آلیاژ مونل K500 چیست؟ (Monel K 500 )

آلیاژ مونل گرید K500 چیست؟

Monel Grade K500 Alloy

اول باید بگوییم که آلیاژ مونل چیست؟

مونل‌ها (به انگلیسی: Monel) گروهی از آلیاژهای نیکل‌اند که از دو فلز نیکل و مس تشکیل شده‌اند همچنین مقادیر کمی از آهن، منگنز، کربن و سیلیسیم نیز در آنها یافت می‌شود.

این آلیاژها از نیکل خالص سخت‌تراند و در برابر خوردگی توسط بسیاری عوامل از جمله جریان سریع آب دریا مقاومت نشان می‌دهند. مونل‌ها را می‌توان به راحتی به کمک‌کار سرد، کار گرم، ماشین‌کاری و جوشکاری به شکل مورد نظر درآورد.[۲]

آلیاژ مونل گرید K500 یکی از انواع آلیاژهای مبتنی بر مس و نیکل است که در قالب‌های مختلفی مانند ورق، لوله و میلگرد تولید می‌شود. این آلیاژ دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی است که ناشی از عملیات سخت کاری رسوبی است. این عملیات باعث افزایش استحکام و سختی آلیاژ مونل گرید K500 نسبت به آلیاژ مونل گرید 400 می‌شود. برای مثال، استحکام تسلیم آلیاژ K500 سه برابر و میزان کشش آن دو برابر آلیاژ 400 است. عامل دیگری که در افزایش استحکام و سختی آلیاژ K500 نقش دارد، افزودن عناصر آلومینیوم و تیتانیوم به آلیاژ 400 است.

 

آلیاژ مونل گرید K500 در دمای 1200 درجه سانتی گراد همچنان استحکام خود را حفظ می‌کند، اما با کاهش دما تا 400 درجه سانتی گراد، انعطاف پذیری آن کم می‌شود. این آلیاژ در دمای منفی 200 درجه فارنهایت نیز مقاوم در برابر جرقه و ضد مغناطیس است. از طرف دیگر، آلیاژ K500 در محدوده دمایی 2400 تا 2460 درجه فارنهایت ذوب می‌شود. لازم به ذکر است که در طول گرما دهی، آلومینیوم و مس موجود در این آلیاژ اکسید شده و یک لایه غنی از نیکل را بر روی سطح آلیاژ ایجاد می‌کنند.

 

برخی از کاربردهای آلیاژ مونل گرید K500 عبارتند از:

تجهیزات و ابزار چاه نفت : این آلیاژ برای ساخت قطعاتی مانند سوپاپ‌ها، بست‌ها، فنرها و غیره که در چاه‌های نفتی با گاز ترش و آب دریا مواجه می‌شوند، استفاده می‌شود.

زنجیرها و کابل‌ها : این آلیاژ برای ساخت زنجیرها و کابل‌هایی که برای جابه‌جایی و اتصال تجهیزات دریایی و نفتی به کار می‌روند، مناسب است.

شفت‌ها و پمپ‌ها : این آلیاژ برای ساخت شفت‌ها و پمپ‌هایی که در صنعت دریایی برای انتقال مایعات و گازها به کار می‌روند، کاربرد دارد.

 

این آلیاژ در محیط‌های شیمیایی و دریایی با خوردگی‌های مختلفی روبرو می‌شود، اما مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهد.

برخی از عوامل خورنده که این آلیاژ با آن‌ها مقابله می‌کند عبارتند از :

آب دریا : این آلیاژ در برابر آب شور و تغییرات دمایی که در محیط دریایی وجود دارد، مقاوم است.

اسیدها : این آلیاژ در برابر اسیدهای معدنی و آلی مانند اسید سولفوریک، اسید نیتریک، اسید استیک و غیره، مقاوم است.

مواد آلی : این آلیاژ در برابر مواد آلی مانند الکل‌ها، کتون‌ها، استرها و غیره، مقاوم است.

نمک‌ها : این آلیاژ در برابر نمک‌های محلول و جامد مانند کلریدها، سولفات‌ها، کربنات‌ها و غیره، مقاوم است.

مواد قلیایی : این آلیاژ در برابر مواد قلیایی مانند هیدروکسیدها، کربنات‌ها، بیکربنات‌ها و غیره، مقاوم است.

