خاصیت سرب در فولاد

پیش از پیدایش آهن مردم از فلزاتی چون مس در ساخت ابزار و وسایل خود استفاده می‌ کردند. پس از پیدایش آهن به علت مقاومت و استحکام بالا، آهن مورد استفاده قرار گرفت. اما در گذر زمان و پیشرفت و نیازهای روز افزون بشر، برای بهبود در ترکیبات آهن تغییراتی ایجاد شده تا در همۀ صنایع قابل استفاده و کارایی بالا داشته باشد. در صنایع مختلف آهن را با کربن و فلزی مانند سرب ترکیب می‌ کنند و از فولاد آلیاژی به دست آمده با خواص و ویژگی‌ های بهبود یافته در صنایع، استفاده می‌ کنند.

سرب چیست؟

سرب فلزی است غیر آهنی. رنگ آن، آبی مایل به خاکستری است. این فلز به آسانی بریده و خراش داده می‌ شود. سرب سنگین و نرم ترین فلز برای استفاده در صنعت حساب می ‌شود.
همچنین از سرب به تنهایی در  صنعت ساختمان سازی در بهبود مغزی عایق‌ های پیش ساخته، آب بندی کردن سر ناودانی‌ ها و جهت زیر سری خرپاها و تیرهای فولادی به کار برده می ‌شود.

خواص فلز سرب در صنعت

•  شکل پذیری آسان
• قابلیت برش در حالت سرد
• چکش خواری خوب
• توانایی تا خوردگی
• قابلیت نورد
•  جوش پذیری خوب
•  مناسب برای لحیم کاری

افزودن سرب به آهن

در حالی که غالباً سرب به آلیاژهای فولاد اضافه می‌ شود، اما در واقع خود یک عنصر آلیاژی نیست. زمانی که این فلز با کربن، آهن ترکیب نمی ‌شود و با سایر عناصر نمی ‌پیوندد. سرب، در واقع در فولاد محلول نیست. در عوض، به صورت اجزا در فولاد باقی می ماند. و تقریباً هیچ تأثیری به خصوصیات مکانیکی فولاد نمی‌ گذارد.
افزودن سرب به فولاد مایع، به دقت مورد کنترل قرار می ‌گیرد تا هنگامی که فولاد به صورت جامد در‌ آید؛ سپس آن زمان از پراکندگی آن در فولاد اطمینان حاصل می‌ شود.
ترکیب سرب با فولاد می ‌تواند باعث بروز مشکلاتی به هنگام ماشین‌ کاری و یا در مجاورت با سرما شود. با توجه به این مسأله، آهنی که با سرب ترکیب شده است به طور معمول مورد تفکیک قرار می ‌گیرد.
برای نمونه، فولاد ترکیب شده با سرب را برای آزمایش و بررسی، توزیع یک نواخت سرب در دمای 700 درجه‌ سانتی گراد گرم می‌کنند که به آن آزمایش عرق می‎‌ گویند.
از آن جا که نقطۀ جوش سرب بالاتر از درجه حرارتی است که به فولاد برای انجام عملیات چکش‌ کاری وارد می‌ شود، فشار بخار بالایی ندارد. افزون بر این اضافه شدن سرب به آهن، باعث تولید مقدار قابل توجه و زیادی، دود می‌ شود. بخار حاصل شده از سرب بسیار سمی است و به همین خاطر می‌ بایست که تخلیه شود تا غلظت اتمسفر در آستانه‌ ی ‌مجاز یعنی 50 میکروگرم در هر متر مربع هوا موجود شود.

یکی از تأثیراتی که سرب بر آهن می‌ گذارد آن است که، خاصیت نورد گرم فولاد کم می‌ شود. البته، اگر میزان سرب موجود در آهن برای ایجاد و داشتن ویژگی ‌های ماشینکاری، مناسب و به اندازه باشد، نمی‌ تواند هیچ اثر مخربی بر نورد گرم فولاد بگذارد.
تنها در صورتی این مشکل بوجود می ‌آید که میزان سرب موجود در فولاد آلیاژی بیش از حد مجاز باشد؛ که با توجه به آزمایش عرق به راحتی قابل تشخیص است.
سرب را به منظور بهبود تراشکاری می ‌توان به فولادهای کربنی(C) و آلیاژی اضافه کرد. افزودن سرب به فولادهای آلیاژی سبب افزایش اثر گوگرد و سرعت ماشین کاری آن و باعث کاهش اصطحکاک آن می‌ شود.
به دلیل توزیع خوب همگن سرب در فولاد، تراشه‌ های کوتاه ‌تر و برش ‌های تمیزی بر روی فولاد بوجود می ‌آورند که تراشکاری را بهبود می ‌بخشد.
به هنگام ماشینکاری فولاد، سرب به صورت موضعی در قسمت “رابط ابزار، قطعه کار” ذوب می ‌شود و به عنوان روان‌ کننده برای کاهش ساییدگی ابزار عمل می ‌کند.

