لوله فولادی با فشار بالا

High pressure steel pipe

 

لوله فولادی با فشار بالا چیست؟

لوله فولادی با فشار بالا یک نوع لوله فلزی است که به طور اصطلاحی برای انتقال مایعات یا گازها با فشار بالا به کار می‌رود. این لوله‌ها معمولاً از جنس فولاد ساخته می‌شوند و قابلیت تحمل فشارهای بالا را دارند. استفاده از لوله‌های فولادی با فشار بالا در صنعت‌های مختلف از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها و صنایع شیمیایی رایج است.

 

تاریخچه

تاریخچه لوله‌های فولادی با فشار بالا به عنوان یک قسمت اساسی از زیرساخت‌های صنعتی به خصوص در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، و انتقال انرژی به دهه‌ها پیش می‌رود. در زیر، به چند نکته کلی از تاریخچه این لوله‌ها اشاره می‌شود :

 

ابتدا :

استفاده از لوله‌های فلزی برای انتقال مایعات و گازها به طور کلی از قرون گذشته آغاز شد. در ابتدا، لوله‌های چوبی، سربی، یا فلزی ساده برای این منظور مورد استفاده قرار می‌گرفت.

 

رشد صنعت نفت و گاز :

با رشد صنعت نفت و گاز در قرن ۱۹ و افزایش نیاز به انتقال مواد در فشار بالا، نیاز به لوله‌های با قابلیت تحمل فشارهای بالا و شرایط دمایی مختلف احساس شد.

 

استفاده از فولاد :

با پیدایش تکنولوژی تولید فولاد و فرآوری آن در اواخر قرن ۱۹ و اوایل قرن ۲۰، لوله‌های فولادی با فشار بالا شروع به توسعه یافتند. استفاده از فولاد به عنوان جنس اصلی ساخت لوله‌ها به دلیل مقاومت بالا، تحمل فشارهای بالا، و مقاومت در برابر خوردگی افزایش یافت.

 

توسعه استانداردها :

با افزایش استفاده از لوله‌های فولادی با فشار بالا، استانداردهای ملی و بین‌المللی برای تولید و استفاده از این لوله‌ها ایجاد شدند. استانداردهایی مانند API 5L و ASTM A106 برای لوله‌های فولادی در صنعت نفت و گاز ایجاد شد.

 

پیشرفت‌های فنی :

توسعه تکنولوژی جوشکاری، تست و بازرسی غیرمخرب، و تحقیقات در زمینه آلیاژها و پوشش‌ها، به بهبود عملکرد و مقاومت لوله‌های فولادی با فشار بالا کمک کرده است.

لوله‌های فولادی با فشار بالا امروزه در صنایع مختلف به عنوان یک راه حل موثر و اقتصادی برای انتقال مایعات و گازها در فشار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

لوله‌های فولادی با فشار بالا ویژگی‌های مهمی دارند که آنها را برای استفاده در شرایط فشار و دمای بالا مناسب می‌سازند.

ویژگی‌های اصلی این لوله‌ها عبارتند از :

 

مقاومت فشاری :

لوله‌های فولادی با فشار بالا برای تحمل فشارهای بالا و پایداری در شرایط فشاری انتخاب می‌شوند.

 

مقاومت در برابر دما :

قابلیت مقاومت در برابر دماهای بالا یا پایین، که معمولاً در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی با تغییرات دمایی گسترده روبرو هستند.

 

مقاومت شیمیایی :

مقاومت در برابر تاثیرات مواد شیمیایی مختلف که ممکن است در مایع یا گازهای منتقل شده وجود داشته باشد.

 

دقت در تولید :

تولید لوله‌ها با دقت و استانداردهای بالا برای اطمینان از کیفیت و عملکرد بهینه.

 

اتصالات مکانیکی :

امکان اتصال به سیستم‌های لوله‌کشی مختلف به وسیله جوشکاری یا اتصالات مکانیکی.

 

مقاومت در برابر خوردگی :

مقاومت در برابر خوردگی به وسیله پوشش‌های محافظ یا انتخاب آلیاژهای مقاوم به خوردگی.

 

قابلیت اتصال به لوله‌های دیگر :

قابلیت اتصال به لوله‌های دیگر با ابعاد و استانداردهای مشابه.

 

مطابقت با استانداردها :

تولید لوله‌ها با مطابقت با استانداردهای ملی و بین‌المللی مرتبط.

 

تست و بازرسی کیفیت :

اجرای آزمون‌ها و بازرسی‌های کیفیت برای اطمینان از استاندارد بودن لوله‌ها.

این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که لوله‌های فولادی با فشار بالا در صنایعی مانند نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها و صنایع شیمیایی به عنوان یک راه حل مطمئن برای انتقال مایعات یا گازها با فشار بالا مورد استفاده قرار گیرند.

 

لوله‌های فولادی با فشار بالا در صنایع مختلف برای انتقال مایعات یا گازها به فشار بالا استفاده می‌شوند.

کاربردهای اصلی این لوله‌ها عبارتند از :

 

صنعت نفت و گاز :

انتقال نفت خام از مخازن به واحدهای پالایش نفت.

انتقال گازهای طبیعی از میادین گاز به واحدهای پردازش.

 

پتروشیمی :

انتقال مواد اولیه و محصولات پتروشیمی از یک واحد به دیگری.

 

نیروگاه‌ها :

انتقال آب به فشار بالا برای تأمین انرژی هیدرولیک.

 

صنایع شیمیایی :

انتقال مواد شیمیایی و حلال‌ها به فشار بالا.

 

صنایع آب و فاضلاب :

انتقال آب به فشار بالا برای تأمین آب به مناطق مختلف.

 

ساخت و ساز :

استفاده در پروژه‌های ساخت و ساز برای انتقال آب یا مواد ساختمانی.

 

تولید انرژی :

انتقال آب در سیستم‌های تولید انرژی هیدرولیک.

 

صنایع معدن :

انتقال مواد معدنی به فشار بالا.

توجه داشته باشید که انتخاب لوله‌های فولادی با فشار بالا بستگی به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مایع یا گاز منتقلی، شرایط محیطی، و استانداردهای مختلف دارد.

 

استفاده از لوله‌های فولادی با فشار بالا باید با استانداردهای صنعتی مشخص و معتبر صورت گیرد تا اطمینان از کیفیت و ایمنی آنها حاصل شود. در این زمینه، چند استاندارد بین‌المللی و ملی وجود دارد که توسط صنایع مختلف به عنوان راهنمایی برای تولید و استفاده از لوله‌های فولادی با فشار بالا در نظر گرفته می‌شوند.

برخی از این استانداردها عبارتند از :

 

API 5L :

استاندارد API (American Petroleum Institute) برای لوله‌های فولادی مورد استفاده در صنعت نفت و گاز.

 

ASTM A106 :

استاندارد ASTM (American Society for Testing and Materials) برای لوله‌های فولادی زغال‌سنگی با دیواره نازک که برای انتقال گازها و مایعات با فشار و دما بالا مناسب است.

 

ASTM A53 :

استاندارد دیگری از ASTM برای لوله‌های فولادی با دیواره ضخیم و نازک که برای انتقال گازها و مایعات استفاده می‌شود.

 

ASME B31.3 :

کد ASME برای لوله‌کشی فولادی در صنایع شیمیایی و پتروشیمی.

 

EN 10216 :

استاندارد اروپایی برای لوله‌های فولادی با دیواره حرارتی که برای انتقال گازها و مایعات در دماهای بالا مناسب است.

 

ISO 3183 :

استاندارد بین‌المللی ISO برای لوله‌های فولادی با دیواره ضخیم که برای انتقال نفت و گاز مناسب است.

 

DIN 17175 :

استاندارد آلمانی برای لوله‌های فولادی حرارتی که برای انتقال گازها و مایعات در دماهای بالا استفاده می‌شود.

