میلگرد 1221

میلگرد 1221– محصولات متداول CK60 در بازار شامل میلگرد، تسمه، ورق و مقاطع فورج‌شده برای ماشین‌کاری است.

مقدمه

فولادهای کربنی با درصد کربن بالا مانند فولاد 1.1221(معروف بهCK60 یاAISI 1060/C60E). در صنایع مهندسی به‌دلیل سختی‌پذیری، مقاومت سایشی و استحکام کششی بالا. از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. این گریدها به‌ویژه در تولید قطعاتی که تحت بارگذاری دینامیک، سایش یا ضربه قرار دارند، کاربرد فراوان دارند. در این مقاله تلاش شده است تا با زبان رسمی و ساختار مناسب برای انتشار در وردپرس، اطلاعات فنی و کاربردی. دربارهٔ میلگرد 1221 و محصولات مرتبط (تسمه CK60، میلگرد CK60. فولاد فنر 1221 و مقاطع دیگر) به‌صورت مستند و قابل استناد ارائه شود؛ منابع اصلی مورد استفاده شامل مرجع‌های فنی و دیتاشیت‌های استاندارد می‌باشند.

تعریف و نام‌گذاری

فولاد 1.1221 در سیستم DIN با نام CK60 و در برخی استانداردها با معادل‌هایی مانند AISI 1060 یا C60E شناخته می‌شود. این گرید در گروه فولادهای کربنی با محتوای کربن نسبتاً بالا قرار دارد و به‌عنوان یک فولاد حرارت‌پذیر (heat-treatable carbon steel) شناخته می‌شود. نام‌گذاری‌های متداول در بازار شامل «میلگرد 1221»، «تسمه CK60» و «فولاد فنر 1221» است که بسته به شکل محصول و کاربرد، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

استانداردها و معادل‌ها

فولاد CK60 در استانداردهای مختلف با عناوین متفاوت ثبت شده است؛ از جمله:

• DIN: 1.1221 (CK60)
• AISI/SAE: 1060 / C60E
• EN: معادل‌های C60E و گریدهای مشابه در طبقه‌بندی‌های اروپایی
  این تطابق استانداردی امکان جایگزینی و تطبیق مشخصات فنی در پروژه‌های بین‌المللی را فراهم می‌آورد.

ترکیب شیمیایی (مرجع و محدوده‌ها)

ترکیب شیمیایی CK60 نقش تعیین‌کننده‌ای در خواص مکانیکی و رفتار حرارتی آن دارد. مقادیر مرجع که در دیتاشیت‌های فنی گزارش شده‌اند عبارت‌اند از:

• کربن (C): حدود 0.57–0.65٪ (مقدار مرجع نزدیک به 0.60٪)
• منگنز (Mn): حدود 0.60–0.90٪
• سیلیسیم (Si): حداکثر حدود 0.40٪ (مقادیر مرجع 0.15–0.35٪)
• عناصر آلیاژی فرعی (Cr, Mo, Ni): مجموع مقادیر محدود و معمولاً در محدودهٔ کم (مجموع Cr+Mo+Ni حداکثر حدود 0.63٪ در برخی منابع)
• فسفر و گوگرد (P, S): مقادیر کنترل‌شده و پایین (≤ 0.035٪)
  وجود درصد بالاتر کربن نسبت به گریدهایی مانند CK45. عامل اصلی افزایش سختی‌پذیری و مقاومت به سایش در CK60 است. همچنین سیلیسیم و منگنز به بهبود خواص فنری و مقاومت خستگی کمک می‌کنند.

ساختار میکروسکوپی و تأثیر ترکیب

در حالت نرماله یا آنیل، ساختار میکروسکوپی CK60 معمولاً شامل فریت و پرلیت است. پس از عملیات سخت‌کاری و تمپرینگ، ساختار می‌تواند شامل مارتنزیت یا مارتنزیت-تمپرد با ماتریس مناسب باشد. که منجر به افزایش سختی سطحی و استحکام کششی می‌گردد. افزایش کربن، قابلیت تشکیل فازهای سخت‌تر را فراهم می‌آورد اما در عوض چقرمگی را کاهش می‌دهد. بنابراین طراحی حرارتی و انتخاب شرایط عملیات باید با توجه به نیازهای کاربردی انجام شود.

