نیکل

nickel

 

نیکل و آلیاژهای مشتق از آن سهم بسیار مهمی در تامین نیازهای صنعت، به ویژه در صنایع فولادسازی، دارند. ویژگی‌های شیمیایی و مکانیکی این فلز، نقش بارزی را در مصارف روزانه، از جمله ساخت باتری‌ها، و صنایع بزرگ‌تر نظیر فولادسازی، ایفا می‌کند.

نیکل یک عنصر شیمیایی با علامت شیمیایی Ni و عدد اتمی 28 است. این عنصر به صورت طبیعی در پوسته‌ی زمین وجود دارد و به عنوان یک فلز انتقالی در دسته‌ی دوم جدول تناوبی قرار دارد. نیکل به شکل خاصی در مواد معدنی مانند پنبه‌نیکل و نیکل‌های فله‌ای یافت می‌شود.

ویژگی‌های نیکل شامل مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت الکتریکی و حرارتی خوب، سختی و استحکام مکانیکی مناسب می‌شوند. این ویژگی‌ها باعث استفاده گسترده از نیکل در صنایع مختلف شده است. به عنوان مثال، نیکل بخش مهمی از آلیاژهای استفاده شده در تولید فولادهای ضدزنگ و سایر آلیاژهای مقاوم به خوردگی را تشکیل می‌دهد. همچنین، نیکل در تولید باتری‌ها، سکه‌ها، و ابزارهای الکتریکی نیز کاربرد دارد.

تاریخچه استفاده از نیکل

تاریخچه استفاده از نیکل به گذشته‌های دور باز می‌گردد. در طول تاریخ، انسان‌ها از نیکل به عنوان یک فلز مفید و ارزشمند بهره برده‌اند. در زیر به مروری بر تاریخچه استفاده از نیکل می‌پردازیم:

 

قرون وسطی :

 

در قرون وسطی، نیکل به عنوان یک فلز کمیاب و ارزشمند شناخته می‌شد. از آن به عنوان مواد تزئینی در ساخت جواهرات و اشیاء هنری استفاده می‌شد. امپراتوری بیزانس به عنوان یکی از مهمترین تولیدکنندگان نیکل در این دوره معروف بود.

 

قرن 17 و 18 :

در این دوره، نیکل به عنوان یک فلز مقاوم به خوردگی شناخته شد. به همین دلیل، در تولید سفینه‌ها و ابزارهای دریایی برای جلوگیری از خوردگی از نیکل استفاده می‌شد.

 

قرن 19 :

استفاده از نیکل در صنایع مختلف به ویژه در تولید فلزات ضدزنگ، آلیاژها و سکه‌ها گسترش یافت. به دلیل مقاومت به خوردگی، نیکل به تدریج جایگزین بسیاری از فلزات دیگر در صنعت‌های مختلف شد.

 

قرن 20 :

در قرن بیستم، با پیدایش فناوری‌های جدید، استفاده از نیکل در صنایع الکترونیک، باتری‌ها، طلاسازی، و فناوری‌های نوین دیگر گسترش یافت. همچنین، نیکل به عنوان یک کاتالیزور در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی نیز مورد استفاده قرار گرفت.

 

در حال حاضر :

امروزه، نیکل به عنوان یکی از فلزات مهم و گسترده استفاده شده در صنایع مختلف شناخته می‌شود. از جمله کاربردها، می‌توان به تولید فولاد ضدزنگ، باتری‌ها، سکه‌ها، الکترونیک، و صنایع هوافضا اشاره کرد.

 

برخی از ویژگی‌های منحصر به فرد نیکل عبارتند از:

• ساختار بلوری و براق
• مقاومت بالا و سختی
• عایق الکتریکی ممتاز
• مقاومت حرارتی بسیار بالا
• کاربرد اصلی نیکل در تولید فولادهای ضدزنگ
• استفاده گسترده در صنعت باتری‌سازی
• شکل‌پذیری فوق‌العاده، مقاومت در برابر اکسایش و خوردگی
• سازگاری بسیار خوب با سایر فلزات، علاوه بر ویژگی‌های بی‌نظیرش.

همچنین، نیکل به عنوان یک عنصر شکل‌پذیر و مقاوم، در تولید انواع آلیاژها نیز به‌کار می‌رود. در ادامه، با انواع آلیاژهای نیکل و خصوصیات آنها، همچنین کاربردهای بیشتر آشنا خواهیم شد.

