الحديد والفولاذ ...معلومات مفيدة...

بسم الله الرحمن الرحيم
الحديد والفولاذ:
من أرخص الفلزات في العالم وأقلها كلفةً وأكثرها استخدامًاوأفضلها نفعًا,وتستخدم المنتجات الحديدية الصلدة ذات القدرة العالية على التحمل،في صناعة آلاف المنتجات المستخدمة في الحياة اليومية, وتتراوح هذه المنتجات منمحابس الأوراق إلى السيارات. كما يُصنع من الحديد والفولاذ الآلات التي تساهمتقريبًا في إنتاج كل شيء نستعمله في حياتنا بما في ذلك الملابس والمنازلوالطعام.

وتستخدم كلمة حديد للتعبير عن كل من عنصر الحديد وعدد منسبائك(خلائط)الحديد مع عدد من العناصر الفلزية. ويمثل الحديد واحدًا من أكثر العناصر الكيميائيةالمشهورة انتشارًا في القشرة الأرضية، لكنه لا يوجد في صورة مفردة نقية بل في صورةمركبات يطلق عليها خامات الحديد. كما أن بعض النيازك تحتوي أيضًا على الحديد. ويَستخدم الصناع سبائك الحديد في تصنيع وإنتاج كل ما يعرف باسم المنتجاتالحديدية.

ويُنتج الفولاذبتنقيةالحديد وسبكه بالعناصر الفلزية المختلفة. ولهذايُعد الحديد المادة الأولية لإنتاج الفولاذ، كما يمكن اعتبار الفولاذ صورة نقية منالحديد. ويشبه ذلك تمامًا كون البترول من نواتج تنقية (تكرير) الزيت، وذلك علىالرغم من أنخواصواستخدامات الحديد والفولاذ تختلف بصورة كبيرة بدرجةاختلاف استخدام الزيت والبترول.

وخامات الحديد ترسبات معدنية أو صخرية تركز فيها الحديد أثناء تكوين القشرةالأرضية. ويقوم صناع الفولاذ بتكسير هذه الخامات ومعالجتها لإنتاج رُكازات الحديدالتي تكون فيهادرجةتركيز الحديد أعلى مندرجةتركيزه في الخامات الأولية، ثم تحول المركزات الناتجةإلى فلز الحديد عن طريق تسخينها مع مواد أولية أخرى في أفران ضخمة. ويستخدم معظمفلز الحديد الناتج من عمليات الاستخلاص في صناعة الفولاذ، وإن كان يستخدم جزء قليلمنه في تصنيع منتجات حديدية أخرى. ويقوم صناع الفولاذ بتحويل فلز الحديد إلى فولاذسائل بعملية التنقية في أفران خاصة، حيث يسخن فيها أيضًا المنتجات الحديدية المعاداستخدامها وكذلك خردة الفولاذ. وبعد إنتاج الفولاذ السائل يتم تشكيله في أشكالمختلفة من الألواح والقضبان والأعمدة والأسياخ والأسلاك والأنابيب وأي شكل أخر منالأشكال المناسبة للاستعمال. وتقوم معظم المصانع الحديثة لإنتاج الفولاذ بإجراءمختلف خطوات صناعة الفولاذ بدءًا من صهر واختزال خامات الحديد إلى عمليات إنتاجالفولاذ، ثم عمليات التشكيل المختلفة للصور المفيدة للاستعمال.