خواص فیزیکی و مکانیکی مرجع

مقادیر مرجع خواص مکانیکی CK60 در شرایط مختلف گزارش شده‌اند؛ به‌عنوان نمونه:

• استحکام کششی نهایی (UTS): محدودهٔ 700–900 MPa (بسته به عملیات حرارتی)
• استحکام تسلیم: حدود 450–550 MPa
• سختی برینل در حالت آنیل/نرمال: تا حدود HB 241 (مقادیر مرجع)
• ازدیاد طول نسبی: حدود 10–14٪ (بسته به عملیات حرارتی و شکل محصول)
• مدول یانگ و چگالی: مقادیر استاندارد برای فولادهای کربنی (مدول ≈ 210 GPa، چگالی ≈ 7.85 g/cm³).
  این ارقام مرجع، مبنای طراحی قطعات و انتخاب شرایط عملیات حرارتی را تشکیل می‌دهند. و در دیتاشیت‌های تولیدکنندگان و مراجع فنی قابل مشاهده‌اند.

روش‌های تولید و نورد گرم

فولاد CK60 معمولاً از طریق فرآیندهای ذوب و ریخته‌گری اولیه و سپس نورد گرم تولید می‌شود. نورد گرم امکان تولید مقاطع طولی مانند میلگرد، تسمه و ورق را با خواص مکانیکی یکنواخت فراهم می‌آورد. دمای فورجینگ و نورد برای CK60 در محدودهٔ 850–1100°C گزارش شده است. که بسته به شکل محصول و اندازهٔ شمش اولیه تنظیم می‌گردد؛ کنترل دقیق دما و نرخ خنک‌سازی. در این مراحل برای دستیابی به ساختار میکروسکوپی مطلوب و جلوگیری از ترک‌های گرم ضروری است.

اشکال عرضه در بازار

محصولات متداول CK60 در بازار عبارت‌اند از:

• میلگرد CK60 (Rebars / Rods): برای کاربردهای شفت، محور و قطعات مکانیکی
• تسمه CK60 (Strips / Bands): برای تولید فنرها، تیغه‌ها و قطعات برشی
• ورق و صفحات: برای قطعات تخت و کاربردهای خاص
• مقاطع فورج‌شده و چهارپهلو: برای ماشین‌کاری و تولید قطعات سفارشی.
  در بسیاری از بازارها، تسمه فولادی CK60 به‌عنوان محصولی پرمصرف شناخته می‌شود. و برای تولید قطعاتی که نیاز به تحمل فشار و ضربه دارند، کاربرد دارد.

عملیات حرارتی — راهنمای کاربردی

عملیات حرارتی CK60 نقش محوری در تعیین خواص نهایی دارد. راهنمای کلی عملیات حرارتی شامل مراحل زیر است که مقادیر دمایی مرجع از دیتاشیت‌ها استخراج شده‌اند:

• آنیل نرم‌کننده (Soft annealing): گرم کردن تا حدود 650–700°C و سردسازی آهسته در کوره برای کاهش سختی. و بهبود قابلیت ماشین‌کاری؛ این مرحله برای قطعاتی که نیاز به شکل‌پذیری و ماشین‌کاری دارند ضروری است.
• نرماله‌سازی (Normalizing): گرم کردن تا حدود 820–850°C و خنک‌سازی در هوا برای یکنواخت‌سازی ساختار و بهبود خواص مکانیکی.
• سخت‌کاری (Hardening / Quenching): گرم کردن تا دمای بحرانی (حدود 800–840°C). و سپس کوئنچ در آب یا روغن برای ایجاد ساختار سخت مانند مارتنزیت؛ انتخاب محیط کوئنچ (آب یا روغن). و نرخ خنک‌سازی بر سختی و ترک‌پذیری تأثیرگذار است.
• تمپرینگ (Tempering): پس از سخت‌کاری، تمپرینگ در دماهای حدود 540–680°C. برای کاهش تنش‌های داخلی و افزایش چقرمگی انجام می‌شود. دمای تمپرینگ و زمان آن تعیین‌کنندهٔ توازن بین سختی و چقرمگی نهایی است.