 

فرایند استخراج

فرایند استخراج نیکل اغلب از معدن‌های سولفیده نیکل انجام می‌شود. مهمترین منابع نیکل شامل معادن نیکل سولفیده مانند پنبه‌نیکل و نیکل ماتیت (nickel matte) هستند. یکی از روش‌های استخراج نیکل، فرآیند پیرومتالورژیک است که باعث تبدیل مواد معدنی نیکل به فلز نیکل می‌شود. در زیر، مراحل اصلی این فرآیند توضیح داده شده است:

 

استخراج از معدن :

معدن‌های نیکل برای استخراج از آن‌ها به‌طور ابتدایی باید استخراج شوند. این مرحله شامل حفر و خرد کردن معدن، سپس انجام فرآیند تفکیک و استخراج نیکل از سنگ معدنی است.

 

سولفیده‌سازی :

معدن نیکل به‌طور معمول حاوی ترکیبات سولفیده نیکل است. برای تهیه مواد خام قابل استفاده در فرآیند پیرومتالورژی، ابتدا نیاز به تبدیل نیکل به ترکیبات سولفیده دارد. این مرحله با استفاده از فرآیند‌های شیمیایی انجام می‌شود.

 

پیش‌آهنگ :

پس از سولفیده‌سازی، مواد خام به نام پیش‌آهنگ (nickel concentrate) حاصل می‌شود. این مرحله شامل خشک‌کردن و آسیاب کردن مواد است.

پیش‌پردازش :

در این مرحله، پیش‌آهنگ به‌طور کامل پردازش می‌شود تا مواد خامی با ترکیبات خاص به‌دست آید که مناسب برای فرآیند پیرومتالورژی باشد.

 

پیرومتالورژی :

در این مرحله، مواد خام نیکل به همراه یک ماده‌ای به نام فلوکس (معمولاً کربنات سدیم) به کوره‌های باز (فورنیسز) می‌روند. در دماهای بسیار بالا، تبدیل به فلز نیکل انجام می‌شود. این فرآیند به نام کاستینگ نیکل (nickel smelting) نیز شناخته می‌شود.

 

جدا سازی و تصفیه :

فلز نیکل حاصل از فرآیند پیرومتالورژی در مراحل بعدی از طریق جداسازی و تصفیه دقیق‌تر می‌شود تا به خلوص مطلوبی برسد. این مرحله شامل استفاده از فرآیندهای انحلالی و تصفیه الکترولیتیک (Electrolytic Refining) می‌شود.

 

فراوری و استفاده :

پس از تصفیه نهایی، فلز نیکل به شکل کاتدهای الکترولیتی یا به صورت خمیر نیکل به بازار عرضه می‌شود و در صنایع مختلف از جمله فولادسازی، صنایع الکترونیک و باتری‌سازی استفاده می‌شود.

 

آلیاژهای نیکل (Nickel Alloys)

• نیکل خالص گستردۀ وسیعی از کاربردها را در صنایع گوناگون مانند غذایی، شیمیایی، تجهیزات هوافضا، قطعات الکتریکی، لوله‌های حمل مواد، مبدل‌های حرارتی و… دارد؛

اما به منظور بهبود خواص و افزایش عملکرد، از انواع آلیاژهای نیکل در برخی از کاربردها استفاده می‌شود.

 

آلیاژهای نیکل-آهن

آلیاژ نیکل-آهن از مهم‌ترین آلیاژهای نیکل محسوب می‌شود که اهمیت ویژه‌ای در صنعت و مهندسی مواد دارد. این آلیاژها دارای خواص مغناطیسی و حرارتی بسیار برجسته هستند.
درصد آهن در این آلیاژها به ترتیب به صورت زیر است:

• 64 درصد
• 58 درصد
• 52 درصد

هر یک از این درصدها، خواص خاص و منحصر به فردی را برای آلیاژهای نیکل-آهن به ارمغان می‌آورد.

 

آلیاژهای نیکل-مس

نیکل و مس به خوبی با یکدیگر سازگار هستند و می‌توانند با هر نسبتی با یکدیگر ترکیب شوند. مهم‌ترین آلیاژهای نیکل-مس عبارتند از:

 

• مونل :

آلیاژ مونل از 67 درصد نیکل و 33 درصد مس تشکیل شده است. این آلیاژ با استحکام بالا، قابلیت جوشکاری بسیار خوب، و مقاومت بسیار خوب به خوردگی شناخته می‌شود. از آن در گستره وسیعی از دماها به خوبی قابل استفاده است.

 

• کنستانتان :

آلیاژ کنستانتان شامل 45 درصد نیکل و 55 درصد مس است. این آلیاژ به عنوان یک هادی بسیار خوب برای الکتریسیته شناخته می‌شود و مقاومت آن در برابر تغییرات دما تغییری نمی‌کند.