بُدئ في استخدام الحديد منذ الأزمان الغابرة، ويُعتقد أن الناس قد استخدموه قبلالميلاد بحوالي أربعة آلاف سنة، وكانت بداية الاستعمال باستخدام حديد النيازك. وقدصُنِّع حديد النيازك في أشكال عدة منها التحف والأسلحة والعدَد والأدوات المنزلية. وعلى الرغم من البدايات المتقدمة لاستعمال الحديد، إلا أنه من غير المعروف على وجهالتحديد أين ومتى بدأ استخلاص الحديد من خاماته. ويعتقد أن عمليات استخلاص الحديدقد بدأت ونمت، ثم تطورت في أماكن متفرقة من العالم بصورة مستقلة كل عن الأخرى،وبخاصة فيما يعرف الآن بمناطق الشرق الأوسط والصين والهند. ومنها انتشرت بسرعة بعدذلك إلى مناطق مختلفة من العالم. وبحلول القرن العاشر قبل الميلاد ازدهرت صناعةالحديد كثيرا وأصبحت في متناول معظم الحضارات المعروفة في ذلك الوقت. أما صناعةالفولاذ فقد بدأت بكميات صغيرة ومحدودة وفي نوعية رديئة. واستمرت صناعة الفولاذ فيهذه الفترة بهذه الصورة لعدم إمكان تصنيعه بأسعار مقبولة. ولم يكن إنتاجه متاحًابكميات كبيرة إلا في نهاية القرن التاسع عشر الميلادي. ثم تطورت تقنية صناعةالفولاذ بسرعة كبيرة خلال نهاية النصف الثاني من القرن العشرين.
وفي الوقت الراهن يعد إنتاج الحديد والفولاذ واحدًا من أهم الصناعات حيوية فيالعالم. ويعمل في هذه الصناعات ملايين العمال في المصانع ووحدات الإنتاج في أنحاءالعالم. وبالإضافة إلى العاملين في المصانع فهناك ملايين أخرى تعمل في إعداد وتصنيعالآلات، والمواد الخام، والطاقة اللازمة لشركات صناعة الحديد والفولاذ، أو في صناعةوتشكيل وإنتاج المنتجات الاستهلاكية من الحديد والفولاذ.

أنواع الحديد والفولاذ
المواد الفلزية المعروفة التي يطلق عليها الحديد والفولاذ هي في الواقع سبائكلعنصر الحديد, وبوجه عام فإن الفولاذ هو سبيكة من عنصري الحديد والكربون, ولا تزيدنسبة الكربون فيها على 2%. وتحتوي معظم أنواع الفولاذ في الغالب بالإضافة إلىالكربون، على كمية من عنصر المنجنيز، كما يحتوي عدد من سبائك الفولاذ أيضًا على عددآخر من عناصر أخرى بجانب ما ذكر من عناصر. تعتمد خواص أي نوع من أنواع الحديدوالفولاذ إلى حد بعيد على التركيب الكيميائي للسبيكة. ويمكن أن تتغير هذه الخواصبدرجةملحوظة بإجراء عمليات التسخين والتشكيل.

وعلى الرغم من وجود آلاف من أنواع مختلفة من الحديد والفولاذ، إلا أنه يمكنتقسيم أنواع الحديد إلى المجموعات التالية: 1- حديد التمساح، 2- الحديد الزهر، 3- الحديد المليف (أو المطاوع). كما يمكن تقسيم الأنواع المختلفة من الفولاذ إلى أربعمجموعات: 1- الفولاذ الكربوني، 2- الفولاذ السبيكي، 3- الفولاذ غير القابل للصدأ، 4- فولاذ العددَ.

حديد التمساح:هو الحديد الناتج من الفرن العالي. وتحتويمعظم أنواع حديد التمساح على 93% حديد، ومن 3% إلى 4%، كربون بالإضافة إلى كمياتأقل من عناصر أخرى. وأصل مصطلحتماسيح الحديديعود إلى الطريقة الأولى التياتبعت في عمليات صب مصهور الحديد الناتج من الفرن العالي إلى منظومة من القوالبوضعت حول قناة مركزية.

ولقد أطلق على القضبان الحديدية المتكونة داخل قالب الصب اسمالتمساح. وفي الوقت الراهن يستخدم معظم خام حديد التمساح في حالته المنصهرة في صناعةالفولاذ، ولا يجري صبه في قوالب. ولكن كمية صغيرة منه فقط تصب كما كان يحدث فيالسابق، وذلك لتصنيع حديد الزهر أو الحديد المليف.
الحديد الزهر:هو أي نوع من سبائك الحديد المحتوية علىنسبة عالية من الكربون، حيث تتراوح نسبة الكربون فيه بين 2% و 4%، كما يحتوي علىالسليكون بنسب تتراوح بين 1% و 3%. ونظرًا لارتفاع نسبة الكربون في الحديد الزهر،فإنه لا يمكن تشكيله وهو في حالته الجامدة مهما كانتدرجةالحرارةالتي سيتم تسخينهإليها. ويشكل الحديد الزهر إلى الأشكال التجارية المفيدة بصب السبيكة المنصهرة فيقوالب، ثم تترك حتى تتجمد. ومما يساعد على استخدام الحديد الزهر في العديد منالتطبيقات ما يتميز به من: صلادة، وانخفاض تكلفة، ومقدرة عالية على امتصاص الصدمات. ولهذه الأسباب يعد الحديد الزهر مادة إنشاءات مفيدة ومهمة.