سختی‌پذیری و کنترل خواص

فولاد CK60 به‌دلیل درصد کربن بالا، سختی‌پذیری قابل‌توجهی دارد؛ در حالت سخت‌کاری و تمپرینگ مناسب، سختی‌های بالا (برحسب HRC یا HB) قابل دستیابی است. دیتاشیت‌ها نشان می‌دهند که سختی برینل مرجع در حالت آنیل تا حدودHB 241 می‌باشد و پس از سخت‌کاری و تمپرینگ. مقادیر سختی بسیار بالاتری قابل حصول است؛ با این حال، افزایش سختی معمولاً با کاهش چقرمگی همراه است. و لذا طراحی حرارتی باید با توجه به نیازهای عملکردی انجام شود.

ماشین‌کاری و قابلیت ساخت

قابلیت ماشین‌کاری CK60 نسبت به فولادهای کم‌کربن کمتر است؛ دیتاشیت‌ها ماشین‌کاری این گرید را نسبت به فولادهای کم‌کربن در حدود 55–60٪ ارزیابی کرده‌اند. در حالت آنیل، ماشین‌کاری آسان‌تر است، اما برای قطعات سخت‌کاری‌شده نیاز به ابزارهای برشی مقاوم و پارامترهای برش مناسب می‌باشد. همچنین در فرآیندهای سردکاری، CK60 به‌دلیل درصد کربن بالا نیازمند نیروی بیشتر و مراقبت‌های ویژه است.

جوشکاری و نکات اجرایی

جوشکاری CK60 به‌دلیل محتوای کربن بالا چالش‌برانگیز است؛ برای جلوگیری از ترک‌های سرد و گرم. پیش‌گرمایش(Preheat) و پس‌گرمایش(Post-heat / PWHT) مطابق دستورالعمل‌های فنی ضروری است. مقادیر پیشنهادی پیش‌گرمایش و پس‌گرمایش بسته به ضخامت قطعه و فرآیند جوشکاری متفاوت است؛ در دیتاشیت‌ها توصیه شده است. که پیش‌گرمایش در محدودهٔ 150–260°C و پس‌گرمایش در محدودهٔ 590–650°C برای برخی شرایط اعمال شود. تا تنش‌های باقیمانده کاهش یابد و خواص جوش بهبود یابد.

کاربردهای صنعتی میلگرد 1221 و محصولات CK60

فولاد 1.1221 (CK60) به‌دلیل سختی‌پذیری بالا، مقاومت سایشی و استحکام کششی در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد. برخی از کاربردهای کلیدی عبارت‌اند از:

• صنایع خودروسازی: تولید میل‌لنگ، شفت‌ها، پین‌ها، بوش‌ها، چرخ‌دنده‌های کوچک و اجزای انتقال نیرو که نیاز به مقاومت در برابر سایش و بارگذاری دینامیک دارند.
• ماشین‌سازی عمومی و صنعتی: تولید غلطک‌ها، محورهای انتقال، پین‌ها و قطعاتی که تحت سایش و ضربه قرار می‌گیرند.
• تولید فنر و قطعات فنری: به‌ویژه در مواردی که نیاز به خاصیت فنری بالا و بازگشت الاستیک وجود دارد. حضور سیلیسیم و منگنز در ترکیب CK60 به بهبود خواص فنری کمک می‌کند.
• صنایع نفت، گاز و پتروشیمی: قطعات پمپ، شافت‌های حفاری و اجزای مکانیکی که در شرایط فشار و سایش بالا کار می‌کنند.
• صنایع کشاورزی و ابزارآلات دستی: تیغه‌ها، ابزارهای برشی و قطعاتی که نیاز به دوام و مقاومت سایشی دارند.
• کاربردهای نظامی و تجهیزات سنگین: قطعاتی که نیاز به استحکام و مقاومت ضربه‌ای بالا دارند.

مزایا و محدودیت‌ها در کاربرد

مزایا: سختی‌پذیری بالا، مقاومت سایشی مناسب، امکان دستیابی به سختی‌های بالا با عملیات حرارتی، و قیمت اقتصادی نسبت به برخی فولادهای آلیاژی پیچیده.
محدودیت‌ها: مقاومت پایین در برابر خوردگی (نیاز به پوشش‌دهی در محیط‌های خورنده). قابلیت جوشکاری محدود و نیاز به پیش‌گرمایش و پس‌گرمایش، و کاهش چقرمگی در حالت‌های سخت‌شده. که باید در طراحی مدنظر قرار گیرد.