 

• مس-نیکل-روی :

این آلیاژ از 60 درصد مس، 20 درصد نیکل و 20 درصد روی ساخته شده است. به آن با نام عامیانه “ورشو” نیز اطلاق می‌شود که در ساخت ظروف قدیمی از آن استفاده می‌شد. همچنین، با نام نقره نیکلی نیز شناخته می‌شود.

 

 

آلیاژهای نیکل-کروم

کروم یکی از مهم‌ترین عناصری است که با نیکل آلیاژ می‌شود. مهم‌ترین خواص این دسته از آلیاژهای نیکل شامل مقاومت به خوردگی و مقاومت حرارتی نسبتاً بالا می‌باشد. باید توجه داشت که در برخی از این نوع آلیاژها از آهن و مالبیدن نیز بهره گرفته می‌شود. این آلیاژها در محیط‌های خورنده کاربرد بسیار زیادی دارند.

 

 

سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژها دارای مقاومت حرارتی بسیار بالا هستند و در دماهای بالا توانایی حفظ شکل خود را دارند. این آلیاژها همچنین مقاومت فوق‌العاده به خوردگی، اکسیداسیون، خزش و شکست را از خود نشان می‌دهند. سوپر آلیاژها با پایه سه فلز زیر تولید و دسته‌بندی می‌شوند:

• نیکل
• نیکل-آهن
• کبالت

از این آلیاژها در تولید توربین‌ها، موتورهای جت و هواپیما، و صنایع شیمیایی استفاده می‌شود. ویژگی برجسته‌ترین این آلیاژها، توانایی استفاده در دماهای بسیار بالا و تحت تنش است.

 

کاربرد آلیاژهای نیکل :

 

حمل و نقل فضایی :

قطعات راکت، جت و هواپیما از آلیاژهای نیکل به دلیل مقاومت در برابر شرایط دما و فشار بالا استفاده می‌کنند.

 

صنایع شیمیایی :

پمپ‌ها، خنک‌کننده‌ها، پیچ و مهره از آلیاژهای نیکل در صنایع شیمیایی بهره می‌برند.

 

توربین‌های هواپیما :

دیسک، محفظه احتراق، و محورها از آلیاژهای نیکل در توربین‌های هواپیما استفاده می‌شوند.

 

نیروگاه‌های بخار:

تیغه‌ها و پیچ و مهره‌ها از آلیاژهای نیکل در نیروگاه‌های بخار استفاده می‌گردند.

 

موتورهای پیستونی :

دریچه‌های اگزوز و توربوشارژ از آلیاژهای نیکل در موتورهای پیستونی بهره می‌جویند.

 

وسایل پزشکی :

پروتزهای پزشکی، ابزار دندان‌پزشکی از آلیاژهای نیکل در صنعت پزشکی استفاده می‌شوند.

 

فلزکاری :

قالب‌های فلزی و ابزارهای فلزی از آلیاژهای نیکل در فلزکاری بهره می‌برند.

 

استفاده از آلیاژهای خاص نیکل :

 

آلیاژ با ضریب انبساط حرارتی پایین :

آلیاژ نیکل-آهن به دلیل ضریب انبساط حرارتی پایین خود (که ناشی از حضور نیکل در آلیاژ است)، در برخی از موارد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

آلیاژ مقاوم در برابر الکتریسیته :

آلیاژهای نیکل-مس و نیکل-کروم-آلومینیوم از این دسته از آلیاژها، به دلیل مقاومت در برابر الکتریسیته، در تولید تجهیزات و ابزارآلات کنترلی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

آلیاژهای نرم مغناطیسی :

آلیاژهایی که درصد بالایی از نیکل را در ساختارشان دارند، دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالایی هستند. این آلیاژها در حسگرها، میکروفون‌ها و ضبط صوت‌ها کاربرد دارند.

 

آلیاژهای دارای حافظه :

آلیاژ نیکل-تیتانیوم از جمله آلیاژهای دارای حافظه است. این آلیاژها هنگامی که تحت تنش قرار می‌گیرند، بعد از برداشتن تنش، به شکل اولیه خود بازمی‌گردند. از جمله کاربردهای این آلیاژها می‌توان به گیره‌های ارتوپدی، عضلات مصنوعی قلب و سیم‌های ارتودنسی اشاره کرد.

 نیکل

nickel

 

بهتر است اول یک توضیح مختصر راجب نیکل بدهیم :

نیکل یک عنصر شیمیایی با نماد Ni و عدد اتمی 28 است. این عنصر در جدول تناوبی در گروه 10 و دوره 4 قرار دارد. نیکل یک فلز متوسط‌شدت است و خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه‌ای دارد که از آن در مختلف صنایع استفاده می‌شود.