هنگام انتخاب یک استاندارد، مهم است که با توجه به نیازهای خاص و شرایط محیطی، استاندارد مناسبی را انتخاب کنید. همچنین، تأییدیه‌ها و تست‌های کیفیت لوله‌ها نیز بسیار مهم هستند.

 

 

خصوصیات مکانیکی و ترکیبات شیمیایی لوله‌های فولادی با فشار بالا ممکن است بسته به استاندارد و نوع لوله متغیر باشند.

اما به طور کلی، در زیر چند ویژگی مهم مکانیکی و ترکیب شیمیایی برای لوله‌های فولادی با فشار بالا آورده شده است :

 

ویژگی‌های مکانیکی :

 

تحمل فشار :

تحمل فشار بالا برای مطابقت با شرایط فشاری مورد نیاز.

 

تحمل دما :

تحمل دماهای مختلف با توجه به شرایط کاری.

 

مقاومت به خوردگی :

مقاومت مناسب به خوردگی به ویژه در محیط‌های خاص مانند صنایع نفت و گاز.

 

تقویت :

تقویت مناسب با فشارها و دماهای مختلف.

 

ویژگی‌های شیمیایی :

 

مقدار کربن :

درصد کربن ممکن است متغیر باشد و بر اساس نیازهای خصوصیات مکانیکی و جوشکاری تعیین شود.

 

مقادیر دیگر :

مقادیر دیگر عناصر شیمیایی مانند منگنز، فسفر، گوگرد، سیلیسیم و نیکل نیز بسته به نیازهای خصوصیات مکانیکی و شیمیایی تعیین می‌شوند.

 

آلیاژها :

استفاده از آلیاژها مانند کروم، مولیبدن، و وانادیم برای افزایش خصوصیات مقاومتی و مکانیکی.

 

پوشش‌ها :

ممکن است پوشش‌های مختلف مانند آهن‌زنگ، آلومینیوم، یا زینک بر روی لوله‌ها اعمال شود.

برای اطلاعات دقیقتر، به استانداردها و مشخصات فنی مرتبط با هر نوع لوله و استفاده مورد نظر مراجعه شود. همچنین، تأییدیه‌ها و تست‌های کیفیت نیز از اهمیت بسیاری برخوردارند.

 

 

لوله‌های فولادی با فشار بالا در بسیاری از صنایع به دلیل ویژگی‌های مثبت خود از جمله مقاومت و پایداری، محبوب هستند.

اما همچنین معایبی نیز دارند که باید در نظر گرفته شوند :

 

وزن و حجم :

لوله‌های فولادی با فشار بالا به دلیل جنس فولاد، وزن بالا و حجم زیادی دارند. این ممکن است در حمل و نقل و نصب آنها مشکلاتی ایجاد کند.

 

استهلاک انرژی :

تولید و حمل و نقل لوله‌های فولادی نیاز به انرژی زیادی دارد که باعث افزایش هزینه‌های محیطی می‌شود.

 

خوردگی :

در برخی موارد، لوله‌های فولادی ممکن است به خوردگی بیایند، به ویژه در مواد خاص یا شرایط محیطی خاص.

 

نیاز به حفاظت ضدخوردگی :

برخی از لوله‌های فولادی نیاز به پوشش‌ها یا حفاظت‌های خاصی برای جلوگیری از خوردگی دارند، که می‌تواند هزینه و زمان افزوده کند.

 

سرعت کاهش زمانی :

در مقایسه با لوله‌های پلاستیکی، سرعت کاهش زمانی لوله‌های فولادی به دلیل آبشارهای جریان نسبت به لوله‌های داخلی صافتر کاهش می‌یابد.

 

نقاط ضعف جوشکاری :

نقاط جوش در لوله‌های فولادی ممکن است نقاط ضعف باشند که در شرایط خاص ممکن است مشکلاتی ایجاد کنند.

 

حساسیت به شکست :

لوله‌های فولادی ممکن است در مقابل ضربه و فشار شکسته شوند و به عنوان نقطه ضعف در کاربردهایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر ضربه دارند، محسوب شوند.

هر یک از این معایب باید با مزایا و نیازهای خاص پروژه مقایسه شود تا تصمیمات بهینه‌تری اتخاذ شود.

فولاد آلیاژی AISI 4340

AISI 4340 alloy steel

 

فولاد AISI 4340 : مقدمه‌ای بر ویژگی‌ها و کاربردها

فولاد AISI 4340 یک فولاد آلیاژی با کمترین مقدار کربن و میزان کمی کروم و مولیبدن است که به دلیل مقاومت و استحکام خود در بخش‌های مختلف شناخته شده است. این نوع فولاد از خانواده فولادهای نیکل-کروم-مولیبدن به شمار می‌آید.

در دماهای عالیتر، فولاد آلیاژی 4340 معمولاً در محدوده کششی 930 تا 1080 Mpa سخت می‌شود. این تقویت معمولاً از طریق فرآیندهای سخت‌شدن شعله‌ای یا القایی، و همچنین نیتریدینگ انجام می‌شود. از این فولاد برای تولید قطعات پیش‌ساخته و سخت‌شده AISI 4340 که توانمندی افزایش استحکام سطح را دارند، استفاده می‌شود.

AISI 4340 به خوبی از مقاومت در برابر ضربه و خرد شدن بهره‌مند است، همچنین در شرایط سخت مقاومت قابل ملاحظه‌ای در برابر سایش و فرسایش دارد. در شرایط آنیل، خصوصیات انعطاف‌پذیری بسیار خوبی ارائه می‌دهد و این امکان را فراهم می‌سازد که تحت تأثیر فشارهای خارجی خم شود یا شکل‌گیری پیدا کند.

از دیدگاه جوشکاری فیوژن، فولاد AISI 4340 از مقاومت قابل قبولی برخوردار است. استانداردهای ASTM 4340 این امکان را فراهم می‌کنند که در مکان‌هایی که فولادهای دیگر توانایی تأمین استحکام مورد نیاز را ندارند، از این مواد استفاده شود. این فولاد با تمام روش‌های مرسوم ساخته می‌شود، از جمله رول‌گیری و تزریق.

فولاد AISI Alloy 4340: مشخصات فنی

استانداردهای معادل :

• ASTM 4340
• EN24 / 817M40 (استاندارد اروپایی)
• 1.6511 / 36CrNiMo4 (استاندارد اروپایی)
• SNCM439 (استاندارد ژاپن)

محدوده تامین :

نوار گرد فولادی 4340 :

  – قطر : 8 میلیمتر تا 3000 میلیمتر

 

– ورق فولادی 4340 :

  – ضخامت : 10 میلیمتر تا 1500 میلیمتر

  – عرض : 200 میلیمتر تا 3000 میلیمتر

 

– مربع فولاد 4340 :

  – طرف : 20 میلیمتر تا 500 میلیمتر

 

سطح نهایی :

– مشکی

– ماشین‌آلات خشن

– چرخانده یا مطابق نیازهای مشخص شده

 

توضیحات :

فولاد AISI 4340 یک فولاد آلیاژی متداول و چندمنظوره است که در بسیاری از کاربردهای مختلف از جمله صنایع خودروسازی، هوافضا، نفت و گاز، و صنایع ماشین‌سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. محدوده تامین گسترده این فولاد به تولیدکنندگان امکان می‌دهد تا به طور دقیق از آن در قطعات مختلف استفاده کنند.

استفاده از استانداردها و معیارهای مختلف اروپایی و ژاپنی به تجارت جهانی این محصول اطمینان می‌بخشد و انتخاب‌های مناسبی را برای تولیدکنندگان فراهم می‌سازد.

