عنصر آهن و تاریخچه آن

عنصر آهن، یک ماده خالص و سخت است که به عنوان عضوی از گروه هشتم جدول تناوبی عناصر طبقه‌بندی می‌شود. آهن، چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین به حساب می‌آید که بیشترین بخش هسته زمین (پنج درصد) و تقریباً ۹۵ درصد از کل فلزات تولیدی در جهان، از آن تشکیل شده است. به همین دلیل به عنوان فلزی پرکاربرد شناخته می‌شود.

تاریخچه آهن

بر اساس تحقیقات انجام شده، این ماده نه تنها در زمین بلکه در خورشید و سایر ستاره‌ها نیز به فراوانی وجود دارد. حضور آهن برای بقای موجودات زنده بسیار حائز اهمیت است. این فلز در تولید کلروفیل، ماده‌ای که برای گیاهان به عنوان سبزینه استفاده می‌شود و در تشکیل هموگلوبین، پروتئین حاوی اکسیژن در خون حیوانات، نقش مهمی دارد. باستان‌شناسان برآورد کرده‌اند که حدود پنج هزار سال است که بشر از آهن استفاده می‌کند. نخستین استفاده بر اساس تحقیقات انجام شده سال ۲۰۱۳، این ماده در مناطق مصر باستان و بین‌النهرین بوده است؛ که از آن در محصولات و صنایع مختلف استفاده می‌کردند. این ماده بسیار مهم به عنوان سلطان فلزات در جوامع مختلف شناخته می‌شود. برخی پژوهشگران بر این باورند که کلمه “آهن” از کلمه “اوستا” گرفته شده که خود این کلمه ریشه در “اسمن” به معنی آسمان است، در زبان کردی به این ماده فلزی “آسن” می‌گویند.

استخراج سنگ آهن

انسان‌های اولیه، این ماده را به صورت خالص از سنگ آهن تولید می‌کردند. با این حال، هنوز مشخص نشده است که آنها از چه زمانی این فلز را از سنگ معدن استخراج و استفاده می‌کرد. بر اساس تحقیقات انجام شده، در گذشته از آهن به عنوان مواد اولیه برای ساخت اسلحه‌ها استفاده می‌شد و حتی دریافتند که کمربند پادشاه سیلک نیز از این فلز ساخته شده است. در آن زمان، آهن به عنوان یک فلز گران و تشریفاتی محسوب می‌شد و تولید آن کم بود، اما قیمت بسیار زیادی داشت. به طوری که در دوره پارت‌ها، تولید آن به قدری کاهش یافت که تنها از طریق تجارت با چین به کشور وارد می‌شد. اولین نوع آن حدود ۵۵۰ سال قبل از میلاد در چین تولید شده است.

در همین زمان، اروپاییان از طریق ریخته‌گری زیورآلات آهنی تولید می‌کردند که در این فرآیند زغال چوب به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می‌گرفت. در دوران انقلاب صنعتی، روش‌های جدیدی برای تولید آهن بدون استفاده از زغال چوب کشف شد و این روش‌ها در نهایت در تولید فولاد هم به کار گرفته شدند. در حال حاضر، تولید سنگ آهن در ۴۸ کشور صورت می‌گیرد. از این کشورها، پنج کشور (چین، برزیل، استرالیا، روسیه و هند) مسئول تامین ۷۰ درصد از نیازهای جهانی این ماده هستند.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی

فلز آهن با نماد شیمیایی Fe مشخص می‌شود و چگالی آن حدوداً 86.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. عدد اتمی آن 26 بوده و وزن اتمی آن حدوداً 847.55 گرم بر مول است. دمای جوش آهن تقریباً 2750 درجه سانتی‌گراد قرار دارد. سطح فلز آهن صاف بوده و رنگ آن نقره‌ای به خاکستری است.

دگرگونی‌های آهن

تغییر فاز یا دگرگونی در این فلز به معنای تغییر حالت فیزیکی و ساختار بلوری آن با تغییر دما بوده که به صورت بتا، گاما، دلتا و آلفا وجود دارد.

• دلتا

وقتی آهن ذوب‌شده کم‌کم گرمای خود را از دست می‌دهد، در دمای 1538 درجه سانتی‌گراد به نوع دلتا تبدیل می‌شود. ساختمان بلوری این نوع به شکل مکعبی مرکز پر یا BCC است. ثابت شبکه‌ای آن حدوداً 93.2 آنگستروم و خاصیت پارامغناطیسی دارد.

• گاما

 با ادامه سرد شدن نوع دلتا، در دمای 1394 درجه سانتی‌گراد، ساختمان بلوری آهن به شکل مکعبی با وجوه پر یا FCC تغییر حالت می‌دهد. به این نوع استنیت یا گاما نیز گفته می‌شود. این فاز در دمای 1394 تا 912 درجه سانتی‌گراد پایدار است.

• آلفا

 در دمای 912 درجه سانتی‌گراد، دگرگونی دیگری در فلز آهن رخ می‌دهد و آلفا شکل می‌گیرد که به آن فریت نیز می‌گویند که از دمای 912 تا 273- درجه سانتی‌گراد به حالت پایدار می‌رسد و از نظر ساختار بلوری با نوع دلتا مشابه است.