 

ویژگی‌های نیکل :

 

مقاومت به زنگ زدگی : نیکل به‌طور طبیعی مقاوم به زنگ زدگی است، که به این معناست که در معرض هوا و رطوبت، لایه‌ای از اکسید نیکل تشکیل می‌شود که از ایجاد خوردگی جلوگیری می‌کند.

 

خواص مغناطیسی : نیکل یک فلز مغناطیسی است و در مواردی می‌توان از آن به‌عنوان یک مغناطیس استفاده کرد.

 

خواص الکتروشیمیایی : نیکل به‌طور گسترده در تولید باطری‌ها و سلول‌های الکتروشیمیایی استفاده می‌شود. این خواص الکتروشیمیایی باعث می‌شود نیکل به‌عنوان یک انتخاب مناسب در صنعت باطری باشد.

 

مقاومت در برابر خوردگی : نیکل به‌عنوان یک جزء اصلی در تشکیل آلیاژهای مقاوم به خوردگی مانند فولادهای ضدزنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

کاتالیزور : نیکل در برخی فرایندهای کاتالیتیک، به‌خصوص در فرآیندهای هیدروژناسیون، به‌کار می‌رود.

 

نیکل به‌طور گسترده در صنایع مختلف مانند تولید فولاد، صنایع الکترونیک، باطری‌سازی، صنایع آبکاری، و صنایع شیمیایی استفاده می‌شود.

 

کاربرد نیکل در صنایع

ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی استثنایی نیکل باعث شده است که در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار گیرد.
در زیر، برخی از کاربردهای نیکل در صنایع مختلف آورده شده است:

 

صنایع تولید استیل :

حدود 65% از مصرف جهانی نیکل به منظور ساخت فولادهای ضدزنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این، 12 درصد از مقدار کل نیکل مصرفی برای تولید سوپر آلیاژها، از جمله آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی، مصرف می‌شود.

فولادهای ضدزنگ شامل :

میلگرد استیل 304

میلگرد استیل 316

میلگرد استیل 321

میلگرد استیل 410

میلگرد استیل 4057

میلگرد استیل 1.4923

میلگرد استیل نسوز 309

میلگرد استیل نسوز 310

میلگرد استیل 4PH-17

لوله استیل 304

لوله استیل 316

لوله استیل 321

لوله استیل نسوز 309

لوله استیل نسوز 310

ورق استیل 309

ورق استیل 304

ورق استیل 310

ورق استیل 316

ورق استیل 410

صنایع تولید باطری : نیکل به عنوان یک ماده کلیدی در تولید باطری‌ها به‌خصوص باطری‌های قابل شارژ مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ویژگی باعث مقاومت بالا و طولانی‌مدت باطری‌ها می‌شود.

ضرب سکه : به دلیل ویژگی‌های فیزیکی و استحکام مکانیکی، نیکل در ساخت سکه‌ها و سکه‌های جشنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

صنایع آبکاری کروم : در صنعت آبکاری کروم، نیکل به‌عنوان یک لایه حافظه از رویه کرومیوم برای افزودن خواص مانع از خوردگی و افزایش استحکام استفاده می‌شود.

صنایع دریایی و پروژه‌های شیرین‌سازی آب شور دریا : نیکل در ساخت قطعات دریایی، کشتی‌ها و در پروژه‌های شیرین‌سازی آب شور دریا به‌دلیل مقاومت بالا در محیط‌های کریساکوروزیون مورد استفاده قرار می‌گیرد.

باتری‌های قابل شارژ : نیکل در تولید باتری‌های قابل شارژ به‌دلیل خواص الکتروشیمیایی برجسته خود، به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

محصولات ریخته‌گری و ورق‌سازی : در صنایع ریخته‌گری و ورق‌سازی، نیکل به‌صورت آلیاژها و ورق‌ها برای تولید قطعات با استحکام و مقاومت مناسب به‌کار می‌رود.

