بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
المقدمه
يمكن القول بأن الحديد هو أهم عنصر فلزي عرفته الإنسانية فهو الأكثر استخداما وهو أكبر الفلزات وأكثرها استخداما في صناعاته وتطبيقاته . والحديد في صورة الصلب هو رمز المدنية التي نلمسها أو ندركها أو نسمع عنها , ولكي نحكم علي مدي أهمية هذا العنصر يكفي أن نتخيل ماذا يحدث لو أن الحديد المستخدم الآن قد أزيل كله من الوجود فمما لا شك فيه أن المدنية التي نتمتع بكل أثاراها براحه أو رفاهية سوف تعاني تغيرا جزريا , إن لم يكن انهيارا وتراجعا .
وتعتبر صناعة الحديد والصلب من القطاعات الصناعية الهامة والتي تقوم بدور رئيسي في التنمية الصناعية والاقتصادية للمجتمع، حيث توضح البيانات الإحصائية والتي تم تحليلها على مدى فترات زمنية طويلة في العديد من الدول ذات المستوي الاقتصادي المتباين وجود علاقة طرديه بين كمية الاستهلاك من منتجات الصلب والنمو الاقتصادي بالدولة .
ويعرف مدي تقدم الدول اقتصاديا بنصيب الفرد من الحديد ففي الدول المتقدمة صناعيا يزداد نصيب الفرد عن 750 كجم /سنوياَ بينما ينخفض في الدول النامية عن ذلك بكثير ويصل إلي اقل من 10كجم/سنوياَ وقد بلغ متوسط استهلاك الفرد في مصر عام 2022 حوالي 75 كجم /سنويا
الحديد
الحديد عنصر كيميائي وفلز ، من اقدم المعادن المكتشفة ، يرمز له بالرمز Fe وعدده الذري 26 ، وفي الجدول الدوري يقع الحديد في المجموعة الثامنة والدورة الرابعة ، وهو عنصر ضروري لحياة الانسان كونه يدخل في تركيب هيموجلوبين الدم وكذلك لحياة النباتات كونه يدخل في تركيب الكلوروفيل .و يدخل في كل شيء، ويحتل الحديد المركز الرابع من حيث وجود العناصر في القشرة الأرضية، وهو فلز قابل للطرق والسحب ،ويدخل في صناعة العديد من السبائك .
تحتوي النيازك الساقطة على الارض على كميات من الحديد قد تصل إلى 90% من كتلة النيازك.
الشبكة البلورية للحديد على هيئة مكعب ، تتوزع على كل زاوية من زواياه ذرة حديد(ثمانية ذرات) ، وتقع تاسعة في مركز المكعب ، والاوتونيوم ، البناء الفريد في مدينة بروكسل يمثل نموذج الشبكة البلورية للحديد مكبرا 165 مليار مرّة، جاء البناء رمزا لعظمة الحديد ودوره في حياة البشريّة.
يعد الحديد أقوى الفلزات على الاطلاق..وأكثرها أهمية للأغراض الهندسية..شرط حمايته من الصدأ. (أي التفاعل مع الأكسجين) وهناك عدة طرق لحماية الحديد من الصدأوابسطها منع تماس الآكسجين والرطوبة عن الحديد وذلك بتغليف الحديد بمادة عازلة مثل استخدام الاصباغ او عوازل PVC مثلا. من أفضل الطرق المستخدمة في الصناعة هي استخدام نظام الحماية الكاثودية لحماية الحديد من الصدأ والتآكل.
الحديد عبر التاريخ
من المؤكد استخدام الانسان للحديد سنة 4000 قبل الميلاد تقريبا. واستخرج اساسا من النيازك واستخدم في سومر ومصر لأغراض الزينة وكرؤوس للحراب.
من الفترة 3000 الى 2022 قبل الميلاد, عثر في بلاد ما بين النهرين والاناضول ومصر على حديد مستخرج صناعيا من النيازك (يتم التعرف على حديد النيازك عبر غياب النيكل). كما يبدو فإن هذا الحديد استعمل في الطقوس الاحتفالية فقط وكان اثمن من الذهب. ويعتقد انه ناتج عن مخلفات تحضير البرونز.