مزایای افزودن سرب به قطعه کار

•  بهبود اقتصادی ماشینکاری
• بهبود سطح قطعات پیچیده ‌ی فولادی
  با آن که سرب به فولاد مایع نیز افزوده می‌ شود اما به دلیل حلالیت کم آن در فولاد، در محلول باقی نمی ‌ماند. pb (سرب) تنها به صورت مکانیکی در فولاد مایع باقی می ‌ماند و به هنگام جامد شدن، جزئی از آن می ‌شود.
  pb در فولاد آلیاژی، تأثیر چشم‌گیری بر مقاومت تسلیم، مقاومت در برابر کشش، کاهش سطح، کشیدگی و مقاومت را نمی‌گذارد. همچنین به دلیل وجود سرب، می‌ توان شکل پذیری عرضی را در فولادهای بازپخت یا آنیل شده کاهش داد.
  اگر از روش غوطه‌ وری گرم برای گالوانیزاسیون ورق‌ های فولادی استفاده شود؛ سرب باعث ایجاد اسپنگل ‌ها (اشکالی شبیه گُل) بزرگ بر روی سطح ورق‌ ها در طی فرآیند می ‌شود. میزان سرب موجود در فرآیند گالوانیزاسیون و تشکیل اسپنگل بر روی ورق فولاد حدود 0.75 درصد تا 1.25 درصد بوده است. اگر میزان آن در حمام گالوانیزه بیشتر از این میزان باشد، به عنوان یک مایع غنی از سرب قابل تجزیه با روی (ZN) در کف وان حمام این فرآیند می‌ شود.

گالوانیزاسیون ورق فولادی

در گالوانیزاسیون ورق ‌های فولادی اولین پوششی که قرار می ‌گیرد، حاوی یک درصد سرب بوده است. در طی 40 سال گذشته با پیشرفت تکنولوژی میزان سرب بر روی فولاد به این میزان، معمول و رایج نبوده و کاهش یافته است. امروزه سطح معمولی سرب در حمام ‌های گالوانیزه روی خطوطی که محصولات روکش می‌ شوند، دارای الگوی اسپنگلی است و به همین خاطر از میزان سرب کمتری در این فرآیند استفاده می ‌شود.

کاربردهای سرب

کاربردهای سرب در فولاد دلایل گوناگونی ندارد اما به طور کلی، سرب به تنهایی توانایی تأثیرگذاری بر واکنش‌ های عملیاتی فولاد را ندارد. فولادهای حاوی آن، مقدار چسبندگی بیشتری دارند. خاصیت عایق ‌بندی و پوشش دهی این مقدار می‌ تواند سرعت خنک ‌سازی را کاهش دهد. از این رو فولادهای دارای سرب برای خنک‌ سازی عمقی نیاز به خنک کننده ‌های قوی دارند. همین اتفاق می ‌تواند، خود دلیلی بر احتمال هر چه بیشتر ترک خوردگی بلبرینگ ‌های فولاد باشد.

تنها دلیل افزودن سرب به فولاد، قابلیت بهبود تراش آن نیست. بلکه ممکن است در هر فولادی سرب موجود باشد و با آن که فولادهای کربنی و آلیاژی نیز به طور گسترده در دسترس هستند. اما در ماشینکاری فولاد، به راحتی می ‌توان شاهد تأثیر مثبت سرب باشیم.
PB قابلیت تراشکاری فولادها را با سرعت بالا در سرعت کم و متوسط برش ابزار و قطعات دستگاه بهبود می ‌بخشد. این نوع از فولاد عملکرد دستگاه و برشکاری را تا حدود 30 درصد بهبود بخشیده و عمر ابزار را 3 تا 5 برابر افزایش می‌ دهد. علاوه بر آن که عمر ابزار افزایش می‌‌‌ یابد باعث بهبود شکل تراش و کاهش نیروی برش و کیفیت سطح قطعه ‌ی کار می‌ شود.

با توجه به موارد ذکر شده، سرب با افزود شدن به فولاد سبب بهبود خواص آن شده و باعث آن می‌ شود که کارایی آن در صنعت آهن و فولاد افزایش یافته و با رعایت نکاتی برای کیفیت هوا، رو به بهبودی قدم گذارد.