 

علاوه بر مقاومت در برابر خوردگی، آلیاژ مونل گرید K500 دارای خواص مکانیکی عالی است که در دماهای مختلف حفظ می‌شوند این خواص شامل :

  • استحکام تسلیم
  • میزان کشش
  • انعطاف پذیری
  • سختی و ضربه پذیری

مقاومت در برابر خوردگی

مقاومت در برابر خوردگی آلیاژ مونل گرید K500 به طور کلی با آلیاژ مونل گرید 400 مشابه است. این آلیاژ در برابر خوردگی‌های مختلفی مانند خوردگی تنشی، خوردگی آب دریا، خوردگی نمک‌ها و خوردگی اسیدها مقاوم است. اما در برخی از شرایط، این آلیاژ ممکن است به ترک خوردگی مستعد باشد. برای جلوگیری از این مشکل، باید از عملیات حرارتی مناسب و کنترل کیفیت دقیق استفاده کرد. این آلیاژ در محیط‌های دریایی با سرعت پیمایش پایین یا راکد نیز مقاوم است و برای ساخت تجهیزات دریانوردی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما اگر آلیاژ دارای نواقص باشد، ممکن است خوردگی پیتینگ یا خوردگی تخریبی بوجود بیاید.

 

ساخت و تولید آلیاژ مونل گرید K500 با استفاده از روش‌های استاندارد ساخت و تولید شکل می‌گیرد.

این روش‌ها شامل موارد زیر هستند :

  • جوشکاری : این آلیاژ باید در حالت آنیل شده جوشکاری شود. روش مناسب برای جوشکاری این آلیاژ، جوشکاری قوس تنگستن است.
  • ماشینکاری : این آلیاژ در حالت آنیل شده به راحتی ماشینکاری می‌شود. اگر آلیاژ آنیل نشده باشد، ماشینکاری آن سخت و دشوار خواهد بود. ماشینکاری این آلیاژ شبیه ماشینکاری فولاد ضد زنگ گرید 300 است.
  • شکل‌پذیری : این آلیاژ دارای شکل‌پذیری خوبی است. اگر آلیاژ آنیل شده باشد، شکل‌پذیری آن بهتر خواهد بود.
  • عملیات حرارتی : این آلیاژ می‌تواند پس از سخت‌کاری، آنیل شود. همچنین می‌توان از عملیات حرارتی پیرسازی برای سخت‌کاری رسوبی این آلیاژ استفاده کرد.
  • فورجینگ : این آلیاژ باید در بازه دمایی 1900 تا 2100 درجه فارنهایت فورج شود. سپس باید به سرعت با آب خنک شود.
  • کار گرم : این آلیاژ در بازه دمایی 1600 تا 2100 درجه فارنهایت کار گرم می‌شود. پس از آن، باید با آب کوئنچ شود.
  • کار سرد : این آلیاژ دارای داکتیلیته خوبی است و با روش‌های استاندارد، کار سرد می‌شود.
  • آنیل‌کاری : این آلیاژ باید در دمای 1900 درجه فارنهایت آنیل شود. سپس باید به سرعت با آب کوئنچ شود.

پیرسازی

پیرسازی یک عملیات حرارتی است که برای افزایش سختی و مقاومت آلیاژ مونل گرید K500 این عملیات بسته به نوع فلز و عملیات قبلی که بر روی آن انجام شده است، می‌تواند در دما و زمان‌های مختلف انجام شود. برای مثال:

اگر فلز آنیل شده یا سرد کاری ساده شده باشد، پیرسازی باید در دمای 125 درجه فارنهایت و به مدت 16 ساعت انجام شود. سپس فلز باید با نرخ خنک شدن 15 تا 25 درجه فارنهایت در ساعت خنک شود. این عملیات باید ادامه یابد تا زمانی که دمای فلز به 900 درجه فارنهایت برسد.

اگر فلز سرد کاری شدید شده باشد، پیرسازی باید در دمای 1000 درجه فارنهایت و به مدت حداقل 6 ساعت انجام شود. سپس فلز باید با نرخ خنک شدن 15 تا 25 درجه فارنهایت در ساعت خنک شود.

پیرسازی باعث می‌شود که رسوبات آلومینیوم و تیتانیوم در داخل فلز تشکیل شوند و سختی و مقاومت آلیاژ را افزایش دهند. این عملیات همچنین باعث می‌شود که فلز از خواص ضد مغناطیسی خود نگه دارد.