ساخت وسایل آشپزخانه : به‌دلیل مقاومت در برابر زنگ زدگی و خوردگی، نیکل در ساخت وسایل آشپزخانه مانند ظروف و سرویس‌های غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

صنایع الکترونیک : نیکل در تولید اجزاء الکترونیکی به‌ویژه در ساخت قطعات الکتریکی با خواص مغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

صنایع خودروسازی : در صنعت خودروسازی، نیکل در ساخت قطعات مقاوم در برابر خوردگی و مواد به‌کاررفته در ساخت وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ساخت آلیاژهای ویژه : نیکل به‌صورت آلیاژهای خاص مانند آلنیکو برای استفاده در آهن‌ربا و دیگر کاربردهای ویژه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاتالیزور برای هیدروژن‌دار کردن روغن‌های گیاهی : نیکل به‌عنوان یک کاتالیزور در فرایند هیدروژن‌دار کردن روغن‌های گیاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

استفاده از آلیاژ نیکل – آهن در چارچوب‌های سربی : آلیاژهای نیکل – آهن در ساخت چارچوب‌های سربی به‌منظور افزایش استحکام و مقاومت در برابر فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سیم‌های هوشمند و آلیاژهای حافظه‌دار : نیکل در تولید سیم‌های هوشمند و آلیاژهای حافظه‌دار که در ربات‌ها و دستگاه‌های مخابراتی به‌کار می‌روند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

صنایع آبکاری : در صنایع آبکاری، نیکل به‌عنوان یک پوشش مقاوم به زنگ زدگی در ساخت قطعات مختلف مورد استفاده قرار میگیرد.

این مصارف نشان از اهمیت نیکل در تولید فولادهای با عمر طولانی و مقاوم در برابر زنگ زدگی و خوردگی دارد.

 

ترکیبات شیمیایی

ترکیبات شیمیایی نیکل شامل اکسیدها، سولفیدها، هیدراژیدها و آلیاژهایی با دیگر عناصر می‌شوند. در زیر چند ترکیب شیمیایی نیکل ذکر شده است:

 

اکسید نیکل (II) :

فرمول : NiO

این ترکیب یکی از اکسیدهای اساسی نیکل است و به‌عنوان یک فراورده شیمیایی مهم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

سولفید نیکل (II) :

فرمول : NiS

این ترکیب به‌عنوان یکی از ترکیبات سولفید نیکل مورد استفاده در صنایع مختلف مانند فرآیند استخراج نیکل است.

 

کربنات نیکل (II) :

فرمول : NiCO3

این ترکیب به‌عنوان یک نمک کربنات نیکل استفاده می‌شود و در برخی فرآیندهای شیمیایی نقش دارد.

 

نیکل کلرید :

فرمول : NiCl2

این ترکیب به‌عنوان یک نمک آنیونی نیکل در فرآیندهای شیمیایی استفاده می‌شود.

 

هیدراژید نیکل :

فرمول : NiH2

ترکیبات هیدراژیدی نیز می‌توانند با نیکل تشکیل شوند.

 

آلیاژهای نیکل با دیگر فلزات :

نیکل به‌عنوان عنصر اصلی در آلیاژهای مهمی مانند استیل نیکل (در فولادهای ضدزنگ)، نیکل-تیتانیوم (برای مقاومت در محیط‌های خاص)، و آلنیکو (برای کاربردهای مغناطیسی) استفاده می‌شود.

این ترکیبات و آلیاژها از تنوع استفاده نیکل در صنایع مختلف و تولید مواد مختلف نشان می‌دهند.

 

خواص مکانیکی نیکل

خواص مکانیکی نیکل به ویژگی‌هایی اشاره دارد که این فلز در پاسخ به نیروها و تنش‌های مکانیکی عمل می‌کند. در زیر، تعدادی از خواص مکانیکی نیکل آورده شده‌اند :

 

مقاومت به خمش و کشش :

نیکل دارای مقاومت خوبی در برابر نیروهای خمش و کشش است. این ویژگی اهمیت زیادی در صنایع مختلف از جمله صنایع خودروسازی، هوافضا و صنعت ساخت‌وساز دارد.

 

مقاومت به خستگی :

نیکل به‌خصوص در آلیاژهای مختلف، مقاومت خوبی در برابر تنش‌های مکانیکی متغیر و تکراری دارد. این ویژگی در کاربردهایی که تحت تنش‌های مکانیکی متغیر قرار می‌گیرند، مانند قطعات مکانیکی در حالت حرکت، حائز اهمیت است.

 

سختی :

نیکل به‌طور عمومی دارای سختی مناسبی است که به تولید قطعات سخت و مقاوم می‌تواند کمک کند. این ویژگی مهم در تولید ابزارهای سخت و قطعات دیگر است.

 

مقاومت در برابر خوردگی :

خواص مقاومت به زنگ زدگی و خوردگی نیکل باعث می‌شود که در بسیاری از کاربردها که در معرض عوامل خوردگی قرار دارد، مثل صنایع آبکاری و تولید فولادهای ضدزنگ، کاربرد داشته باشد.

