بخشد. بسیاری از عناصر دیگر ممکن است وجود داشته باشند یا اضافه شوند. فولادهای ضد زنگ که در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاوم هستند، معمولاً به 11 درصد کروم اضافی نیاز دارند. فولاد به دلیل استحکام کششی بالا و هزینه پایین آن در ساختمان ها، زیرساخت ها، ابزارها، کشتی ها، قطارها، اتومبیل ها، ماشین ها، وسایل الکتریکی، سلاح ها و موشک ها استفاده می شود. آهن فلز پایه فولاد است. بسته به دما، می تواند به دو شکل کریستالی (اشکال آلوتروپیک) به خود بگیرد: مکعبی با محوریت بدن و مکعبی با محوریت صورت. برهمکنش آلوتروپ های آهن با عناصر آلیاژی، در درجه اول کربن، به فولاد و چدن طیف خواص منحصر به فردی می دهد. در آهن خالص، ساختار کریستالی مقاومت نسبتا کمی در برابر لغزش اتم‌های آهن از کنار یکدیگر دارد و بنابراین آهن خالص کاملاً انعطاف‌پذیر یا نرم است و به راحتی تشکیل می‌شود. در فولاد، مقادیر کمی کربن، سایر عناصر و اجزای داخل آهن به عنوان عوامل سخت کننده عمل می کنند که از حرکت نابجایی ها جلوگیری می کند. کربن موجود در آلیاژهای فولادی معمولی ممکن است تا 2.14 درصد از وزن آن را تشکیل دهد. تغییر مقدار کربن و بسیاری از عناصر آلیاژی دیگر و همچنین کنترل ترکیب شیمیایی و فیزیکی آنها در فولاد نهایی (چه به عنوان عناصر املاح و چه به عنوان فازهای رسوبی)، مانع از حرکت نابجایی هایی می شود که باعث شکل پذیری آهن خالص می شود و بنابراین کیفیت آن را کنترل و ارتقا می دهد. این ویژگی ها عبارتند از سختی، رفتار خاموش کردن، نیاز به بازپخت، رفتار معتدل، استحکام تسلیم و استحکام کششی فولاد حاصل. افزایش مقاومت فولاد نسبت به آهن خالص تنها با کاهش شکل پذیری آهن امکان پذیر است. فولاد برای هزاران سال در کوره های شکوفه تولید می شد، اما استفاده صنعتی در مقیاس بزرگ آن تنها پس از ابداع روش های تولید کارآمدتر در قرن هفدهم، با معرفی کوره بلند و تولید فولاد بوته ای آغاز شد. در اواسط قرن نوزدهم، کوره اجاق باز و سپس فرآیند بسمر در انگلستان دنبال شد. با اختراع فرآیند بسمر، دوره جدیدی از تولید انبوه فولاد آغاز شد. فولاد ملایم جایگزین آهن فرفورژه شد. ایالت‌های آلمان در قرن نوزدهم شاهد موفقیت بزرگ فولاد در اروپا بودند. اصلاحات بیشتر در این فرآیند، مانند تولید فولاد اکسیژن پایه (BOS)، تا حد زیادی جایگزین روش های قبلی با کاهش بیشتر هزینه تولید و افزایش کیفیت محصول نهایی شد. امروزه فولاد یکی از متداول ترین مواد ساخته شده در جهان است که سالانه بیش از 1.6 میلیارد تن تولید می شود. فولاد مدرن به طور کلی با گریدهای مختلف تعریف شده توسط سازمان های استاندارد مختلف شناسایی می شود. صنعت فولاد مدرن یکی از بزرگترین صنایع تولیدی در جهان است، اما یکی از صنایع پر انرژی و گازهای گلخانه ای است که 8 درصد از انتشار جهانی را به خود اختصاص می دهد. با این حال، فولاد نیز بسیار قابل استفاده مجدد است: فولاد یکی از مواد بازیافتی در جهان است، با نرخ بازیافت بیش از 60 درصد در سطح جهان. محتوای کربن فولاد بین 0.002٪ تا 2.14٪ وزنی برای فولاد کربنی ساده (آلیاژهای آهن-کربن) است. محتوای کربن خیلی کم باعث می شود آهن (خالص) کاملاً نرم، انعطاف پذیر و ضعیف باشد. محتوای کربن بالاتر از فولاد آلیاژی شکننده می سازد که معمولاً آهن خام نامیده می شود. فولاد آلیاژی فولادی است که عناصر آلیاژی دیگری عمداً به آن اضافه شده است تا خصوصیات فولاد را اصلاح کند. عناصر آلیاژی رایج عبارتند از: منگنز، نیکل، کروم، مولیبدن، بور، تیتانیوم، وانادیم، تنگستن، کبالت و نیوبیم. عناصر اضافی که اغلب نامطلوب در نظر گرفته می شوند نیز در فولاد مهم هستند: فسفر، گوگرد، سیلیکون، و ردپایی از اکسیژن، نیتروژن و مس. آلیاژهای کربن-آهن ساده با محتوای کربن بالاتر از 2.1٪ به عنوان چدن شناخته می شوند. با تکنیک‌های مدرن فولادسازی مانند شکل‌دهی فلز پودری، می‌توان فولادهای بسیار پر کربن (و سایر مواد آلیاژی) ساخت، اما چنین چیزی رایج