يُعدّ الحديد والصلب من أكثر المعادن استخدامًا في العالم. يتميز هذان المعدنان بخصائص فريدة تميزهما عن غيرهما، وقد أدت التقنيات والعمليات الحديثة إلى تطوير نوعين جديدين منهما، وهما الحديد الزهر والصلب المجلفن. يُستخدم هذان النوعان على نطاق واسع في العديد من الصناعات والمنازل وشبكات الصرف الصحي. ستتناول هذه المقالة الفروقات بين الحديد الزهر والحديد المجلفن، وتناقش كيف تؤثر هذه الفروقات على استخدامهما في خطوط الأنابيب وشبكات الصرف الصحي.
عناصر
يُستخرج المكون الرئيسي للحديد الزهر من خامات الحديد. ثم يُصنع من سبيكة تتكون من الحديد والكربون والسيليكون. وعادةً ما تحتوي على نسبة تتراوح بين 2 و4% من الكربون، ونسب أقل من السيليكون. وقد توجد شوائب مثل المنغنيز والكبريت والفوسفات في الحديد الزهر أحيانًا. وعادةً ما تكون هذه المكونات الإضافية ضئيلة جدًا بحيث لا تؤثر على خصائص الحديد الزهر.
يُصنع الفولاذ المجلفن من الفولاذ الكربوني أو الفولاذ الكربوني العادي، وهما من سبائك المعادن. يتكون الفولاذ الكربوني من عنصرين: الحديد والكربون. قد تحتوي هذه السبيكة أيضاً على معادن أخرى مثل المنغنيز والسيليكون والنحاس. وعادةً ما تشكل هذه المعادن أقل من 0.60% من السبيكة، مما يعني أن تأثيرها على خصائصها ضئيل للغاية.
تحضير
يُصنع الحديد الزهر باستخدام فرن الصهر، من سبائك الحديد والكربون أو الحديد الخام. خلال هذه العملية، يتشكل الحديد الزهر مباشرةً من المعدن المنصهر. قد تُحرق الشوائب المذكورة خلال هذه المرحلة. مع ذلك، قد يحترق الكربون أيضًا بنفس الطريقة، ويجب تعويضه قبل اكتمال تشكيل الحديد الزهر. يكون الحديد الزهر معيبًا إذا افتقر إلى عنصري الكربون والسيليكون. بعد خروجه من الفرن، لا يحتاج الحديد الزهر إلى تكرير باستخدام المطارق أو غيرها من الأدوات. والنتيجة هي عملية تكرير أقل كثافة ومنتج نهائي أرخص.
يُصنع الفولاذ المجلفن من الفولاذ الكربوني المغطى بطبقة واقية من الزنك. تتم هذه العملية من خلال عملية تُسمى الجلفنة، ولها أنواع عديدة، مثل الرش الحراري، والغمس الساخن، والطلاء الكهربائي، وغيرها. في الجلفنة بالغمس الساخن، يُغمس الفولاذ الكربوني في الزنك المنصهر الساخن عند درجات حرارة تصل إلى 460 درجة مئوية. بعد اكتمال التغطية، يُرفع الفولاذ ويُعرّض للهواء. يؤدي هذا التعريض إلى تفاعل الزنك مع الأكسجين، مُنتجًا أكسيد الزنك. ثم يتفاعل أكسيد الزنك مع الكربون الموجود في الهواء مُكوّنًا كربونات الزنك، التي تُشكّل طبقة رمادية على سطح الفولاذ. على الرغم من تغطيته بعنصر آخر، يظل الفولاذ قابلاً للطرق والتشكيل بسهولة بواسطة آلات تصنيع المعادن الأخرى.
مقاومة
يُعدّ الحديد الزهر مقاومًا للتآكل الجوي بشكل عام، إذ يتمتع بمقاومة أعلى من بعض سبائك الصلب. كما أنه مقاوم للتآكل ويُمكنه امتصاص الاهتزازات. مع ذلك، فهو شديد التأثر بمياه البحر، ويتعرض بسهولة للتآكل والتنقر عند تعرضه لفترات طويلة لبيئات عالية الملوحة. وقد يكون الحديد الزهر أكثر هشاشة من المعادن المُصنّعة الأخرى.
يتميز الفولاذ المجلفن بمقاومته العالية للتآكل مقارنةً بمعظم المعادن الأخرى. ويعتمد في ذلك على طريقتين للحد من التآكل، ناتجتين عن عملية الجلفنة. إذ يُغطي الزنك المنصهر سطح الفولاذ الكربوني كما لو كان طلاءً، مُشكلاً طبقة أكسيد متماسكة للغاية. كما يُوفر الزنك قطباً موجباً (أنود) لاستقبال التآكل بدلاً من الفولاذ.
في حال تلف طبقة الزنك أو خدشها، يظل بإمكان قطب الزنك حماية الفولاذ المحيط به. كما يمكن للزنك المتبقي إعادة تكوين طبقة واقية من أكسيد الزنك. ومثل الألومنيوم، يتفاعل الزنك بشدة مع الأكسجين، وبالتالي يمتص معظم الأكسجين الذي يلامسه. وهذا يمنع الفولاذ الموجود أسفل الطبقة من التأكسد بشكل أكبر.
الاستخدامات
الحديد الزهر معدن متين ومقاوم إلى حد ما، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من الاستخدامات. يُستخدم في صناعة تروس السيارات ومكوناتها وأنابيبها. كما يُستخدم في قوالب تشكيل المعادن وقطع غيار الآلات الصناعية. ويُستخدم أيضًا بكثرة في أدوات المطبخ نظرًا لكفاءته في التسخين، وأشهرها المقالي. مع ذلك، يُمكن إيجاد أوانٍ وقوالب خبز ومقالي طهي مصنوعة من الحديد الزهر. كما يُستخدم في أعمال السباكة، وإن كان استخدامه أقل شيوعًا ولا يُنصح به عمومًا في المنازل الحديثة.
يُفضّل الفولاذ المجلفن لمتانته ومقاومته العالية. ومن أبرز استخداماته أنابيب السباكة، حيث تحميه طبقة الزنك الواقية من الصدأ. كما يُستخدم الفولاذ المجلفن في الهياكل الفولاذية للمنازل، وفي صناعة معظم أجزاء هياكل السيارات. ويُستخدم أيضاً في معدات الحماية الشخصية وإشارات الطرق.
تاريخ النشر: 7 مارس 2022