الحديد في الثقافة العامة
يرمز الحديد في الثقافة العامة إلى القوة و الصلابة ومن ذلك قولنا لا يفل الحديد إلا الحديد و قولنا سنضرب بيد من حديد. يشكل الحديداحدى القواعد التي تقوم عليها حضارتنا. و يرجع كونه اكثثر الفازات استخداما إلى خواصه القيمة,و إلى وفرة خاماته و سهولة الوصول اليها.ان الحديد موجود في معظم القشرة الارضية, وهو يمثل 50% منها من الرغم من عدم تساوي توزيعه في سطح الارض. ونتيجة لعمليات جيولوجية,يتراكم الحديد في رواسب deposits مختلفة الحجم ،وهو أكثر توافرا في باطن الارض ، ويعتقد ان لب الارض يتكون من كثلة من الحديدو النيكل في درجة حرارة 4000 م تحت ضغوط عالية جدا .
في القرآن الكريم
وردت كلمة حديد في عدة مواضع في القرآن الكريم. كما أن الحديد هو اسم لسورة من سور القرآن أنظر سورة الحديد.
قال تعالى{ لَقَدْ أَرْسَلْنَا رُسُلَنَا بِالْبَيِّنَاتِ وَأَنْزَلْنَا مَعَهُمْ الْكِتَابَ وَالْمِيزَانَ لِيَقُومَ النَّاسُ بِالْقِسْطِ وَأَنْزَلْنَا الْحَدِيدَ فِيهِ بَأْسٌ شَدِيدٌ وَمَنَافِعُ لِلنَّاسِ وَلِيَعْلَمَ اللَّهُ مَنْ يَنْصُرُهُ وَرُسُلَهُ بِالْغَيْبِ إِنَّ اللَّهَ قَوِيٌّ عَزِيزٌ} (25)
من استخدامات الحديد
استخدامات الحديد الصلب ( الحديد الزهر ) :
يستخدم في صناعة الأدوات التي لا تتعرض للصدمات مثل : أنابيب المياه وأنابيب الغاز.
استخدامات الحديد المطاوع ( الحديد اللين ) :
ويستخدم في صنع المغناطيسيات الكهربائية المؤقتة المستخدمة في الأجهزة الكهربائية ، كما يستخدم في قضبان التسليح المستخدمة في البناء.
استخدامات الحديد الصلب ( الفولاذ ) :
يستخدم في صناعة السفن وقضبان سكك الحديد والجسور.
استخدمات سبائك الصلب :
صلب النيكل : ( المتكون من الحديد الصلب والنيكل ) يجعل السبيكة تقاوم تآكل الصدأ مما يزيد من صلابتها ومتانتها وتستخدم في صناعة السيارات.
صلب الكروم : ( المتكون من الحديد الصلب والكروم )، مما يجعل السبيكة أكثر صلابة وتستخدم في صناعة كرة من الحديد التي تسهل حركة محاور المحركات والتي يطلق عليها ( رمان بلي ) .
صناعة الحديد والصلب وأهميتها
تعتبر صناعة الحديد والصلب من أهم الصناعات الاستراتيجية حيث تقوم بدور رئيسي في التنمية الصناعية والاقتصادية حيث توضح البيانات الإحصائية علي مدار فترات زمنية في العديد من الدول ذات المستوي الاقتصادي المتباين وجود علاقة طردية بين كمية الاستهلاك من منتجات الصلب و النمو الاقتصادي للدولة .
الحديد :
كلمة حديدية ferrous جاءت من الكلمة اللاتينية ferrum وهي تعني الحديد ومنها اخذ الرمز الكيميائي لفلز الحديد Fe والآن استخدمت للتعبير عن الحديد وسبائكه .