فولاد سوپر داپلکس چیست؟

فولادهای زنگ‌نزن داپلکس

Duplex Stainless Steels

فولاد سوپر داپلکس (UNS S32760، Zeron 100) با اضافه کردن عناصر خاص مانند تنگستن و نیتروژن به ترکیب آلیاژی خود، مقاومت آن در برابر خوردگی تنشی در محیط‌های اسیدی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. به خصوص برای صنایع نفت و گاز طراحی شده‌اند.

فولادهای زنگ‌نزن داپلکس (Duplex Stainless Steels) یک گروه از فولادهای زنگ‌نزن هستند که مقاومت بسیار بالایی در برابر ترک‌های ناشی از خوردگی تنشی (Stress Corrosion Cracking یا SCC) دارند.”

فولادهای زنگ‌نزن داپلکس به نیامده‌اند، به عنوان فولادهای ضد‌زنگ آستنیتی-فریتی (دوفازی) نیز شناخته می‌شوند. این اسم به دلیل ساختار آن‌هاست که از مخلوطی از دو فاز آستنیت (ساختار فصلی مرکزی تمام شده) و فریت (ساختار بدون مرکزی تمام شده) تشکیل شده است. در ساختار ایده‌آل، نسبت این مخلوط 50/50 است، اگرچه برخی از آلیاژهای تجاری ممکن است نسبت‌های مختلفی داشته باشند؛ به عنوان مثال، نسبت 60/40.”

انواع فولادهای زنگ‌نزن داپلکس

معمولاً بر اساس مقاومت آنها در برابر خوردگی حفره‌ای، به سه گروه :

  • داپلکس کم‌آلیاژ (Lean Duplex)
  • داپلکس استاندارد (Standard Duplex)
  • سوپر داپلکس (Super Duplex) تقسیم می‌شوند.

مقاومت به خوردگی در این فولادها با استفاده از پارامتر PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) اندازه‌گیری می‌شود.

PREN = %Cr + 3.3%Mo + 16%N

فولادهای زنگ‌نزن داپلکس کم‌آلیاژ (محدوده PREN: ۲۲ تا ۲۷)، گرید EN 1.4362 اخیراً برای استفاده در صنایع ساختمانی و ساخت و ساز توسعه یافته است. مقاومت به خوردگی این نوع از فولادهای زنگ‌نزن، آستنیتی-فریتی، به گرید آستنیتی EN 1.4401 بسیار نزدیک است؛ اما خواص مکانیکی آن بهتر هست.

فولادهای زنگ‌نزن داپلکس استاندارد (محدوده PREN: ۲۸ تا ۳۸به گرید EN 1.4462 و یا ۲۲۰۵ (داپلکس ۲۲۰۵) هم نامیده می‌شوند. این گرید دارای خواص متوسط است و امروزه بیشترین کاربرد را دارد.

فولادهای زنگ‌نزن سوپر داپلکس (محدوده PREN: ۳۸ تا ۴۵)، به گرید EN 1.4410، که هایپر داپلکس هم نامیده می‌شود، اخیراً به دلیل توانایی در پاسخگویی به نیازهای صنعت نفت و گاز و صنایع شیمیایی توسعه یافته است. فولادهای ضد زنگ داپلکس دارای مقاومت بسیار بالا به خوردگی و استحکام عالی هستند؛ اما به دلیل محتوی بیشتر کروم، نیکل، مولیبدن، نیتروژن و حتی تنگستن (که می‌تواند فازهای بین‌فلزی ایجاد کند و مقاومت به ضربه فولاد را به شدت کاهش دهد)، فرآیند تولید آن‌ها دشوارتر است. فرآیند تولید ناقص می‌تواند به عملکرد ضعیف این فولادها منجر شود. این نوع فولادها در صنعت نفت دریایی در آب‌های عمیق کاربرد دارند.

فولادهای زنگ‌نزن دوپلکس معمولاً محتوای آلیاژ کمتری دارند اما عملکرد مشابهی در مقایسه با گریدهای فوق آستنیتی دارند. این ویژگی باعث شده که از این فولادها در بسیاری از کاربردهای مختلف به طور مقرون به صرفه استفاده شود. یکی از کاربردهای گسترده‌ی فولادهای زنگ‌نزن دوپلکس در صنعت کاغذ و خمیر کاغذ است. همچنین، استفاده از گریدهای سوپر داپلکس و هایپر داپلکس در صنعت نفت و گاز (که به گریدهایی با مقاومت بالاتر به خوردگی نیاز دارد) افزایش یافته است. همچنین، فولاد دوپلکس کم‌آلیاژ اخیراً به دلیل قیمت کمتر (و مقاومت کمتری به خوردگی) توسعه یافته است و اصولاً در کاربردهای ساختمانی و ساخت و ساز (مانند میله‌های تقویت‌کننده بتن، صفحات پل، فعالیت‌های ساحلی) و در صنعت آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فولادهای زنگ‌نزن دوپلکس معمولاً به دلیل خواص مکانیکی مطلوب و خواص خوردگی عالی (مخصوصاً در مقابل ترک‌های ناشی از خوردگی تنشی) بسیار مورد توجه قرار می‌گیرند.