 

مشخصات و استاندارد های فولادی AISI 4340

کشور	ایالات متحده آمریکا	بریتانیا	بریتانیا	ژاپن
استاندارد	ASTM A29	EN 10250	BS 970	JIS G4103
درجات	4340	36CrNiMo4 / 1.6511	EN24 / 817M40	SNCM 439 / SNCM8

 

ASTM 4340 فولادها و ترکیبات شیمیایی متعادل

استاندارد	گرید	کربن	منگنز	فسفر	گوگرد	سیلیسیوم	نیکل	کروم	مولیبدن
ASTM A29	4340	0.38-0.43	0.60-0.80	0.035	0.040	0.15-0.35	1.65-2.00	0.70-0.90	0.20-0.30
EN 10250	36CrNiMo4 / 1.6511	0.32-0.40	0.50-0.80	0.035	0.035	0.40 پوند	0.90-1.20	0.90-1.2	0.15-0.30
BS 970	EN24 / 817M40	0.36-0.44	0.45-0.70	0.035	0.040	۰.۰-۰.۴۰	1.3-1.7	1.00-1.40	0.20-0.35
JIS G4103	SNCM 439 / SNCM8	0.36-0.43	0.60-0.90	0.030	0.030	0.15-0.35	1.60-2.00	0.60-1.00	0.15-0.30

خواص مکانیکی فولادی AISI Alloy 4140

خصوصیات مکانیکی (شرایط گرمایشی)	وضعیت	بخش حاکم میلی متر	مقاومت کششی MPa	قدرت بازده MPa	الونگ ٪	Izod Impact	برینل سختی
T	250	850-1000	635	13	40	248-302
T	150	850-1000	665	13	54	248-302
U	100	930-1080	740	12	47	269-331
V	63	1000-1150	835	12	47	293-352
W	30	1080-1230	925	11	41	311-375
X	30	1150-1300	1005	10	34	341-401
Y	30	1230-1380	1080	10	24	363-429
Z	30	1555-	1125	5	10	444-

خصوصیات حرارتی

خصوصیات	متریک	امپریال
انبساط حرارتی با بهره وری (20 درجه سانتیگراد / 68 درجه فارنهایت) ، روغن سخت شده نمونه ، 600 درجه سانتیگراد (1110 درجه فارنهایت)	12.3 میکرومتر / متر درجه سانتی گراد	6.83 میکرون در دما F
هدایت حرارتی (فولاد معمولی)	44.5 W / mK	309 BTU در / hr.ft². ° F

 

آهنگری فولاد آلیاژی 4340

 

ابتدا، فولاد 4340 را گرم کنید تا دمای 1150 تا 1200 درجه سانتیگراد را برسانید.

نگه دارید تا دمای یکنواخت در تمام بخش حفظ شود.

از آهنگری زیر 850 درجه سانتیگراد خودداری کنید.

هنگام خنک شدن، به دلیل حساسیت به ترک، از مراقبت‌های لازم استفاده کنید. مثلاً خنک کردن در ماسه یا آهک خشک توصیه می‌شود.

 

عملیات حرارتی  :

 

– تسکین استرس :

• گرم کردن فولاد 4340 تا 500–550 درجه سانتیگراد.
• نگه دارید تا دمای یکنواخت در طول بخش حفظ شود.
• در هوا خنک شود.

 

– بازپخت :

• آنیل کامل در دمای 844 درجه سانتیگراد.
• سپس سریعاً در کوره با سرعت بیش از 10 درجه سانتیگراد در ساعت به سمت پایین تا 315 درجه سانتیگراد.
• از 315 درجه سانتیگراد به بعد، می‌توانید هوا را خنک کنید.

 

– معتدل :

• قبل از خنک شدن، فولاد را در شرایط گرمایشی یا عادی سازی قرار دهید.
• دمای معتدل بستگی به میزان قدرت مورد نظر دارد.
• برای مقاومت در برابر درجه حرارت و استحکام مختلف، دماهای مختلف معتدلی اعمال شود.
• از گرمازدگی در محدوده 250 تا 450 درجه سانتیگراد به دلیل شکنندگی خنک جلوگیری کنید.

 

– شعله‌ور شدن یا سخت‌شدن القایی

 

همانطور که ذکر شد، میله‌های فولادی AISI 4340 با استفاده از فرآیندهای شعله‌ور یا روش‌های سخت‌شدن القایی قبلی، قبل از خنک شدن، قابلیت افزایش سختی سطح را پیدا می‌کنند، و نتیجه‌اش می‌تواند سختی کیس به بیش از Rc 50 باشد. در فرآیند گرم‌کردن، مهم است که مواد فولادی AISI 4340 به سرعت گرم شوند. دامنه دمای آستنیتی (830 درجه سانتیگراد تا 860 درجه سانتیگراد) و عمق مورد نیاز، به تناسب با سختی مطلوب، اندازه و شکل قطعه کار، و تنظیمات خنک کننده، روغن یا آب، متغیر است.

پس از اتمام فرآیند خنک‌شدن، با توجه به نیاز، برای مقابله با استرس در حالت مورد نظر، معتدل‌سازی در دمای 150 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد راه حلی مؤثر است که با حداقل تأثیر بر سختی، استرس را کاهش می‌دهد.

برای حصول بهترین نتایج، ابتدا تمام مواد سطح زراعی‌شده را بررسی و پالایش کنید.

 

– نیتریدینگ

فولاد آلیاژی سخت و تمیز AISI 4340 نیز می‌تواند تحت فرآیند نیتریدینگ قرار گیرد و سطح آن به سختی تا 60 درجه سانتیگراد افزایش یابد. برای این منظور، گرمایی به دمای 500 درجه سانتیگراد تا 530 درجه سانتیگراد و مدت زمان کافی (10 تا 60 ساعت) نیاز است تا عمق کیس توسعه یابد. فرآیند نیتریدینگ باید با خنک شدن آهسته و بدون قطع خاموش دنبال شود تا مشکل اعوجاج کاهش یابد.

با انجام این فرآیند، مواد AISI 4340 به تقریباً اندازه نهایی شکل می‌گیرند، و تنها یک کمک هزینه کوچک برای خرد کردن باقی می‌ماند. استحکام کششی هسته مواد فولادی 4340 معمولاً تحت تأثیر نیتریدینگ قرار نمی‌گیرد، زیرا دامنه دمای نیتریدینگ به طور کلی زیر دمای معتدل اصلی این فولاد مشغول به کار است. سختی سطح نیز به صورت دستیابی‌پذیر، در بازه 600 تا 650 HV قرار دارد.

ماشینکاری

ماشینکاری فولاد آلیاژی 4340 به بهترین وجه در شرایط آنیل یا نرمال و در دماهای معمولی انجام می‌شود. از روش‌های مرسوم مانند اره، چرخش، حفاری و سایر روش‌های مکانیکی می‌توان برای ماشینکاری استفاده کرد. با این حال، در شرایطی که استحکام بیش از 200 کیلوگرم یا بیشتر مورد نیاز است، قابلیت کارایی تا 10٪ تا 25٪ از آلیاژ در شرایط آنیل کاهش می‌یابد.

 

جوشکاری

جوشکاری فولاد 4340 در شرایط سخت و کم فشار (همانطور که به طور عادی تهیه می‌شود) توصیه نمی‌شود، زیرا این ممکن است منجر به خطرات ترک‌خوردگی شود؛ به دلیل اینکه خواص مکانیکی در منطقه تحت تأثیر گرمای جوش تغییر می‌کند.

 

اگر نیاز به جوشکاری وجود دارد، موارد زیر را مد نظر قرار دهید :

 

– قبل از جوشکاری، قطعه کار را به دمای 200 تا 300 درجه سانتیگراد گرم کنید.

– در طول جوشکاری، دمای حاصل را حفظ کنید.

– بلافاصله پس از تسکین جوش، در دمای 550 تا 650 درجه سانتیگراد قرار دهید.

– در صورت لزوم، بلافاصله بعد از خنک شدن، استرس را در 15 درجه سانتیگراد پایین‌تر از دمای معتدل اصلی برطرف کنید.

 

این اقدامات به جلوگیری از تحلیل خودکار، سخت شدن غیرمطلوب، و حفظ خواص مکانیکی مطلوب کمک خواهد کرد.