الحديد المطاوع:هو تقريبًا حديد نقي مخلوط مع مادة تشبهالزجاج. وعلى العكس من حديد الزهر فإن الحديد المطاوع قابل للطَّرْق، ولهذا يمكنطرقه إلى أشكال مختلفة. ويقاوم الحديد المطاوعالتآكل (الصدأ) بصورة أفضل منمقاومة الحديد الزهر.
ولقد كان الحديد المطاوع أحد صور المواد الحديدية التي استخدمت كثيرًا في الماضيلإنتاج الكثير من المنتجات التجارية التي يجري تصنيعها حاليًا من الفولاذ. وفيالوقت الراهن لا تنتج شركات الفولاذ إلا كميات صغيرة ومحدودة من الحديد المطاوع،ويستخدم معظمها في صناعة قضبان السكك الحديدية، والبوابات وبعض أعمال الديكوروالزخرفة.

الفولاذ الكربوني:يعد أكثر أنواع الفولاذ استخدامًا. وتعتمد خواص الفولاذ الكربوني اعتمادًا كليا على ما يحتويه من كربون. وتحتوي معظمأنواع الفولاذ الكربوني في الغالب على نسبة كربون أقل من 1%. ويصنع الفولاذالكربوني في صور منتجات متعددة تشمل قضبان الإنشاءات وأجسام السيارات ومعداتالمطابخ والعلب.

الفولاذ السبيكي:هو الفولاذ المحتوي على بعض الكربون،لكن خواصه تعتمد بصورة أساسية على العناصر الكيميائية الأخرى المضافة للسبيكة. ويعمل كل عنصر من العناصر المضافة على تحسين خاصية واحدة أو أكثر من خواص الفولاذ. وعلى سبيل المثال، فإن إضافة المنجنيز للفولاذ تزيد صلادته ومتانته ومقاومته للبلى. وتساعد إضافة النيكل على رفع المتانة وبخاصة للفولاذ المستخدم عند درجاتالحرارةشديدة الانخفاض. ويعمل الموليبدنوم على رفع الصلادةوتحسين مقاومة الفولاذ للتآكل، بينما ترفع إضافة التنجستن من مقاومة الفولاذللحرارة. وعلاوة على إضافة العناصر المذكورة إلى الفولاذ فهناك عناصر أخرى تضافإليه وتشمل الألومنيوم والكروم والنحاس والسليكون والتيتانيوم والفاناديوم.

الفولاذ غير القابل للصدأ:يعد أفضل أنواع الفولاذ فيمقاومة التآكل. ويعتبر الكروم العنصر الأساسي لسبيكة الفولاذ غير القابل للصدأ. وتحتوي جميع أنواع سبائك الفولاذ غير القابل للصدأ على 12% كروم على الأقل. وترتفعهذه النسبة لتصل في بعض السبائك إلى 30%. كما تحتوي أعداد كبيرة من سبائك الفولاذغير القابل للصدأ أيضًا على عنصر النيكل. ويصنع من الفولاذ غير القابل للصدأ الكثيرمن الأدوات المنزلية مثل السكاكين والملاعق والأطباق والأوعية والقدور. كما تستخدمالأنواع المختلفة من الفولاذ غير القابل للصدأ في إنتاج الكثير من المنتجات المهمةالأخرى مثل أجزاء السيارات وأجهزة المستشفيات والشفرات الحادة.