 

کاربردهای اصلی این فولادها عبارتند از :

– معماری : ساختمان‌های ساحلی استکهلم، لوور ابوظبی، کلیسای ساگرادا فامیلیا
– زیرساخت : پل هلیکس – سنگاپور، پل کالا گالدانا، سدهای دریایی، اسکله‌ها، تونل‌ها
– صنعت نفت و گاز : خطوط جریان، منیفولد، بالابرها، پمپ‌ها، شیرها و غیره
– صنعت کاغذ و خمیر کاغذ : هضم‌کننده‌ها، مخازن تحت فشار، مخازن مایعات و غیره
– مهندسی شیمی : مخازن تحت فشار، مبدل‌های حرارتی، کندانسورها، ستون‌های تقطیر، آتش‌زاها، تانکرهای شیمیایی مورد استفاده در دریا
– کاربرد در آب : کارخانه‌های شیرین‌سازی، مخازن بزرگ برای ذخیره آب و تصفیه فاضلاب
– انرژی‌های تجدیدپذیر : مخازن بیوگاز
– حمل و نقل : چارچوب‌های واگن شهری و اتومبیل، کامیون‌های مخزن‌دار و بارکش‌های سنگ معدن آهن.
– مهندسی : پمپ‌ها، شیرها، اتصالات، فنرها و غیره”

فولادهای زنگ‌نزن دوپلکس به دلیل خواص مکانیکی مطلوب و مقاومت به خوردگی (بخصوص خوردگی SCC) مورد توجه زیادی در صنایع مختلف نظیر نفت و گاز، معماری، کاغذ و خمیر کاغذ و غیره قرار می‌گیرند.

آلیاژ اینکونل 800 چیست؟

آلیاژ اینکونل 800H/HT

آلیاژ اینکونل 800H/HT یک آلیاژ نیکلآهنکروم است که به دلیل مقاومت در برابر اکسیداسیون و کربوره‌شدن در دماهای بالا (1037 درجه سانتیگراد)، در کاربردهایی مانند قطعات کوره و تجهیزات حرارتی مرتبط در صنایع پتروشیمی، صنایع هسته‌ای و نیروگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

این آلیاژ در کلیه موارد مقاومت بالایی در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهد. با این حال، به دلیل وجود 32% نیکل در ترکیب شیمیایی آن، مقاومت آلیاژ در برابر ترک ناشی از خوردگی تنشی در محیط‌های کلریدی و تردی ناشی از رسوب فاز سیگما تا حد بسیار زیادی افزایش می‌یابد. همچنین، میزان زیاد کروم و نیکل در ترکیب آلیاژهای 800H و 800HT باعث مقاومت خوبی در بسیاری از محیط‌های حاوی سولفور در دماهای بالا و نیتروره شدن می‌شود. اگرچه آلیاژ اینکول 600 با مقدار 76% نیکل گزینه نخست جهت استفاده در محیط‌های نیتروره‌کننده است، اما آلیاژهای 800H و 800HT با 32% نیکل همچنان مقاومت خوبی در بسیاری از محیط‌های نیتروره‌کننده از خود نشان می‌دهند.

آلیاژ اینکول 800 به سه گروه آلیاژی 800، 800H و 800HT تقسیم می‌شود. آلیاژهای 800، 800H و 800HT به طور کلی به شدت مشابه هستند، با اختلاف اصلی کربن دارا بودن در آلیاژهای 800H و 800HT (با مقادیری در حدود 0.05 تا 0.1%). همچنین، آلیاژ 800HT نسبت به دو گرید دیگر دارای مقادیر بالاتری از آلومینیوم و تیتانیم است.

 

آلیاژهای 800H و 800HT دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر خزش و تنش گسیختگی هستند. به همین دلیل در کاربردهایی که قطعات برای مدت زمان طولانی در دماهای بالا قرار دارند و نیاز به مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون، کربوره‌شدن و خوردگی داریم، از آلیاژهای 800H و 800HT استفاده می‌شود.