مقایسه CK60 با CK45 و سایر گریدها

در مقایسه با CK45 (فولاد 1.1191 / AISI 1045)، تفاوت‌های کلیدی عبارت‌اند از:

• درصد کربن: CK60 دارای درصد کربن بالاتری است که منجر به سختی‌پذیری بیشتر می‌شود.
• سختی‌پذیری و مقاومت سایشی: CK60 برتر است و برای مقاطع تحت بارگذاری و سایش بالا مناسب‌تر است.
• چقرمگی و قابلیت جوشکاری: CK45 معمولاً چقرمگی بالاتری دارد و جوش‌پذیری آن بهتر است. بنابراین در کاربردهایی که نیاز به جوشکاری گسترده یا چقرمگی بالا دارند، CK45 ممکن است مناسب‌تر باشد.
• قیمت و دسترسی: هر دو گرید در بازارهای صنعتی به‌وفور یافت می‌شوند، اما انتخاب نهایی باید بر اساس نیازهای عملکردی و فرآیند تولید انجام شود.

معیارهای انتخاب میلگرد 1221 برای پروژه‌ها

برای انتخاب صحیح میلگرد 1221 یا سایر مقاطع CK60 در پروژه‌ها، باید معیارهای زیر را مدنظر قرار داد:

1. نوع بارگذاری: بارگذاری استاتیک یا دینامیک، ضربه‌ای یا خستگی؛ CK60 برای بارگذاری‌های دینامیک و سایش بالا مناسب است.
2. نیاز به جوشکاری: در صورت نیاز به جوشکاری گسترده، باید تمهیدات پیش‌گرمایش و پس‌گرمایش را لحاظ کرد یا گریدی با کربن کمتر انتخاب نمود.
3. محیط کاری: در محیط‌های خورنده، پوشش‌دهی یا استفاده از فولادهای مقاوم به خوردگی ضروری است.
4. نیاز به ماشین‌کاری: در صورت نیاز به ماشین‌کاری دقیق، آنیل کردن پیش از ماشین‌کاری توصیه می‌شود.
5. هزینه و دسترسی: بررسی قیمت روز و شرایط تأمین از تولیدکنندگان معتبر و مقایسه پیشنهادها.

نکات ایمنی و محیط‌زیستی

در فرآیندهای تولید، نورد گرم، فورجینگ و عملیات حرارتی، رعایت استانداردهای ایمنی صنعتی، کنترل انتشار آلاینده‌ها و مدیریت ضایعات حرارتی اهمیت دارد. همچنین در فرآیندهای کوئنچ و تمپرینگ، مدیریت سیالات کوئنچ (روغن یا آب) و بازیافت یا تصفیه آن‌ها باید مطابق مقررات زیست‌محیطی انجام شود.

نتیجه‌گیری

فولاد 1.1221 (CK60 / AISI 1060 / C60E) یک گرید کربنی با درصد کربن نسبتاً بالا است. که به‌دلیل سختی‌پذیری، مقاومت سایشی و استحکام کششی در تولید میلگرد، تسمه و قطعات مهندسی کاربرد فراوان دارد. انتخاب این فولاد برای پروژه‌ها باید بر اساس تحلیل دقیق نیازهای عملکردی، شرایط کاری، قابلیت‌های تولید و الزامات جوشکاری انجام شود. عملیات حرارتی مناسب (آنیل، نرماله، سخت‌کاری و تمپرینگ) و کنترل کیفیت دقیق، کلید دستیابی به عملکرد مطلوب قطعات تولیدی است. برای تأمین و خرید، توصیه می‌شود از دیتاشیت‌های معتبر تولیدکنندگان استفاده نموده. و با کارشناسان فنی مشورت نمایید تا پارامترهای تولید و عملیات حرارتی مطابق نیازهای پروژه تعیین گردد.

منابع منتخب و مرجع:

منابع تولیدکنندگان و مرجع‌های صنعتی بین‌المللی دربارهٔ خواص مکانیکی، تولید و کاربردهای CK60.

SIQUAL 1221 Steel (Mat.No. 1.1221, DIN CK60, AISI 1060) — دیتاشیت فنی و نمودارهای عملیات حرارتی.

مقالات و مرجع‌های صنعتی داخلی دربارهٔ کاربردها و مشخصات CK60 (مرجع فارسی و تحلیل‌های بازار).

میلگرد 1221