 

تاثیرات حرارتی :

نیکل مقاومت حرارتی خوبی دارد و می‌تواند در دماهای بالا و تحت شرایط حرارتی خاص عمل کند. این ویژگی در صنایعی که نیاز به مقاومت در برابر دماهای بالا دارند، از اهمیت بالایی برخوردار است.

 

رفتار الاستیک :

نیکل به‌طور کلی رفتار الاستیک مناسبی دارد که به این معناست که پس از اعمال نیروهای مکانیکی، به حالت اولیه خود باز می‌گردد. این ویژگی در تولید اجزاء دقیق و قطعاتی که نیاز به استحکام و استحکام الاستیک دارند، حائز اهمیت است.

 

مقاومت به تغییر شکل :

نیکل در برابر تغییرات شکل به‌خصوص در دماهای مختلف، مقاوم است. این ویژگی در صنایعی که تحت تغییرات دمایی قرار دارند، مانند صنایع الکترونیک، اهمیت دارد.

ترکیب این خواص مکانیکی نیکل با ویژگی‌های دیگر این عنصر، از جمله زنگ‌زدگی کم و مقاومت در برابر خوردگی، نیکل را به یک فلز متعدد الزمانه با کاربردهای گسترده در صنایع مختلف تبدیل کرده است.

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

لوله بدون درز 32760 دوبلکس فولاد ضد زنگ برای تبادل حرارت

Seamless 32760 duplex stainless steel

تبادل حرارتی یک فرایندی است که در آن حرارت از یک جریان سیال به جریان دیگر منتقل می‌شود. این فرایند در صنایع مختلفی مانند پتروشیمی، نیروگاهی، تصفیه آب و غیره کاربرد دارد. برای انجام تبادل حرارتی، معمولاً از مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود که دارای لوله‌هایی هستند که سیالات را درون خود جریان می‌دهند. لوله‌های مبدل حرارتی باید دارای خواصی مانند مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت مکانیکی، هدایت حرارتی و ضریب انبساط حرارتی مناسب باشند. در این مقاله، به بررسی یک نوع لوله مبدل حرارتی که از فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز ساخته شده است، می‌پردازیم.

فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز

فولاد ضد زنگ دوبلکس یک نوع فولاد آلیاژی است که دارای ریزساختاری از دو فاز فریتی و آستنیتی است. این نوع فولاد از ترکیب خواص هر دو فاز بهره می‌برد و می‌تواند مقاومت، سختی، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر تنش را بهبود بخشد. فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 یکی از انواع فولاد ضد زنگ دوبلکس فوق العاده است که دارای درصد بالایی از کروم، نیکل، مولیبدن و نیتروژن است.

 

این فولاد ضد زنگ دارای ترکیب شیمیایی زیر است :

• کربن : 0.03% max
• سیلیسیوم : 0.8% max
• منگنز : 1.2% max
• فسفر : 0.035% max
• گوگرد : 0.02% max
• کروم : 24-26%
• نیکل : 6-8%
•  مولیبدن : 3-5%
• نیتروژن : 0.24-0.32%

فولاد ضد زنگ یکی از مواد مقاوم در برابر خوردگی برای پروژه‌های ساختمانی است. این ماده به سه دسته اصلی تقسیم می‌شود: فولاد ضد زنگ آستنیتی، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی و فولاد ضد زنگ فریتی. هر دو دسته اول نیز می‌توانند به عنوان فولاد ضد زنگ دوبلکس شناخته شوند. لوله‌های فولادی ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز دارای خواص مکانیکی و مقاومتی بالایی هستند و برای کاربردهای تبادل حرارت مناسب‌اند.

فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز به روش آهنگری سرد یا گرم تولید می‌شود. در این روش، فولاد ضد زنگ دوبلکس به شکل میله‌های گرم یا سرد قطع می‌شود و سپس با استفاده از قالب‌های مختلف به شکل لوله‌های بدون درز تبدیل می‌شود.

لوله‌های بدون درز دارای مزایایی مانند :

• عدم وجود درز
• همگنی ریزساختار
• کیفیت بالا
• دقت بالا و
• استحکام بالا هستند.