فولاذ العُدد:أعلى جميع أنواع الفولاذ صلادة، فصلادتهعالية جدًا. وهو يستخدم أساسًا في صناعة وإنتاج عِدَد تشكيل المواد الفلزية. ويصنعفولاذ العُدَد من خلال تلدين بعض الأنواع الخاصة من الفولاذ الكربوني أو الفولاذالسبيكي. وتُجرى عملية التلدين بتسخين الفولاذ إلىدرجةحرارة عالية، ثم يبرَّد بعدئذ بسرعة.
يتبع.....
مصادر خام الحديد

بسم الله الرحمن الرحيم
الحديد والفولاذ:
من أرخص الفلزات في العالم وأقلها كلفةً وأكثرها استخدامًاوأفضلها نفعًا,وتستخدم المنتجات الحديدية الصلدة ذات القدرة العالية على التحمل،في صناعة آلاف المنتجات المستخدمة في الحياة اليومية, وتتراوح هذه المنتجات منمحابس الأوراق إلى السيارات. كما يُصنع من الحديد والفولاذ الآلات التي تساهمتقريبًا في إنتاج كل شيء نستعمله في حياتنا بما في ذلك الملابس والمنازلوالطعام.

وتستخدم كلمة حديد للتعبير عن كل من عنصر الحديد وعدد منسبائك(خلائط)الحديد مع عدد من العناصر الفلزية. ويمثل الحديد واحدًا من أكثر العناصر الكيميائيةالمشهورة انتشارًا في القشرة الأرضية، لكنه لا يوجد في صورة مفردة نقية بل في صورةمركبات يطلق عليها خامات الحديد. كما أن بعض النيازك تحتوي أيضًا على الحديد. ويَستخدم الصناع سبائك الحديد في تصنيع وإنتاج كل ما يعرف باسم المنتجاتالحديدية.

ويُنتج الفولاذبتنقيةالحديد وسبكه بالعناصر الفلزية المختلفة. ولهذايُعد الحديد المادة الأولية لإنتاج الفولاذ، كما يمكن اعتبار الفولاذ صورة نقية منالحديد. ويشبه ذلك تمامًا كون البترول من نواتج تنقية (تكرير) الزيت، وذلك علىالرغم من أنخواصواستخدامات الحديد والفولاذ تختلف بصورة كبيرة بدرجةاختلاف استخدام الزيت والبترول.

وخامات الحديد ترسبات معدنية أو صخرية تركز فيها الحديد أثناء تكوين القشرةالأرضية. ويقوم صناع الفولاذ بتكسير هذه الخامات ومعالجتها لإنتاج رُكازات الحديدالتي تكون فيهادرجةتركيز الحديد أعلى مندرجةتركيزه في الخامات الأولية، ثم تحول المركزات الناتجةإلى فلز الحديد عن طريق تسخينها مع مواد أولية أخرى في أفران ضخمة. ويستخدم معظمفلز الحديد الناتج من عمليات الاستخلاص في صناعة الفولاذ، وإن كان يستخدم جزء قليلمنه في تصنيع منتجات حديدية أخرى. ويقوم صناع الفولاذ بتحويل فلز الحديد إلى فولاذسائل بعملية التنقية في أفران خاصة، حيث يسخن فيها أيضًا المنتجات الحديدية المعاداستخدامها وكذلك خردة الفولاذ. وبعد إنتاج الفولاذ السائل يتم تشكيله في أشكالمختلفة من الألواح والقضبان والأعمدة والأسياخ والأسلاك والأنابيب وأي شكل أخر منالأشكال المناسبة للاستعمال. وتقوم معظم المصانع الحديثة لإنتاج الفولاذ بإجراءمختلف خطوات صناعة الفولاذ بدءًا من صهر واختزال خامات الحديد إلى عمليات إنتاجالفولاذ، ثم عمليات التشكيل المختلفة للصور المفيدة للاستعمال.