• بتا

در دمای 768، نوع آلفا از حالت فرومغناطیس به حالت پارامغناطیس تبدیل می‌شود؛ گاهی این حالت، بتا نیز نام می‌گیرد؛ ثابت شبکه این نوع برابر با 2.9 آنگستروم است.

معرفی دگرگونی‌های آهن در قالب جدول

نوع دگرگونی	دما (درجه سانتی‌گراد)	ساختمان بلوری	ثابت شبکه (آنگستروم)	ویژگی‌ها
آلفا	912 تا 273	BCC	حدوداً 93.2	پارامغناطیسی
بتا	768	–	2.9	پارامغناطیسی
گاما	1394 تا 912	FCC	–	–
دلتا	1538	BCC	حدوداً 93.2	پارامغناطیسی

 

انواع آهن‌آلات

به منظور رفع عیوبی مانند شکنندگی در حالت خالص، به مرور زمان عناصر دیگری مانند فولاد به آهن اضافه شد که آلیاژهایی از آن را تشکیل داد؛ تفاوت فولاد و آهن در همین است. امروزه فولاد در بیشتر صنایع بیش از 90 درصد استفاده را به خود اختصاص داده و انواع مختلف آن توانسته‌اند به کاربردهای متنوعی پاسخ دهند. در ادامه به طور خلاصه به معرفی مقاطع مختلف فولاد می‌پردازیم.

قوطی

پروفیل‌های فلزی توخالی با اشکال گوناگون کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف از جمله ساختمان دارند. دو نوع پرکاربرد آن پروفیل‌های مربع و مستطیل، که با نام قوطی نیز معروف هستند. قیمت پروفیل‌ در بازار بر اساس ضخامت و سطح آن‌ها نیز تعیین می‌شود.

تیرآهن

این قطعات دارای سطح مقطعی به دو شکل I و H هستند که در صنعت ساختمان سازی استفاده گسترده‌ای دارند، به گونه‌ای که بدون این محصول، سازه‌های فولادی وجود نخواهند داشت؛ با توجه به اهمیت بالا و گستردگی این محصول پیشنهاد می‌کنیم حتما قیمت روز تیرآهن را زیر نظر داشته باشید.

میلگرد

یکی از معروف‌ترین پروفیل‌ها میلگرد نام دارد که دارای سطح مقطع دایره‌ای شکل و توپر است. این محصول در بخش‌های مختلف ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ جالب است بدانید که قیمت روز میلگرد را سایز و برند آن تعیین می‌کند.

ورق

این محصول، به چند نوع از جمله آلومینیوم رنگی و آجدار، سرد و گرم و اکسین تقسیم می‌شود؛ هر یک از آنها کاربردهای متفاوتی دارند که در سازه‌های گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ به همین دلیل قیمت ورق بر اساس نوع آن متغیر است.

نبشی و ناودانی

این مقطع فولادی از دو ضلع که با زاویه‌ای خاص در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است. نبشی در بازار به دو نوع بال مساوی و بال نامساوی دسته‌بندی می‌شود؛ برای دریافت قیمت نبشی به سایت پیوان به عنوان یکی از بهترین تامین‌کنندگان مقاطع فولادی در ایران مراجعه کرده و اطلاعات مورد نیاز را دریافت کنید. همچنین، ناودانی نیز نوعی پروفیل باز است که شکل آن شبیه به حرف U انگلیسی قرار دارد؛ قیمت ناودانی با توجه به انواع مختلف آن و بسته به کاربردهای موردنظر تعیین می‌شود.

لوله

این محصول با سطح مقطع دایره‌ای شکل ساخته می‌شود که علاوه بر نوع فلزی، در انواع غیرفلزی نیز در بازار موجود هستند و کاربردهای متنوعی دارد؛ اما معمولاً برای انتقال مایعات کاربرد دارد. برای دیدن قیمت لوله کلیک کنید.

شمش

به عنوان یکی از فرآورده‌های میانی نورد فولاد، شمش سه نوع عمده دارد. این سه نوع شامل بیلت یا شمشال، بلوم یا شمشه، و اسلب یا تختال هستند. تفاوت این سه نوع در ابعاد و شکل سطح مقطع آن‌ها قرار دارد.

آهن قراضه

باقی‌مانده و اضافه‌های فولاد به طور عمومی به عنوان قراضه یا ضایعات آهنی (scrap) شناخته شده که این ضایعات قابل بازیافت و استفاده مجدد هستند و به همین دلیل در صنایع مختلف کاربرد فراوانی دارند. 

جمع‌بندی

به طور کلی آهن یکی از فلزات پرکاربرد و حیاتی در صنایع مختلف است. این فلز دارای ویژگی‌های منحصر به فردی بوده و جزو عناصری است که در طبیعت به فراوانی وجود دارد و به راحتی استخراج می‌شود؛ از قابلیت بازیافت بالا برخوردار است و با توجه به هزینه نسبتاً کم و ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی برتر، به عنوان یکی از مهم‌ترین فلزات جهان شناخته می‌شود و نقش بسیار مهمی در توسعه و پیشرفت صنایع ایفا می‌کند. شما می‌توانید برای خرید و استعلام قیمت روز آهن به وب‌سایت پیوان مراجعه کرده و از راهنمایی کارشناسان متخصص این حوزه بهره ببرید.