وبمقارنة الحديد بالعناصر الغير الحديدية التي يتم التعامل معها واستخدامها يتم إنتاجها تحتوي علي نسب صغيرة جداَ من الشوائب وعلي العكس من ذلك فلا يتم إنتاج الحديد بهذه الصورة وحتى عندما تكون هناك حاجة لإنتاج الحديد بتلك الدرجة من النقاوة .
والواقع أن خواص الحديد تعتمد إلي حد بعيد علي درجة نقاوته كما أن للحديد كثيراًَ من خواص الفضة فهو يتمتع بممطولية وصلابة عاليتين ومقاومة جيدة للتآكل وكذلك معامل توصيل كهربائي عالي إضافة إلي الخاصية الأساسية المميزة للحديد وهي المغناطيسية.
يمكن القول بأن لمحتوي الكربون أهمية كبيرة حيث يحتوي المعدن الساخن الذي ينتج من اختزال خام الحديد في الفرن العالي من 2 إلي 5.7 % كربون ويمكن صهره بسهوله وصبة في قوالب إلا انه غير قابل للطرق أو الدرفلة أو الكبس ولا يخضع لأي عملية تشكيل ميكانيكية أو درفلة علي الساخن أو البارد ويوجد نوعان من الحديد الغفل : الحديد الغفل الأبيض والحديد الغفل الرصاصي .
الحديد الغفل الأبيض يكون الكربون مركب كيميائي مع الحديد علي هيئة كربيد الحديد Fe3C أما الحديد الغفل الرصاصي فهو أكثر مطاوعية ومتانة من الحديد الأبيض ويستعمل جزء منه كحديد زهر في صنع المنتجات المصبوبة .
والحديد الزهر عامة يحتوي علي من 2-4 % كربون و من 0.3-3% سليكون ومن 0.2 إلي 1.2 % منجنيز ويجب إلا يحتوي إلا علي نسبة صغيرة جدأَ من الكبريت لأن الفوسفور يجعل الحديد سهل السيولة الأ انه يجعله متقصفاَ والكبريت يجعل الحديد متقصفاَ في درجات الحرارة التي يتم عندها التشكيل علي الساخن .
ويحتوي الحديد المطاوع الذي يمكن أن يمكن إن يشكل بالطرق اليدوي أو الآلي أو بالدرفلة علي كربون أفل من الحديد الغفل أو الحديد الزهر بين 2% – 0.01 % وهذا يقصد به الحديد الصلب حيث يمكن تعريف الصلب بأنه :
ويمكن تعريف الصلب بأنة الحديد الذي يحتوي علي نسبة كربون أفل من 2% .
ويمكن تقسيم الصلب كالتالي :
1- صلب كربوني ويحتوي علي
أ- صلب منخفض الكربون : وهو صلب تصل نسبة الكربون به إلي 0.25 % ويتم إضافة بعض العناصر لتحسين الخواص الميكانيكية مثل النحاس والفاناديوم والنيكل.
استخداماته : يستخدم هذا الصلب في صناعة الكباري وأعمدة الدعامات وأوعية الضغط .
ب- صلب متوسط الكربون : ويحتوي علي كربون بنسبة من 0.25 % إلي 0.6 % يتم معالجة هذا النوع من الصلب بعمل تبريد سريع له حيث يؤدي ذلك إلي تحسين في خواصه الميكانيكية كما يضاف إليه بعض العناصر لتكوين سبائك مختلفة ذات خواص ميكانيكية جيدة من هذه العناصر الكروم والمولبيدنيوم .
استخداماته : يستخدم في صناعة التروس وفي صناعة أعمدة نقل الحركة وعجلات قطارات السكك الحديدية .
جـ – صلب عالي الكربون : تتراوح نسبة الكربون فيه من 0.6 % إلي 1.4 % كربون وقد يضاف إليه بعض العناصر مثل الكروم والتنجيستن والفاناديوم ليزيد من مقاومته للبري والتآكل . وهو ذا صلادة عالية وممطولية ضعيفة .
استخداماته : يستخدم في صناعة أدوات القطع المختلفة وصناعة العدد التي تستخدم في آلات التشغيل.