 

کاربرد فولاد AISI 4340

فولاد AISI 4340 در اکثر بخش‌های صنعت به‌خصوص در کاربردهایی که نیاز به استحکام کششی و بازده بالا دارند، به جای فولاد 4140 مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این فولاد با خصوصیات مکانیکی برتر خود، در موارد مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:

– دنده فرود هواپیما : در این بخش حیاتی از صنعت هوانوردی، استفاده از فولاد AISI 4340 به دلیل استحکام بالا و اعتماد به‌نفس در شرایط سخت، بسیار رایج است.

 

– اتومبیل : در تولید قطعاتی که نیاز به استحکام و مقاومت در برابر فشار دارند، فولاد 4340 به خوبی عملکرد می‌کند.

 

– حفاری نفت و گاز : در ساخت قطعات مقاوم در مقابل فشارها و شرایط محیطی سخت، این فولاد مورد توجه است.

 

– آهنگری : برای تولید ابزارهای آهنگری با خواص مکانیکی بالا، از فولاد AISI 4340 استفاده می‌شود.

 

– گرم و سرد کردن : در صنایعی که نیاز به مقاومت در برابر تغییرات دما دارند، فولاد 4340 به خوبی عمل می‌کند.

 

– ماشین‌سازی : در تولید ابزارهای ماشینی با ضرورت استحکام بالا، این فولاد به کار می‌رود.

 

– سیستم‌های انتقال : در قطعات مانند دنده‌های انتقال نیرو و شفت‌ها که نیاز به استحکام و تحمل فشار دارند.

 

– صنایع مهندسی عمومی و کاربردهای ساختاری : شفت‌های سنگین، چرخ دنده‌ها، محورها، دوک نخ‌ریسی، کوپلینگ، پین، چاک، قالب و دیگر قطعات مشابه.

 

استفاده از این فولاد در این بخش‌ها به دلیل ترکیب مناسب استحکام و انعطاف، باعث ارتقاء عملکرد و دوام قطعات می‌شود.

 فولاد ضد زنگ

stainless steel

 

فولادهای ضد زنگ به دلیل ویژگی غیرفعال شدن خود میتوانند مقاومت بسیار خوبی دربرابر خوردگی از خود نشان دهند. این فولادها به دلیل شکل گرفتن یک لایه غیرفعال بر روی سطحشان که به شدت به ماده زیرین پیوند خوردهاست و از تماس بیشتر ماده به محیط اطراف جلوگیری میکند، چنین ویژگیای دارند. برای اینکه این پدیده غیرفعالسازی به طور پایدار در فولاد اتفاق بیفتد نیاز است که حداقل ۱۰٫۵ درصد از ماده را کروم تشکیل دهد. با داشتن چنین سطحی از کروم حتی اگر خراشی بر روی سطح فولاد ایجاد شود و این لایه از میان برود فولاد میتواند خودش را ترمیم کند و اگر گرید به درستی برای محیط کاری انتخاب شده باشد این لایه غیرفعال دوباره شکل میگیرد. در غیراینصورت شکست غیرفعالی رخ میدهد و فولاد زنگنزن، زنگزده و خورده میشود.

فولادهای زنگنزن دارای ویژگی های فوق العادهی در مقاومت از خوردگی و تحمل بارش هستند. این فولادها با تشکیل یک لایه غیرفعال بر روی سطح خود، ماده زیرین پیوند خورده از محیط را جلوگیری می کنند و از تماس بیشتر با آن جلوگیری می کنند. این لایه به شکل گرفته شده از کروم است که حداقل ۱۰٫۵ درصد از ماده فولاد را تشکیل می دهد. افزودن عنصر مولیبدن باعث افزایش مقاومت به خوردگی فولادهای زنگنزن در مقابل اسیدهای کاهنده و دربرابر خوردگی در محلول های کلراید است. به همین دلیل، فولاد زنگ نشان دهنده چالش های بسیار زیاد در استفاده در بسیاری از کاربردها است که نظرات منفی را نشان میدهد.

فولاد زنگ نزن یک نوع فولاد با خواص عالی است که در بسیاری از زمینه‌های صنعتی و خانگی کاربرد دارد.

فولاد ضد زنگ دسته‌ای از فولادهای آلیاژی است که حداقل ۱۰٪ کروم در آن دارد. این عامل باعث مقاومت به خوردگی و زخم‌سازی فولاد شده است. همچنین، فولاد زنگ نزن دارای سطح رسوب سخت (pH) مناسب برای جلوگیری از تشکُّشات و تحريكات است.

 

فرآیند تولید فولاد ضدزنگ شامل مراحل زیر است :

 

• ذوب مواد اولیه : مواد خام فولاد ضدزنگ در کنار هم درون یک کوره قوس الکتریکی ذوب می‌شوند. این کوره با استفاده از جریان الکتریکی، حرارت شدیدی را ایجاد می‌کند که فلز را ذوب می‌کند.
• حذف کربن : مرحله بعدی حذف مواد کربنی اضافه است. این کار به وسیله یک مبدل AOD (کربن‌گیری آرگون اکسیژن) یا VOD (کربن‌گیری خلاء اکسیژن) انجام می‌شود. این مبدل‌ها میزان کربن را با تزریق آرگون و اکسیژن کاهش می‌دهند. در این مرحله دیگر عناصر آلیاژی مثل نیکل و مولیبدن می‌توانند به مبدل اضافه شوند.
• تبدیل : مرحله بعدی تبدیل فلز ذوب شده به شکل‌های مختلف است. این شکل‌ها می‌توانند به صورت شمش، تکه، شمشال، میله، سیم، صفحه، نوار یا ورق باشند. این مرحله با استفاده از قالب‌ها، غلتک‌ها و ماشین‌های نورد انجام می‌شود.
• بازپخت : مرحله بعدی بازپخت فلز است. این مرحله برای نرم کردن فلز و بهبود خواص مکانیکی و ضد خوردگی آن انجام می‌شود. این مرحله با گرم کردن و سرد کردن فلز تحت شرایط کنترل شده انجام می‌شود.
• رسوب‌زدایی : مرحله آخر رسوب‌زدایی فلز است. این مرحله برای حذف پولک‌ها و فلس‌هایی که در مراحل قبلی ایجاد شده‌اند انجام می‌شود. این مرحله با استفاده از اسیدشویی یا تمیزکاری الکتریکی انجام می‌شود.

برخی از کاربردهای فولاد ضد زنگ عبارتند از :

 

• ظروف و لوازم آشپزخانه مانند چاقو، قابلمه، سینک و اجاق گاز
• تجهیزات پزشکی و جراحی مانند سرنگ، قیچی، پیچ و مهره
• ساختمان‌سازی و معماری مانند نمای ساختمان، پل، مخازن و سازه‌های فلزی
• صنایع خودروسازی، کشتی‌سازی، هواپیماسازی، نفت و گاز و کاغذساز

 

برای استفاده بهتر از فولاد ضدزنگ، باید به چند نکته توجه کنید :

 

• انتخاب نوع مناسب فولاد ضدزنگ برای کاربرد مورد نظر :  فولاد ضدزنگ به چند دسته تقسیم می‌شود که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. برای مثال، فولاد ضدزنگ نوع ۳۰۴ برای کاربردهای آشپزی و پزشکی مناسب است، اما فولاد ضدزنگ نوع ۴۱۶ برای کاربردهای مکانیکی و ماشین‌کاری بهتر است.
• رعایت اصول جوشکاری فولاد ضدزنگ : جوشکاری فولاد ضدزنگ نیاز به دقت و مهارت دارد. برای جوشکاری فولاد ضدزنگ، باید از میله جوشکاری مخصوص فولاد ضدزنگ، جریان جوش کمتر از فولاد معمولی و خنک شدن تدریجی جوش استفاده کنید.
• تمیز نگه داشتن سطح فولاد ضدزنگ : فولاد ضدزنگ با وجود مقاومت در برابر خوردگی، ممکن است با مواد آلوده مانند گرد و غبار، اسیدها، نمک‌ها و زنگ‌های دیگر فولادها، لکه دار شود. برای تمیز کردن فولاد ضدزنگ، باید از مواد شوینده ملایم و ابزارهای نرم مانند پارچه یا اسفنج استفاده کنید و از مواد ساینده و ابزارهای تیز مانند فولاد سیمی یا اسکرابر خودداری کنید.