خواص فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز

فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز دارای خواص متعددی است که آن را برای کاربرد در مبدل‌های حرارتی مناسب می‌کند. برخی از این خواص عبارتند از :

• مقاومت در برابر خوردگی : فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی کلریدی، خوردگی ناشی از تنش، خوردگی ترکیبی، خوردگی پیتینگ و خوردگی تخلخلی است. این فولاد ضد زنگ می‌تواند در محیط‌هایی با pH پایین، دمای بالا، فشار بالا و حضور اکسیژن، کلر، سولفات و کربنات کار کند.
• مقاومت مکانیکی : فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز دارای مقاومت کششی بالایی است که می‌تواند بیش از 800 مگاپاسکال باشد. همچنین، این فولاد ضد زنگ دارای سختی، کشیدگی، مقاومت در برابر خستگی و مقاومت در برابر شکست بالایی است.
• هدایت حرارتی : فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز دارای هدایت حرارتی بالایی است که می‌تواند بین 15 تا 25 وات بر متر کلوین باشد. این خاصیت باعث می‌شود که انتقال حرارت در مبدل‌های حرارتی به صورت کارآمد و یکنواخت انجام شود.
• ضریب انبساط حرارتی : فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز دارای ضریب انبساط حرارتی پایین‌تری نسبت به فولادهای ضد زنگ آستنیتی است. این خاصیت باعث می‌شود که این فولاد ضد زنگ کمتر تحت تاثیر تغییرات دمایی قرار گیرد و کمتر از نظر ابعادی تغییر کند.

ما اخیراً صفحات فولادی ضد زنگ دوبلکس 32760 را سفارش داده‌ایم که برای کاربردهای پتروشیمی، زیرساخت‌های آبیاری و غیره مناسب‌اند. این فولاد ضد زنگ دوبلکس نسبت به فولادهای ضد زنگ 304 و 316 مقاومت بهتری در برابر تنش و استحکام بالاتری دارد.

 

استاندارد ها

• ASTM A213
• ASTM A312
• ASTM A249
• ASTM A269
• ASTM A789
• JIS G3456
• JIS G3463
• JIS G3448
• JIS G3459

روش ساخت

• نورد گرم
•  نورد سرد
•  سرد کشیده شده
•  اکسترود شده

کاربرد ها

لوله فولادی ضد زنگ به طور گسترده ای در

•  ساختار مکانیکی
•  دکوراسیون
•  لوله های صنعتی
•  تبادل حرارت دیگ بخار
•  کندانسور خنک
•  صنایع غذایی
• کارخانه های شیمیایی و آب
• و غیره استفاده می شود.

نتیجه‌گیری

فولاد ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز یک نوع فولاد ضد زنگ دوبلکس فوق العاده است که دارای خواص برجسته‌ای مانند مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت مکانیکی، هدایت حرارتی و ضریب انبساط حرارتی مناسب است. این فولاد ضد زنگ با روش آهنگری سرد یا گرم به شکل لوله‌های بدون درز تولید می‌شود که برای کاربرد در مبدل‌های حرارتی مناسب‌اند. لوله‌های فولادی ضد زنگ دوبلکس 32760 بدون درز می‌توانند در محیط‌هایی با شرایط سخت و خورنده کار کنند و باعث افزایش کارایی و کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات مبدل‌های حرارتی شوند. بنابراین، این نوع لوله‌ها یکی از بهترین گزینه‌ها برای صنایعی که نیاز به تبادل حرارتی دارند، است.

استیل 17-4PH چیست؟

17-4PH stainless steel

استیل 17-4PH یک نوع استنلس استیل است که در آلمان با استاندارد DIN و نام فولاد 1.4542 شناسایی می‌شود و همچنین با عنوان X5CrNiCuNb16-4 در بین فولادها معروف است. این استیل برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت بالا در دماهای پایین و متوسط دارند، مناسب است. ترکیب شیمیایی این فولاد شامل %0.07 کربن، %0.7 سیلیسیوم، %1.5 منگنز، %0.04 فسفر، %15-17 کروم، %0.6 مولیبدن، %3-5 نیکل و %3-5 مس می‌باشد.

 

آلیاژ 17-4PH با چندین استاندارد مختلف تایید شده است. برخی از این استانداردها عبارتند از :

• استاندارد A 693 که توسط سازمان ASTM برای فولادهای ضد زنگ و فولادهای ضد زنگ پرکاربرد صادر شده است.
• استاندارد SA 693 که توسط سازمان ASME برای فولادهای زنگ نزن و فولادهای ضد زنگ پرکاربرد در مخازن تحت فشار و مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود.
• استاندارد 5604 که توسط سازمان AMS برای فولادهای ضد زنگ و فولادهای ضد زنگ پرکاربرد در صنایع هوافضا و دفاعی ارائه شده است.

خواص مکانیکی فولاد 17-4PH بستگی به شرایط عملیات حرارتی دارد. این فولاد را می‌توان در دماهای مختلف سخت کاری کرد و خواص مورد نظر را به دست آورد.