د – الصلب الذي لا يصدأ "stainless steel " يحتوي علي نسبة كربون من 0.1% إلي 0.4 % كربون ويحتوي علي 11% كروم و 8 % نيكل بالإضافة إلي بعض العناصر مثل النيكل والمولبيدنيوم .
استخداماته : يدخل هذا النوع من الصلب في صناعات متعددة ولكن يستعمل بصفة أساسية للصناعات التي تحتاج إلي مقاومة عالية جداَ للصدأ .
2- صلب درجات الحرارة العالية :
التي تصنع منه الغلايات لأنه يحتفظ بمتانته في درجات الحرارة المستمرة من 500-600 درجة مئوية والمولبيدنيوم هو العنصر لسبائكي الرئيسي في هذا الصلب .
3- صـــلب العـــــــدة :
يحتوي علي نسبة من الكربون اعلي من الإنشاءات ويستخدم في آلات الورش لقطع جميع المواد في الصناعات الهندسية بالخراطة والثقب والكشط والصك ينتج عن طريق إضافات من الكروم والمولبيدنيوم والكوبالت والفاناديوم .
الغرض من عمل سبائك الصلب :
1- تحسين الخواص الميكانيكية مثل المرونة واللدونه.
2- تحسين مقاومة الصدأ ومقاومة الحرارة العالية.
3- تحسين خواص القطع على آلات التشغيل .
أهمية صناعة الحديد والصلب :
وترجع أهمية صناعة الحديد والصلب كقطاع له دور مؤثر في التمنية لارتباطها الوثيق بالعديد من الصناعات الأخرى والتي تتمثل في :
1) صناعات مغذية لصناعة الصلب مثل صناعة التعدين والحراريات والسبائك الحديدية .
2) صناعات مستهلكة لمنتجاتها من أهمها صناعة السيارات والسفن والأجهزة المنزلية والمعلبات وصناعة المعدات والعديد من الصناعات الهندسية الأخرى كما يوجد ارتباط وثيق بين صناعة الصلب ومشروعات المرافق والخدمات مثل مشروع المياه والصرف الصحي والتي تستخدم مواسير الصلب بالإضافة إلي قطاع البترول والغاز الطبيعي الذي يستهلك عادة كميات كبيرة من مواسير الصلب في عمليات الحفر والاستكشاف وخطوط النقل ويتركز استهلاك الصناعات الهندسية وقطاع البترول ومرافق المياه والصرف عادة في منتجات الصلب المسطحة مثلا الألواح والشرائط كم أن قطاع التشييد والإسكان يعتبر من أهم القطاعات المستهلكة لمنتجات الصلب في صورة منتجات طولية مثل حديدي التسليح والقطاعات الإنشائية.
ما سبق يتضح لنا أهمية هذه الصناعة , ودورها في نمو القطاعات والصناعات الأخرى ,كما أن صناعة الحديد والصلب تعتبر من الصناعات التي تتيح فرص عمالة جديدة، حيث لايقتصر دورها في هذا الشأن على تلبية احتياجاتها الخاصة فقط , بل يمتد إلى إيجاد فرص عمالة في الصناعات المغذية لها والمستهلكة لمنتجاتها، ومن المعروف إحصائياً أن كل فرصة عمل في صناعة الحديد والصلب توفر حوالي تسع فرص للعمل في الصناعات الأخرى، كما أن كل وحدة استثمار في صناعة الصلب تفتح فرص استثمار مضاعفة قد تصل إلي عشر أمثالها في القطاعات المغذية والمستهلكة لهذه الصناعة.