 

انواع فولاد ضد زنگ عبارتند از : 

 

• فولادهای ضد زنگ آستنیتی (سری ۲۰۰ و ۳۰۰) : این فولادها دارای ساختار کریستالی آستنیتی هستند که با افزودن نیکل به آهن و کروم ایجاد می‌شود. این فولادها دارای خواص مکانیکی و شیمیایی بالا، انعطاف‌پذیری و قابلیت جوشکاری خوب هستند. این فولادها در بیشتر کاربردهای فولاد ضد زنگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• فولادهای ضد زنگ فریتی (سری ۴۰۰) : این فولادها دارای ساختار کریستالی فریتی هستند که با افزایش مقدار کروم و کاهش مقدار نیکل در آهن ایجاد می‌شود. این فولادها دارای مقاومت به خوردگی متوسط، سختی و استحکام بالا، اما انعطاف‌پذیری و قابلیت جوشکاری پایین هستند. این فولادها در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر حرارت و سایش دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (سری ۴۰۰ و ۵۰۰) : این فولادها دارای ساختار کریستالی مارتنزیتی هستند که با افزایش مقدار کربن و کاهش مقدار نیکل در آهن و کروم ایجاد می‌شود. این فولادها دارای مقاومت به خوردگی پایین، اما سختی و استحکام بسیار بالا هستند. این فولادها قابلیت رسوب سختی دارند و در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه و برش دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• آلیاژهای دوبلکس : این آلیاژها دارای ساختار کریستالی ترکیبی از آستنیت و فریت هستند که با افزایش مقدار کروم و کاهش مقدار نیکل در آهن و افزودن عناصر دیگری مانند منگنز، مولیبدن و نیتروژن ایجاد می‌شود. این آلیاژها دارای خواص مکانیکی و شیمیایی بالا، مقاومت به خوردگی بسیار بالا، اما قابلیت جوشکاری متوسط هستند. این آلیاژها در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر فشار و حرارت بالا دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• فولاد ضد زنگ رسوب سختی (Precipitation-Hardening or PH) : این فولادها دارای ساختار کریستالی آستنیتی یا مارتنزیتی هستند که با افزودن عناصر دیگری مانند آلومینیوم، تیتانیوم، نیوبیوم و مس به آهن، کروم و نیکل ایجاد می‌شود. این فولادها قابلیت رسوب سختی دارند و با انجام عملیات حرارتی، سختی و استحکام آن‌ها افزایش می‌یابد.

با استفاده از مقالات زیر میتوانید درباره چندین نوع از فولاد های ضد زنگ اطلاعات کسب کنید :

 

استنلس استيل 347 (UNS S34700)

فولاد ضد زنگ AL-6XN 

فولاد ضد زنگ 15-5 PH

فولاد ضد زنگ UNS S31803 / 2205

فولاد ضد زنگ داپلکس 2205

 

فولاد A182 F5

A182 F5 steel

فولاد A182 F5 چیست؟

فولاد A182 F5 یکی از آلیاژهای پرکاربرد در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی است که برای ساخت و تولید انواع فلنج و فیتینگ به کار می‌رود. این آلیاژ دارای خصوصیات شیمیایی مشخصی است که عبارتند از:

 

• کربن با درصد وزنی 0.1%
• سیلیسیوم با درصد وزنی 0.5%
• منگنز با درصد وزنی 0.3 تا 0.6%
• فسفر با درصد وزنی 0.03%
• گوگرد با درصد وزنی 0.03%
• کروم با درصد وزنی 4 تا 6%
• مولیبدن با درصد وزنی 0.04 تا 0.6%

 

این ترکیبات شیمیایی باعث می‌شوند که فولاد A182 F5 دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی، سایش، حرارت و فشار باشد.

 

این فولاد همچنین دارای خواص مکانیکی مناسبی است که شامل :

 

• نقطه ذوب ≈1490∘C
• نقطه جوش ≈2800∘C
• چگالی ≈7.8cm3g​
• مدول کشسانیته ≈200KGPa​
• ضریب انبساط گرمایی ≈12.5×10−6∘CK​
• مقاومت کششی ≈485KMPa​
• مقاومت فشاری ≈275KMPa​
• استحکام تسلیم ≈275KMPa​
• استحکام کششی ≈485KMPa​
• درصد کرنش ≈20
• سختی ≈197HB

این دسته از آلیاژها شامل گریدهای مختلفی هستند که عبارتند از :

• A182 F91
• A182 F22
• A182 F12
• A182 F11
• A182 F9

این گریدها همگی در صنایع نفت و پتروشیمی کاربرد دارند ولی با هم در ترکیبات شیمیایی متفاوتند. برای مثال، گرید A182 F91 دارای درصد وزنی 0.08 – 0.12% کربن، 0.3 – 0.6% منگنز، 8 – 9.5% کروم و 0.85 – 1.05% مولیبدن است. این در حالی است که گرید A182 F22 دارای درصد وزنی 0.05 – 0.15% کربن، 0.3 – 0.6% منگنز، 2 – 2.5% کروم و 0.87 – 1.13% مولیبدن است. این تفاوت‌ها باعث می‌شوند که هر گرید دارای خصوصیات و کاربردهای مخصوص به خود باشد.

     

فولاد A182 F5 کاربردهای متنوعی در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی دارد.

برخی از کاربردهای این فولاد عبارتند از :

فلنج : فلنج یک قطعه اتصالی است که برای اتصال دو یا چند لوله، شیر، مخزن و یا دستگاه دیگر به یکدیگر استفاده می‌شود. فلنج‌ها می‌توانند از جنس فولاد آلیاژی باشند که دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی، سایش، حرارت و فشار هستند. فلنج‌های فولاد A182 F5 برای اتصال لوله‌هایی که در دماهای بالا و فشارهای متوسط تا بالا کار می‌کنند مناسب هستند. برای مثال، فلنج‌های فولاد A182 F5 در صنایع نفت و گاز برای اتصال لوله‌های حامل گاز طبیعی، نفت خام، محصولات پتروشیمی و یا آب تزریقی به کار می‌روند.

فیتینگ : فیتینگ یک قطعه اتصالی است که برای اتصال، تغییر جهت، شاخه دادن، کاهش یا افزایش قطر، بستن و یا باز کردن جریان سیال در لوله‌ها استفاده می‌شود. فیتینگ‌ها می‌توانند از جنس فولاد آلیاژی باشند که دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی، سایش، حرارت و فشار هستند. فیتینگ‌های فولاد A182 F5 برای اتصال لوله‌هایی که در دماهای بالا و فشارهای متوسط تا بالا کار می‌کنند مناسب هستند. برای مثال، فیتینگ‌های فولاد A182 F5 در صنایع نفت و گاز برای اتصال لوله‌های حامل گاز طبیعی، نفت خام، محصولات پتروشیمی و یا آب تزریقی به کار می‌روند.

 

استانداردها :

• ASTM
• ASME Flanges
• ANSI Flanges
• DIN Flanges
• EN Flanges
• BS Flanges etc

ASME SA182 F5 فولاد فولاد لوله فلنگ نمرات معادل

استاندارد	سازمان ملل متحد	WERKSTOFF NR.	نام تجاری
A182 F5	K41545	1.7362	5Cr-1/2Mo

کروم مولی فولاد A182 F5 فلنگ ترکیب شیمیایی

درجه	C	منگنز	Si	P	S	Cr	ماه
فولاد فولادی Alloy F5	0.15 حداکثر	0.3-0.6	0.5	0.03	0.03	4-6	0.44-0.65

A182 F5 فلنگ خواص مکانیکی

درجه	مقاومت کششی (MPa) دقیقه	قدرت عملکرد 0.2٪ اثبات (MPa) دقیقه	کشیده شدن (٪ در 50mm) دقیقه
A182 F5	275	485	20

 

درصد (٪) نشان داده شده بر روی عناصر حداکثر است، به جز جایی که محدوده ها نشان داده شده است.