بُدئ في استخدام الحديد منذ الأزمان الغابرة، ويُعتقد أن الناس قد استخدموه قبلالميلاد بحوالي أربعة آلاف سنة، وكانت بداية الاستعمال باستخدام حديد النيازك. وقدصُنِّع حديد النيازك في أشكال عدة منها التحف والأسلحة والعدَد والأدوات المنزلية. وعلى الرغم من البدايات المتقدمة لاستعمال الحديد، إلا أنه من غير المعروف على وجهالتحديد أين ومتى بدأ استخلاص الحديد من خاماته. ويعتقد أن عمليات استخلاص الحديدقد بدأت ونمت، ثم تطورت في أماكن متفرقة من العالم بصورة مستقلة كل عن الأخرى،وبخاصة فيما يعرف الآن بمناطق الشرق الأوسط والصين والهند. ومنها انتشرت بسرعة بعدذلك إلى مناطق مختلفة من العالم. وبحلول القرن العاشر قبل الميلاد ازدهرت صناعةالحديد كثيرا وأصبحت في متناول معظم الحضارات المعروفة في ذلك الوقت. أما صناعةالفولاذ فقد بدأت بكميات صغيرة ومحدودة وفي نوعية رديئة. واستمرت صناعة الفولاذ فيهذه الفترة بهذه الصورة لعدم إمكان تصنيعه بأسعار مقبولة. ولم يكن إنتاجه متاحًابكميات كبيرة إلا في نهاية القرن التاسع عشر الميلادي. ثم تطورت تقنية صناعةالفولاذ بسرعة كبيرة خلال نهاية النصف الثاني من القرن العشرين.
وفي الوقت الراهن يعد إنتاج الحديد والفولاذ واحدًا من أهم الصناعات حيوية فيالعالم. ويعمل في هذه الصناعات ملايين العمال في المصانع ووحدات الإنتاج في أنحاءالعالم. وبالإضافة إلى العاملين في المصانع فهناك ملايين أخرى تعمل في إعداد وتصنيعالآلات، والمواد الخام، والطاقة اللازمة لشركات صناعة الحديد والفولاذ، أو في صناعةوتشكيل وإنتاج المنتجات الاستهلاكية من الحديد والفولاذ.

أنواع الحديد والفولاذ
المواد الفلزية المعروفة التي يطلق عليها الحديد والفولاذ هي في الواقع سبائكلعنصر الحديد, وبوجه عام فإن الفولاذ هو سبيكة من عنصري الحديد والكربون, ولا تزيدنسبة الكربون فيها على 2%. وتحتوي معظم أنواع الفولاذ في الغالب بالإضافة إلىالكربون، على كمية من عنصر المنجنيز، كما يحتوي عدد من سبائك الفولاذ أيضًا على عددآخر من عناصر أخرى بجانب ما ذكر من عناصر. تعتمد خواص أي نوع من أنواع الحديدوالفولاذ إلى حد بعيد على التركيب الكيميائي للسبيكة. ويمكن أن تتغير هذه الخواصبدرجةملحوظة بإجراء عمليات التسخين والتشكيل.

وعلى الرغم من وجود آلاف من أنواع مختلفة من الحديد والفولاذ، إلا أنه يمكنتقسيم أنواع الحديد إلى المجموعات التالية: 1- حديد التمساح، 2- الحديد الزهر، 3- الحديد المليف (أو المطاوع). كما يمكن تقسيم الأنواع المختلفة من الفولاذ إلى أربعمجموعات: 1- الفولاذ الكربوني، 2- الفولاذ السبيكي، 3- الفولاذ غير القابل للصدأ، 4- فولاذ العددَ.

حديد التمساح:هو الحديد الناتج من الفرن العالي. وتحتويمعظم أنواع حديد التمساح على 93% حديد، ومن 3% إلى 4%، كربون بالإضافة إلى كمياتأقل من عناصر أخرى. وأصل مصطلحتماسيح الحديديعود إلى الطريقة الأولى التياتبعت في عمليات صب مصهور الحديد الناتج من الفرن العالي إلى منظومة من القوالبوضعت حول قناة مركزية.

ولقد أطلق على القضبان الحديدية المتكونة داخل قالب الصب اسمالتمساح. وفي الوقت الراهن يستخدم معظم خام حديد التمساح في حالته المنصهرة في صناعةالفولاذ، ولا يجري صبه في قوالب. ولكن كمية صغيرة منه فقط تصب كما كان يحدث فيالسابق، وذلك لتصنيع حديد الزهر أو الحديد المليف.
الحديد الزهر:هو أي نوع من سبائك الحديد المحتوية علىنسبة عالية من الكربون، حيث تتراوح نسبة الكربون فيه بين 2% و 4%، كما يحتوي علىالسليكون بنسب تتراوح بين 1% و 3%. ونظرًا لارتفاع نسبة الكربون في الحديد الزهر،فإنه لا يمكن تشكيله وهو في حالته الجامدة مهما كانتدرجةالحرارةالتي سيتم تسخينهإليها. ويشكل الحديد الزهر إلى الأشكال التجارية المفيدة بصب السبيكة المنصهرة فيقوالب، ثم تترك حتى تتجمد. ومما يساعد على استخدام الحديد الزهر في العديد منالتطبيقات ما يتميز به من: صلادة، وانخفاض تكلفة، ومقدرة عالية على امتصاص الصدمات. ولهذه الأسباب يعد الحديد الزهر مادة إنشاءات مفيدة ومهمة.