نیست. چدن حتی در زمان گرم نیز چکش خوار نیست، اما می توان آن را با ریخته گری تشکیل داد زیرا ذوب کمتری دارد. فولاد، آلیاژ آهن و کربن که در آن محتوای کربن تا 2 درصد متغیر است (با محتوای کربن بالاتر، ماده به عنوان چدن تعریف می شود). تا حد زیادی پرمصرف ترین ماده برای ساخت زیرساخت ها و صنایع جهان است که برای ساخت همه چیز از سوزن خیاطی گرفته تا تانکرهای نفت استفاده می شود. علاوه بر این، ابزار مورد نیاز برای ساخت و ساخت چنین محصولاتی نیز از فولاد ساخته شده است. به عنوان نشانه ای از اهمیت نسبی این ماده، تولید فولاد خام جهان در سال 2013 حدود 1.6 میلیارد تن بود، در حالی که تولید مهم ترین فلز مهندسی بعدی، آلومینیوم، حدود 47 میلیون تن بود. دلایل اصلی محبوبیت فولاد، هزینه نسبتا پایین ساخت، شکل‌دهی و فرآوری آن، فراوانی دو ماده اولیه آن (سنگ آهن و قراضه)، و دامنه بی نظیر خواص مکانیکی آن. خواص فولاد سنگ آهن یکی از فراوان ترین عناصر روی زمین است و یکی از کاربردهای اولیه آن در تولید فولاد است. هنگامی که آهن با کربن ترکیب می شود، خصوصیات آن به طور کامل تغییر می کند و به فولاد آلیاژی تبدیل می شود. عنصر اصلی فولاد آهن است، فلزی که در حالت خالص آن سخت تر از مس نیست. با حذف موارد بسیار شدید، آهن در حالت جامد خود، مانند سایر فلزات، چند کریستالی است - یعنی از بلورهای زیادی تشکیل شده است که در مرزهای خود به یکدیگر می پیوندند. کریستال آرایش منظمی از اتم‌ها است که به بهترین شکل می‌توان آنها را به صورت کره‌هایی که یکدیگر را لمس می‌کنند، نشان داد. آنها در صفحاتی که شبکه نامیده می شوند، مرتب می شوند که به روش های خاصی در یکدیگر نفوذ می کنند. برای آهن، آرایش شبکه را می توان با یک مکعب واحد با هشت اتم آهن در گوشه های آن به بهترین شکل مشاهده کرد. برای منحصر به فرد بودن فولاد، آلوتروپی بودن آهن مهم است، یعنی وجود آن به دو شکل کریستالی. در آرایش مکعبی (bcc) متمرکز بر بدن، یک اتم آهن اضافی در مرکز هر مکعب وجود دارد. در آرایش مکعبی وجهی (fcc)، یک اتم آهن اضافی در مرکز هر یک از شش وجه مکعب واحد وجود دارد. قابل توجه است که اضلاع مکعب رو به مرکز، یا فواصل بین شبکه های همسایه در آرایش fcc، حدود 25 درصد بزرگتر از آرایش bcc است. این بدان معنی است که فضای بیشتری در fcc نسبت به ساختار bcc برای نگه داشتن اتم های خارجی (یعنی آلیاژی) در محلول جامد وجود دارد. آلوتروپی bcc آهن زیر 912 درجه سانتیگراد (1674 درجه فارنهایت) و از 1394 درجه سانتیگراد (2541 درجه فارنهایت) تا نقطه ذوب آن 1538 درجه سانتیگراد (2800 درجه فارنهایت) است. آهن در تشکیل bcc که به آن فریت می گویند، در محدوده دمایی پایین تر، آهن آلفا و در ناحیه دمای بالاتر آهن دلتا نامیده می شود. آهن بین 912 تا 1394 درجه سانتیگراد به ترتیب fcc خود است که آستنیت یا آهن گاما نامیده می شود. رفتار آلوتروپیک آهن به استثنای اندک در فولاد حفظ می شود، حتی زمانی که آلیاژ حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر دیگر باشد. اصطلاح آهن بتا نیز وجود دارد که به خواص مکانیکی اشاره نمی کند، بلکه به ویژگی های مغناطیسی قوی آهن اشاره دارد. زیر 770 درجه سانتیگراد (1420 درجه فارنهایت)، آهن فرومغناطیسی است. دمایی که بالاتر از آن این خاصیت را از دست می دهد اغلب نقطه کوری نامیده می شود. اثرات کربن در شکل خالص خود، آهن نرم است و به طور کلی به عنوان یک ماده مهندسی مفید نیست. روش اصلی تقویت آن و تبدیل آن به فولاد با افزودن مقدار کمی کربن است. در فولاد جامد، کربن به طور کلی به دو شکل یافت می شود. یا در آستنیت و فریت در محلول جامد است یا به صورت کاربید یافت می شود. شکل کاربید می تواند کاربید آهن (Fe3C، معروف به سمنتیت)، یا می تواند کاربید یک عنصر آلیاژی مانند تیتانیوم باشد. (از سوی دیگر، در آهن خاکستری، کربن به دلیل وجود سیلیکون که تشکیل کاربید را سرکوب می کند، به صورت تکه ها یا خوشه های گرافیت ظاهر می شود.)