 

تمامی گریدهای آلیاژ اینکونل 800 مناسب برای استفاده در بویلرها، شیرها، صنایع هسته‌ای و خطوط لوله تحت فشار هستند.

 

آلیاژهای 800، 800H و 800HT در مقایسه با سایر سوپرآلیاژهای معمولاً برای طراحی بویلر و خطوط تحت فشار استفاده می‌شوند، می‌توانند تنش‌های بسیار بالایی را تا دمای 816 درجه سانتیگراد تحمل کنند. آلیاژ 800 معمولاً تا دمای 593 درجه سانتیگراد و آلیاژ 800H و 800HT در دماهای بالاتر از 593 درجه سانتیگراد (جایی که مقاومت در برابر خزش و گسیختگی ضروری است) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آلیاژهای 800H و 800HT با استفاده از روش‌های استاندارد جوشکاری قابل استفاده هستند و در صنایع مختلف به کار می‌روند.

این آلیاژها از استانداردهای زیر پیروی می‌کنند :

 

– استاندارد B 409 از سازمان “آزمایش و مواد آمریکا (ASTM)”

– استاندارد SB 409 از سازمان “جامعه مهندسین مکانیک آمریکا (ASME)”

– استاندارد 5871 AMS

 

استفاده‌های متنوعی برای آلیاژهای 800H و 800HT وجود دارد :

 

  1. فرآوری مواد شیمیایی و پتروشیمی : این آلیاژها در تولید اتیلن، اتیلن دی‌کلرید، استیک انیدرید، کتن، اسید نیتریک و دیگر مواد شیمیایی کاربرد دارند.
  2.  
  3. پالایش نفت : آلیاژهای 800H و 800HT در اصلاح بخار، هیدروکربن‌ها و واحدهای هیدرودآلکیلاسیون در صنعت پالایش نفت استفاده می‌شوند.
  4.  
  5. تولید برق : از این آلیاژها در ساخت مبدل‌های حرارتی موجود در راکتورهای هسته‌ای خنک‌شونده با گاز، مبدل‌های حرارتی و لوله‌کشی در نیروگاه‌های زغال سنگ استفاده می‌شود.
  6.  
  7. تجهیزات پردازش حرارتی : آلیاژهای 800H و 800HT در ساخت لوله‌های تابشی و تجهیزات مورد نیاز برای کوره‌ها و تجهیزات پردازش حرارتی دیگر به کار می‌روند.

 

آلیاژهای 800H و 800HT دارای مشخصات فیزیکی و مکانیکی معتبری هستند. در زیر به این مشخصات اشاره شده است :

 

– چگالی (در دمای اتاق) : 0.287 پوند بر اینچ مکعب (7.94 گرم بر سانتی‌متر مکعب)

– مدول الاستیسیته : 28.5 میلیون پوند بر اینچ مربع (196.5 گیگاپاسکال)

– محدوده دمای ذوب : از 2475 تا 2525 درجه فارنهایت (از 1357 تا 1385 درجه سلسیوس)

– گرمای ویژه (در دمای 32 تا 212 درجه فارنهایت یا 0 تا 100 درجه سلسیوس) : 0.11 BTU بر پوند بر درجه فارنهایت (460 ژول بر کیلوگرم بر کلوین)

– رسانایی گرمایی (در دمای 212 درجه فارنهایت یا 100 درجه سلسیوس) : 10.6 BTU بر ساعت بر متر مربع بر ساعت بر درجه فارنهایت (18.3 وات بر متر بر کلوین)

– مقاومت الکتریکی ویژه (در دمای 68 درجه فارنهایت یا 20 درجه سلسیوس) : 59.5 میکرو اهم بر اینچ (99 میکرو اهم بر سانتی‌متر)

 

خواص مکانیکی (در دمای 70 درجه فارنهایت یا 21 درجه سلسیوس) :

 

– استحکام تسلیم (با 0.2 درصد آفست) : 29000 psi (200 مگاپاسکال)

– استحکام کششی نهایی : 77000 psi (531 مگاپاسکال)

– افزایش طول نسبی (در هر 2 اینچ) : 52 درصد

– سختی برینل : 126

 

این مشخصات نشان دهنده مقاومت مناسب این آلیاژها در برابر اکسیداسیون و خوردگی به‌ویژه در محیط‌های شیمیایی و داغ می‌باشد.