الحديد المطاوع:هو تقريبًا حديد نقي مخلوط مع مادة تشبهالزجاج. وعلى العكس من حديد الزهر فإن الحديد المطاوع قابل للطَّرْق، ولهذا يمكنطرقه إلى أشكال مختلفة. ويقاوم الحديد المطاوعالتآكل (الصدأ) بصورة أفضل منمقاومة الحديد الزهر.
ولقد كان الحديد المطاوع أحد صور المواد الحديدية التي استخدمت كثيرًا في الماضيلإنتاج الكثير من المنتجات التجارية التي يجري تصنيعها حاليًا من الفولاذ. وفيالوقت الراهن لا تنتج شركات الفولاذ إلا كميات صغيرة ومحدودة من الحديد المطاوع،ويستخدم معظمها في صناعة قضبان السكك الحديدية، والبوابات وبعض أعمال الديكوروالزخرفة.

الفولاذ الكربوني:يعد أكثر أنواع الفولاذ استخدامًا. وتعتمد خواص الفولاذ الكربوني اعتمادًا كليا على ما يحتويه من كربون. وتحتوي معظمأنواع الفولاذ الكربوني في الغالب على نسبة كربون أقل من 1%. ويصنع الفولاذالكربوني في صور منتجات متعددة تشمل قضبان الإنشاءات وأجسام السيارات ومعداتالمطابخ والعلب.

الفولاذ السبيكي:هو الفولاذ المحتوي على بعض الكربون،لكن خواصه تعتمد بصورة أساسية على العناصر الكيميائية الأخرى المضافة للسبيكة. ويعمل كل عنصر من العناصر المضافة على تحسين خاصية واحدة أو أكثر من خواص الفولاذ. وعلى سبيل المثال، فإن إضافة المنجنيز للفولاذ تزيد صلادته ومتانته ومقاومته للبلى. وتساعد إضافة النيكل على رفع المتانة وبخاصة للفولاذ المستخدم عند درجاتالحرارةشديدة الانخفاض. ويعمل الموليبدنوم على رفع الصلادةوتحسين مقاومة الفولاذ للتآكل، بينما ترفع إضافة التنجستن من مقاومة الفولاذللحرارة. وعلاوة على إضافة العناصر المذكورة إلى الفولاذ فهناك عناصر أخرى تضافإليه وتشمل الألومنيوم والكروم والنحاس والسليكون والتيتانيوم والفاناديوم.

الفولاذ غير القابل للصدأ:يعد أفضل أنواع الفولاذ فيمقاومة التآكل. ويعتبر الكروم العنصر الأساسي لسبيكة الفولاذ غير القابل للصدأ. وتحتوي جميع أنواع سبائك الفولاذ غير القابل للصدأ على 12% كروم على الأقل. وترتفعهذه النسبة لتصل في بعض السبائك إلى 30%. كما تحتوي أعداد كبيرة من سبائك الفولاذغير القابل للصدأ أيضًا على عنصر النيكل. ويصنع من الفولاذ غير القابل للصدأ الكثيرمن الأدوات المنزلية مثل السكاكين والملاعق والأطباق والأوعية والقدور. كما تستخدمالأنواع المختلفة من الفولاذ غير القابل للصدأ في إنتاج الكثير من المنتجات المهمةالأخرى مثل أجزاء السيارات وأجهزة المستشفيات والشفرات الحادة.

فولاذ العُدد:أعلى جميع أنواع الفولاذ صلادة، فصلادتهعالية جدًا. وهو يستخدم أساسًا في صناعة وإنتاج عِدَد تشكيل المواد الفلزية. ويصنعفولاذ العُدَد من خلال تلدين بعض الأنواع الخاصة من الفولاذ الكربوني أو الفولاذالسبيكي. وتُجرى عملية التلدين بتسخين الفولاذ إلىدرجةحرارة عالية، ثم يبرَّد بعدئذ بسرعة.
يتبع.....
مصادر خام الحديد