ASTM A182/A182M-13

NACE MR01-75 مشخص 237 حداکثر سختی برینل

فولاد ضد زنگ داپلکس 2205

2205 duplex stainless steel

یکی از آلیاژ های فولاد ضد زنگ داپلکس 2205 (4462) است که حاوی 22 درصد کروم، 5 تا 6 درصد نیکل و 3 درصد مولیبدن است. این آلیاژ دارای ساختار ترکیبی از آستنیت و فریت است که باعث می شود مقاومت و استحکام بالایی نسبت به خوردگی و فشار داشته باشد. این آلیاژ در صنایع مختلفی مانند دریایی، شیمیایی، نفت و گاز، پتروشیمی و غذایی به عنوان مواد سازنده لوله، فلنج، میلگرد، ورق و اتصالات کاربرد دارد.

آلیاژ داپلکس یک دسته از آلیاژ های خاص و سوپر آلیاژ هاست که در استاندارد آلمانی با نام فولاد 1.4462 و در استاندارد آمریکایی با نام فولاد 2205 شناخته می شود. این آلیاژ دارای ترکیب شیمیایی %23-12 کروم، %6.5-4.5 نیکل، %3.5-2.5 مولیبدن، %2 منگنز، %1 سیلیکون، %0.03 فسفر، 0.01% گوگرد، %0.2-0.1 نیتروژن و %0.03 کربن می باشد. این آلیاژ تا دمای 316 درجه سانتیگراد قابل استفاده است و دارای جوش پذیری مناسب، مقاومت خوب در برابر خستگی و خوردگی موضعی و تنشی کلرایدی و سولفیدی است.

مزایا و معایب آلیاژ داپلکس

مزایای آلیاژ داپلکس عبارتند از :

• مقاومت بالا در برابر خوردگی و فشار که باعث کاهش ضخامت و وزن مواد می شود.
• استحکام بالا که باعث کاهش هزینه های ساخت و نصب می شود.
• عمر مفید بالا در محیط های خورنده کلرایدی و گاز ترش که باعث افزایش بهره وری مواد می شود.
• قابلیت کارسختی و آنیل کردن که باعث افزایش خواص مکانیکی مواد می شود.

معایب آلیاژ داپلکس عبارتند از :

• شکنندگیدر دماهای بالاتر از 300 درجه سلسیوس و کمتر از -50 درجه سلسیوس که باعث محدود شدن کاربرد مواد می شود.
• نیاز به رعایت دقیق شرایط جوشکاری و عملیات حرارتیکه باعث افزایش هزینه های تولید می شود.
• نیاز به استفاده از الکترود و گاز محافظ خاص برای جوشکاریکه باعث افزایش هزینه های جوشکاری می شود.

مقاومت

مقاومت در برابر خوردگی :

• به دلیل داشتن درصد بالای کروم، مولیبدن و نیتروژن، داپلکس 2205 خواص مقاومت در برابر خوردگی برتری نسبت به 316 و 316L در اکثر محیط ها از خود نشان می دهد.
• درصد بالای کروم، مولیبدن و نیتروژن همچنین مقاومت بالایی در برابر خوردگی پیتینگ و کریویس، حتی در محلول های اکسیدان و اسیدی فراهم می کند.
• در برابر خوردگی تنشی کلرایدی و دماهای تا حدود 150 درجه سانتیگراد (302 درجه فارنهایت) مقاوم است.
• وجود فریت باعث می شود که داپلکس 2205 عملکرد خوبی در محیط های قلیایی داشته باشد.

مقاومت در برابر حرارت :

• مشابه سایر فولادهای ضد زنگ داپلکس، داپلکس 2205 مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا دارد.
• در معرض دماهای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد (572 درجه فارنهایت) حتی برای مدت کوتاهی شکننده می شود؛ بنابراین داپلکس 2205 برای استفاده در دماهای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد توصیه نمی شود.

 

کاربردها :

• پردازش، حمل و نگهداری شیمیایی – مخازن فشار، مخازن، لوله ها و مبدل های حرارتی
• تجهیزات اکتشاف و پردازش نفت و گاز – لوله ها، لوله های نازک و مبدل های حرارتی
• محیط های دریایی و سایر محیط های دارای کلر بالا
• سیستم های شستشوی پساب
• صنعت کاغذ و کاغذ – دیجستورها، تجهیزات سفید کننده و سیستم های دستگاه کاغذ
• مخازن بار برای کشتی ها و کامیون ها
• تجهیزات پردازش غذا
• کارخانه های سوخت های زیستی

استانداردها :

• ASTM/ASME : A240 UNS S32205/S31803
• EURONORM : 1.4462 X2CrNiMoN 22.5.3
• AFNOR : Z3 CrNi 22.05 AZ
• DIN : W.Nr 1.4462

خواص شیمیایی :

	کربن	منگنز	سیلیسیوم	فسفر	گوگرد	کروم	مولیبدن	نیکل	نیتروژن
2205 (S31803)	0.03 حداکثر	2.0 حداکثر	1.0 حداکثر	0.03 حداکثر	0.02 حداکثر	دقیقه: 21.0 حداکثر: 23.0	دقیقه: 2.5 حداکثر: 3.5	دقیقه: 4.5 حداکثر: 6.5	دقیقه: 0.08 حداکثر: 0.20
2205 (S32205)	0.03 حداکثر	2.0 حداکثر	1.0 حداکثر	0.03 حداکثر	0.02 حداکثر	دقیقه: 22.0 حداکثر: 23.0	دقیقه: 3.0 حداکثر: 3.5	دقیقه: 4.5 حداکثر: 6.5	دقیقه: 0.14 حداکثر: 0.20

ویژگی های مکانیکی :

گرید	استحکام کششی ksi (دقیقه)	قدرت تسلیم 0.2% ksi (دقیقه)	ازدیاد طول %	سختی (HB) MAX
2205	90	65	25	217

 

مشخصات فیزیکی :

	چگالی lbm/in3	مقاومت الکتریکی mW•in	هدایت حرارتی (BTU/hr•ft•°F)	ظرفیت حرارتی BTU/lbm•°F	مقاومت الکتریکی (در x 10-6)
در 68 درجه فارنهایت	0.278	27.6	8.7	0.112	33.5
در 212 درجه فارنهایت		26.1	9.2	0.119	35.4
در 392 درجه فارنهایت		25.4	9.8	0.127	37.4
در 572 درجه فارنهایت		24.9	10.4	0.134	39.4

فولاد ضد زنگ AL-6XN چیست؟

AL-6XN stainless steel

فولادهای ضد زنگ به دلیل ویژگی غیرفعال شدن خود می‌توانند مقاومت بسیار خوبی دربرابر خوردگی از خود نشان دهند.^[۱] استیل AL-6XN یک فولاد ضد زنگ سوپرآستنیتی است که با آلیاژی از نیکل، کروم، مولیبدن و نیتروژن تشکیل شده است. این فولاد دارای خاصیت ضد خوردگی بالایی در برابر انواع محیط های خورنده است. این فولاد یکی از بهترین انتخاب ها برای کاربردهای دریایی است که نیاز به مقاومت در مقابل خوردگی تنشی کلرایدی دارند.

استیل AL-6XN حاوی 6 درصد مولیبدن، کمتر از 0.03 درصد کربن و مقداری نیتروژن است. این فولاد با آلیاژی از نیکل و کروم دارای خاصیت ضد خوردگی عالی در مقابل محیط های خورنده مختلف است. این فولاد در ابتدا برای کاربردهای نفت و گاز فراساحلی طراحی شده بود، اما اکنون در صنایع مختلفی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی دارند، مانند صنعت زیست دارو، به کار می رود. این فولاد همچنین دارای مقاومت مکانیکی بالایی است که حدود 50 درصد بیشتر از فولادهای ضد زنگ معمولی است. این ویژگی باعث می شود که این فولاد برای کاربردهای دریایی که در معرض خوردگی تنشی کلرایدی هستند، یک گزینه برتر باشد. استیل AL-6XN همچنین یک جایگزین ارزان تر برای آلیاژهای پایه نیکل است که قیمت بالایی دارند. علاوه بر این، این فولاد قابلیت شکل دادن و جوش کاری مناسبی دارد.