فوائــــد الحديد…… اقتصاديا
إذا اردنا أن نحصر الأعمال التي يقف الحديد ومشتقاته في ذروة أساسياتها ، فإننا سنحتاج للمزيد المزيد من الوقت والتفكير لأنه عملياً يدخل في صناعة كل حاجة من حاجاتنا اليومية الأساسية والكمالية بل ونجدنا نتعامل معه في كل لحظة ودون أن نشعر …. فبدءاً من المساكن المسلحة بالحديد التي نلازمها الى العربات والسيارات التي ننتقل بواسطتها الى المصانع التي نعمل بها الى العدد والآلات التي نستخدمها لصناعة الأجهزة الميكانيكية والكهربائية التي نستخدمها في منازلنا الى الأدوات التي نستخدمها في الطهو والأكل والشرب ……………. والكثير الكثير الذي لا يمكن حصره في مقالة كهذه..!
يعتبر الحديد أكثر المعادن استخداماً في العالم حيث تبلغ نسبة إنتاج الحديد 95% من الإنتاج العالمي للمعادن ، ولأسباب كثيرة أهمها التكلفة المنخفضة لإنتاجه والمواصفات العالية كالقسوة والمتانة والصلابة والصلادة ، بالإضافة الى مزايا أخرى كثيرة جعلت الحديد مادة لايمكن الإستغناء عنها، وخاصة في صناعة هياكل السيارات وأبدان السفن الضخمة وهياكل الطائرات بالإضافة الى معدات البناء والأجزاء الآلية المختلفة
ويعد الفولاذ أحد أهم سبائك وخلائط الحديد …..
ويعد بذلك الحديد أحد أهم المواد الأولية التي تحتاجها الصناعة وأحد أهم مطالب الدول الصناعية أو الدول التي تتجه للصناعة والتطور التقني وبخاصة السبائك والخلائط الحديثة التي جمعت أفضل الميزات المعدنية لتلبية الحاجات العصرية والتكنولوجية .
كانت كمية الحديد الصلب المنتجة حتى منتصف القرن الثامن عشر الميلادي في أنحاء العالم ضئيلة جدا. وفي أواخر القرن الثامن عشر استخدم حديد الزهر في الإنشاءات على نطاق محدود حيث أن معظم المباني كانت صغيرة الحجم نسبيا وتبنى باستخدام الحجارة أو الطوب أو الخشب. ومنذ أوائل القرن التاسع عشر الميلادي دخل الحديد في استخدامات صناعية كثيرة. ولعل من أهمها تصنيع قضبان السكك الحديدية وعجلات عربات السكك الحديدية. وانتهى في العقد الأخير من القرن التاسع عشر عندما أصب ح الصلب المادة الرئيسية المستخدمة في المباني الكبيرة.
كما أصبح للحديد استخدامات أخرى هامة مثل المسامير والمواسير والمعدات الحربية والأدوات المعدنية والأجزاء الصغيرة من الآلات وفي الصفائح المكسوة بالقصدير والتي كانت تستخدم كآنية للطعام.
ولما تم التوصل إلى الصلب، أصبح الحديد المصنع المادة الخام الرئيسية في صناعة الصلب بل وأصبح من أهم تطبيقاته العملية اليوم. وقد يتم استخدام حديد أفران الاحتراق الذي لم يتم تحويله إلى صلب في المسابك لإنتاج العناصر المصبوبة مثل مواسير المياه ومواسير الصرف ومكونات المعدات الثقيلة والعديد من القطع الصغيرة التي تستخدم في صناعات السكك الحديدية والسيارات.
الخاتمة
تعد اعمال الحدادة المسلحة من أهم واخطر الاعمال التي يجب على مهندس التنفيذ ومهندس المكتب الفنى الالمام بها ومتابعتها ومعرفة طرق تنفيذها وطرق استلامها حسب المواصفات واصول الصناعة حيث ان أى خطا قد يؤدى الكثير من المتاعب في سلامة المنشأ. لذا فيجب على مهندس المدنى خاصة الالمام باعمال الحداد المسلحة لانها أهم اعمال البناء والتشييد.
ويوضع الحديد في اماكن اجهاد الشد حيث ان تحمل الخرسانة لقوى الشد ضعيف جداً حيث انها مادة قصفة Brittle فيتولى عنها الحديد تحمل هذه الاجهادات. يسمى ذللك الصلب " حديد التسليح "
م/ن
بالتوفيق