 

مشخصات فیزیکی

تراکم : 8.06 گرم بر سانتی متر مکعب یا 0.291 پوند بر اینچ مکعب

شکل های مختلف : سیم پیچ، ورق، نوار، سیم فویل، گرد، صاف یا مربع

خواص مکانیکی در دمای اتاق : نوع بازنویسی شده

مقاومت کششی : 770 مگاپاسکال یا 112 کیلوپوند بر اینچ مربع

مقاومت گسیختگی : 393 مگاپاسکال یا 57 کیلوپوند بر اینچ مربع

کشسانیت : 44 درصد

سختی : 88 راکول برینل

 

نمایه عملکرد

• میزان زیاد نیکل (24 درصد) و مولیبدن (6.3 درصد) در این فولاد باعث می شود که از ترک خوردگی تنشی ناشی از یون های کلرید جلوگیری شود.
• همچنین محتوای نیتروژن در این فولاد سبب افزایش استحکام کششی آن نسبت به فولادهای ضد زنگ آستنیتی معمولی می شود، بدون اینکه شکل پذیری و مقاومت ضربه آن کاهش یابد.
• تنش های مجاز برای AL-6XN طبق استاندارد ASME تا 75 درصد بیشتر از فولاد 316L ضد زنگ و بیش از دو برابر آلیاژهای مس-نیکل است.

 

امکانات

• دارای مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی حفره ای و شکافی که توسط محلول های کلریدی ایجاد می شود
• قادر به جلوگیری از ترک خوردگی تنشی که در محیط های شامل NaCl رخ می دهد
• دارای استحکام کششی و مقاومت ضربه بالایی
• مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی حفره ای و شکافی که توسط محلول های کلریدی ایجاد می شود.این خوردگی می تواند به تخریب سازه های فلزی منجر شود و عملکرد آنها را کاهش دهد.
• قادر به جلوگیری از خوردگی تنشی که در محیط های شامل NaCl رخ می دهد. این خوردگی می تواند باعث ترک خوردگی و شکستگی در فلزات شود و خطراتی مانند نشتی، انفجار یا آتش سوزی را ایجاد کند.
• دارای استحکام کششی و مقاومت ضربه بالایی که از فولادهای ضد زنگ معمولی بیشتر است. این استحکام باعث می شود که این فولاد بتواند به شکل های مختلف شکل داده شود و در شرایط سخت و فشار بالا کار کند.

این ویژگی ها باعث می شود که AL-6XN یک فولاد مناسب برای کاربردهایی باشد که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی و استحکام بالا دارند، مانند صنایع نفت و گاز، زیست دارو، شیمیایی، غذایی و دریایی.

 

برخی از این برنامه ها عبارتند از :

• تجهیزات و پمپ های آب شیرین کن اسمز معکوس که برای تصفیه آب دریا و آب های شور به کار می روند. این فولاد می تواند از خوردگی حفره ای و شکافی که توسط یون های کلرید ایجاد می شود، جلوگیری کند.
•  اسکرابرهای FGD که برای کاهش آلاینده های هوا مانند دی اکسید گوگرد از دودکش های نیروگاه ها استفاده می شوند. این فولاد می تواند از خوردگی توسط محلول های اسیدی اکسیدان کلریدی که در این فرآیند به کار می روند، مقاومت کند.
•  مخازن و خطوط لوله فرآیندهای شیمیایی که برای حمل و نگهداری مواد شیمیایی خورنده و فشار بالا به کار می روند. این فولاد می تواند از ترک خوردگی تنشی که در این شرایط رخ می دهد، جلوگیری کند.
• مبدل های حرارتی آب دریا که برای انتقال حرارت از آب دریا به سیالات دیگر به کار می روند. این فولاد می تواند از خوردگی توسط آب دریا و محلول های کلریدی که در این تجهیزات به کار می روند، مقاومت کند.
• ستون های تقطیر روغن بلند و بسته بندی که برای جداسازی مخلوط های هیدروکربنی به کار می روند. این فولاد می تواند از خوردگی توسط محلول های اسیدی و بازی که در این فرآیند به کار می روند، مقاومت کند.
• تجهیزات فراساحلی تولید نفت و گاز که برای استخراج و حمل نفت و گاز از مخازن زیر دریایی به کار می روند. این فولاد می تواند از خوردگی توسط آب دریا، گازهای خورنده و فشار بالا مقاومت کند.
• واشرهای کارخانه سفیدکننده خمیر کاغذ، خمره ها، رول های پرس و خطوط لوله که برای تولید خمیر کاغذ و کاغذ به کار می روند. این فولاد می تواند از خوردگی توسط محلول های اکسیدان و کلریدی که در این صنعت به کار می روند، مقاومت کند.

 

مشخصات ASTM

لوله جوش داده شده	لوله جوش داده شده	ورق/صفحه	بار	فلنج و اتصالات
B675, A312	B676, A249	B688, A240	B691, A479	B462, A182

فولاد ماریجینگ چیست؟

maraging steel

 

فولاد ماریجینگ چه خصوصیاتی دارد؟

فولاد ماریجینگ (Maraging steel) یک نوع آلیاژ آهنی است که حاوی مقدار کمی کربن و مقدار زیادی نیکل است. این فولاد با رسوب‌دهی ترکیبات فلزی مانند مولیبدن، آلومینیوم، مس، تیتانیوم و کبالت در دمای حدود 480 درجه سانتی‌گراد، استحکام و سختی بالایی به دست می‌آورد. این فولاد نام خود را از پدیده‌ی پیرسختی مارتنزیت (martensite age hardening) گرفته است که به معنی سخت شدن فولاد با گذشت زمان است. فولاد ماریجینگ علاوه بر استحکام و سختی، دارای چقرمگی و مقاومت خستگی خوبی نیز هست و عمر مفید و کارایی قطعات ساخته شده از آن را افزایش می‌دهد. این فولاد در صنایع مختلفی مانند هوافضا، نظامی، هسته‌ای و پزشکی کاربرد دارد و برای تولید قطعاتی مانند میل لنگ موتور، پین شلیک سلاح، گیربکس و واحدهای سانتریفیوژ گاز استفاده می‌شود. فولاد ماریجینگ یکی از پیشرفته‌ترین و مهمترین مواد اولیه در صنعت امروزی است که نقش بزرگی در پیشرفت علم و فناوری دارد.

فولاد ماریجینگ چه خصوصیات منحصر به فردی دارد؟

این فولاد نام خود را از پدیده‌ی پیرسختی مارتنزیت گرفته است که به معنی سخت شدن فولاد با گذشت زمان است. فولاد ماریجینگ دارای خواص منحصر به فردی است که در بسیاری از مواد وجود ندارد.

برخی از این خواص عبارتند از :

 

• ضریب انبساط حرارتی پایین که باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ در مقابل تغییرات دما مقاوم باشد و ابعاد ثابتی داشته باشد.
• استحکام تسلیم بالا که نشان دهنده‌ی مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر تغییر شکل دائمی است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند بارهای بالایی را تحمل کند.
• قابلیت جوشکاری که به معنی امکان اتصال قطعات فولاد ماریجینگ به یکدیگر با استفاده از حرارت است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در صنایع مختلفی مانند هوافضا، نظامی، هسته‌ای و پزشکی کاربرد داشته باشد.
• استحکام کششی بالا که نشان دهنده‌ی مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر کشش است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر نیروهای کششی مقاوم باشد و نشکند.
• سهولت در نیتریده کردن که به معنی افزایش سختی سطحی فولاد ماریجینگ با ایجاد لایه‌ی نیتریده است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر سایش و خوردگی مقاوم باشد و عمر مفید خود را افزایش دهد.
• چقرمگی بالا که نشان دهنده‌ی توانایی فولاد ماریجینگ در بازگشت به شکل اولیه خود پس از برداشتن نیرو است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر تغییر شکل موقت مقاوم باشد و خاصیت ارتجاعی خود را حفظ کند.
• تغییر یکنواخت ابعاد در هنگام عملیات حرارتی که به معنی عدم ایجاد اعوجاج و تنش در فولاد ماریجینگ در زمان انجام عملیات حرارتی مانند پیرسختی، آنیل و تمپر است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند ابعاد دقیق و یکنواختی داشته باشد و نیاز به ماشین‌کاری بعد از عملیات حرارتی کم شود.
• شکل‌پذیری بالا که نشان دهنده‌ی توانایی فولاد ماریجینگ در تغییر شکل با استفاده از نیروهای فشاری است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند به شکل‌های مختلفی مانند ورق، میله، لوله و سیم تبدیل شود.
• قابلیت پولیش بسیار خوب که به معنی امکان ایجاد سطحی صاف و براق بر روی فولاد ماریجینگ با استفاده از عملیات پولیش است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند زیبایی و جذابیت بیشتری داشته باشد و در صنایعی مانند طلاسازی، ساعت‌سازی و زیورآلات کاربرد داشته باشد.
• قدرت ضربه بالا که نشان دهنده‌ی مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر نیروهای ضربه‌ای است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر شوک‌های مکانیکی مقاوم باشد و نشکند.
• مقاومت به خوردگی و انتشار ترک که به معنی امکان مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر عوامل شیمیایی و محیطی است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر خوردگی و تشکیل ترک‌های ناشی از خستگی یا هیدروژنیزاسیون مقاوم باشد و عمر مفید خود را افزایش دهد.
• قدرت خستگی بالا که نشان دهنده‌ی مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر نیروهای متناوب است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر خستگی و تشکیل ترک‌های ناشی از نیروهای متناوب مقاوم باشد و عمر مفید خود را افزایش دهد.
• قابلیت ماشین‌کاری آسان با حداقل اعوجاج که به معنی امکان تولید قطعات با ابعاد دقیق و یکنواخت با استفاده از ابزارهای ماشینی است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند با حداقل هزینه و زمان، قطعات با کیفیت بالا را تولید کند.

فولاد ماریجینگ دارای خواص متفاوتی در رده‌های مختلف است که به شرح زیر است :

 

گرید 200 که دارای تنش تسلیم 1400 MPA و چقرمگی شکست 140 است. این گرید از فولاد ماریجینگ در دمای 480 سانتی‌گراد پیرسختی می‌شود.

گرید 250 که دارای تنش تسلیم 1700 MPA و چقرمگی شکست 100 است. این گرید از فولاد ماریجینگ در دمای 480 سانتی‌گراد پیرسختی می‌شود.

گرید 300 که دارای تنش تسلیم 1900 MPA و چقرمگی شکست 70 است. این گرید از فولاد ماریجینگ در دمای 480 سانتی‌گراد پیرسختی می‌شود.

گرید 350 که دارای تنش تسلیم 2400 MPA و چقرمگی شکست 40 است. این گرید از فولاد ماریجینگ در دمای 480 سانتی‌گراد پیرسختی می‌شود.

 

فولاد ماریجینگ دارای رده‌های مختلفی است که بر اساس استاندارد MIL-S-46850D با اعداد 200، 250، 300 و 350 نامگذاری شده‌اند.
این اعداد نشان‌دهنده‌ی استحکام کششی فولاد ماریجینگ به واحد پوند بر اینچ مربع هستند. هر رده از فولاد ماریجینگ دارای خواص متفاوتی در مورد دمای پیرسختی، تنش تسلیم و چقرمگی است.
همچنین هر رده از فولاد ماریجینگ شامل ترکیبات مختلفی از عناصر مانند کبالت، تیتانیوم، آلومینیوم، مولیبدن و نیکل است.

جدول زیر میزان این عناصر را در هر رده از فولاد ماریجینگ نشان می‌دهد :

رده	کبالت	تیتانیوم	آلومینیوم	مولیبدن	نیکل
200	8.5	0.2	0.1	3.5	18
250	8.5	0.4	0.1	5	18
300	9	0.7	0.1	5	18
350	12.5	0.3	0.1	4.2	18

 

فولاد ماریجینگ به دلیل خواص مثبتی که دارد، در صنایع مختلفی مانند صنایع هوافضا، صنایع نظامی، صنایع خودروسازی، صنایع دریایی و صنایع پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد¹. این فولاد به دلیل مقاومت بالای خود در برابر خوردگی، سایش، ضربه و فشار، قطعات تولید شده از آن بسیار پایدار و قابل اطمینان هستند¹. همچنین، قابلیت جوشکاری آن باعث شده تا از این فولاد برای ساخت قطعاتی با اشکال مختلف استفاده شود¹.

بازدهی اقتصادی این فولاد نیز بسیار مورد توجه است. چرا که به دلیل خواصی که دارد، طول عمر بالایی را ایجاد کرده و هزینه‌های نگهداری، تعمیر و تعویض قطعات را کاهش می‌دهد. به همین دلیل است که از این فولاد در صنایع مختلف استفاده شده و طرفداران زیادی را پیدا کرده است¹.

به طور خلاصه

فولاد ماریجینگ یک نوع آلیاژ است که دارای خواص برجسته‌ای مثل خشکی، سختی، چقرمگی، مقاومت در برابر ترک خوردگی، استحکام کششی و ضریب انبساط حرارتی پایین است. این فولاد در صنایع مختلفی مانند هوا فضا، سانتریفیوژ، شمشیر و موتورها کاربرد دارد و به عنوان یک ماده انقلابی در زندگی انسان‌ها شناخته می‌شود.

 

تفاوت فولاد ماریجینگ با دیگر فولادها

این فولاد با سایر فولادها تفاوت‌های زیادی دارد.

برخی از این تفاوت‌ها عبارتند از :

فولاد ماریجینگ نسبت به فولاد کربنی که با افزایش کربن سخت می‌شود، کربن بسیار کمی دارد و با رسوب ترکیبات بین فلزی سخت می‌شود.

فولاد ماریجینگ نسبت به فولاد آلیاژی که با افزایش عناصر آلیاژی مثل کروم، منگنز، وانادیوم و غیره سخت می‌شود، عناصر آلیاژی کمتری دارد و با رسوب ترکیبات بین فلزی مختص به خود سخت می‌شود.

فولاد ماریجینگ نسبت به فولاد ضد زنگ که با افزایش کروم و نیکل مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد، کروم کمتری دارد و نیکل بیشتری دارد. این فولاد مقاومت به خوردگی کمتری دارد اما استحکام بیشتری دارد.

 

آیا در قطعات ریز و حساس هم از فولاد ماریجینگ استفاده می‌شود؟

بله، در برخی از قطعات ریز و حساس هم از فولاد ماریجینگ استفاده می‌شود. این فولاد به دلیل داشتن استحکام و چقرمگی بالا، مقاومت به خستگی و ترک خوردگی، و قابلیت جوشکاری و ماشین‌کاری مناسب، برای ساخت قطعاتی که نیاز به دقت و کیفیت بالا دارند، مناسب است.

 

برخی از رایج‌ترین کاربردهای این فولاد عبارتند از :

• قطعات اتومبیل مسابقه‌ای (میله، شفت، چرخ‌دنده)
• قطعات نیروگاه‌های غنی‌سازی اورانیوم (روتور، شفت)
• سوکت کابل
• شیلنگ‌های هیدرولیک
• پروانه‌ها و محفظه‌های پمپ
• تجهیزات تست کشش
• روتورهای اولتراسانتریفیوژها
• قطعات زیر کارتریج، چفت و بست‌های بال هواپیما و پایه‌های چرخ‌های فرود هواپیما

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 ۳۸)، به 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.