برای مثال :

• در دمای 496 درجه سانتی‌گراد(925 درجه فارنهایت)، اگر فولاد را 4 ساعت سخت کاری کنیم و با هوا خنک کنیم، خواص مکانیکی زیر را خواهیم داشت (حداقل مقادیر):
  • استحکام تسلیم : 1070 مگاپاسکالیا 155 ksi
  • استحکام کششی نهایی : 1170 مگاپاسکالیا 170 ksi
  • ازدیاد طول (در هر 2 اینچ) : 8 درصدیا بیشتر
• در دمای 593 درجه سانتی‌گراد(1100 درجه فارنهایت)، اگر فولاد را 4 ساعت سخت کاری کنیم و با هوا خنک کنیم، خواص مکانیکی زیر را خواهیم داشت (حداقل مقادیر) :
  • استحکام تسلیم : 790 مگاپاسکالیا 115 ksi
  • استحکام کششی نهایی : 965 مگاپاسکالیا 140 ksi
  • ازدیاد طول (در هر 2 اینچ) : 10 درصد یا بیشتر

 

خواص فیزیکی آلیاژ 17-4PH به شرح زیر است :

 

چگالی : این آلیاژ دارای چگالی 7.75 گرم بر سانتی‌متر مکعب یا 280 پوند بر اینچ مکعب است.

ظرفیت گرمایی ویژه : این آلیاژ در دمای 20 درجه سانتی‌گراد یا 70 درجه فارنهایت دارای ظرفیت گرمایی ویژه 460 ژول بر کیلوگرم در کلوین یا 11 بی تی یو بر پوند بر درجه فارنهایت است.

مدول الاستیسیته : این آلیاژ دارای مدول الاستیسیته 196 گیگاپاسکال یا 5 M psi است.

رسانای گرمایی : این آلیاژ دارای رسانای گرمایی 18.3 وات بر متر در درجه سانتی‌گراد یا 6 بی تی یو بر ساعت بر مجذور فوت بر فوت بر درجه فارنهایت است.

محدوده ذوب : این آلیاژ در دمای 1404 تا 1440 درجه سانتی‌گراد یا 2560 تا 2625 درجه فارنهایت ذوب می‌شود.

مقاومت الکتریکی : این آلیاژ در دمای 24 درجه سانتی‌گراد یا 75 درجه فارنهایت دارای مقاومت الکتریکی 75 میکرواهم در سانتی‌متر یا 5 میکرواهم در اینچ است.

 

ضریب انبساط گرمایی آلیاژ 17-4PH نیز به دما بستگی دارد. برای مثال :

در دمای 21 تا 427 درجه سانتی‌گراد یا 70 تا 800 درجه فارنهایت، ضریب انبساط گرمایی این آلیاژ 11.3 میکروسانتی‌متر بر سانتی‌متر در درجه سانتی‌گراد یا 6.3 میکرواینچ بر اینچ در درجه فارنهایت است.

استیل 17-4PH یک استنلس استیل با خواص مکانیکی و فیزیکی بالا است که در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. این استیل به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، دما و فشار بالا، برای ساخت قطعات و سازه‌های مختلف مناسب است.

برخی از کاربردهای این استیل عبارتند از :

• صنایع هوا و فضا : این استیل برای ساخت قطعات و سازه‌هایی که در شرایط سخت و ناهمگن کار می‌کنند، مانند پیچ و چرخ دهنده‌ها، سوپاپ‌های توربین، قطعات مکانیکی و غیره، استفاده می‌شود.
• صنایع مهندسی : این استیل برای ساخت تجهیزات و قطعاتی که نیاز به دقت و استحکام بالا دارند، مانند تجهیزات مربوط به کارخانه تولید کاغذ، تجهیزات مورد نیاز فراوری مواد غذایی، تجهیزات مورد نیاز جهت ذخیره سازی زباله‌های هسته‌ای و غیره، استفاده می‌شود.
• صنایع پالایشگاه، نفت و گاز : این استیل برای ساخت تجهیزات و قطعاتی که در محیط‌های خورنده و دماهای بالا کار می‌کنند، مانند لوله‌ها، شیرها، مخازن، اتصالات و غیره، استفاده می‌شود.
• صنایع بیوشیمی : این استیل برای ساخت تجهیزات و قطعاتی که در محیط‌های حساس و زیستی کار می‌کنند، مانند تجهیزات پزشکی، دندانپزشکی، دارویی و غیره، استفاده می‌شود.

 

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 ضد زنگ 15-5 PH چیست؟

PH 15-5 stainless steel

فولاد زنگ‌نزن یا فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل، (به انگلیسی: Stainless Steel) که Inox نیز خوانده می‌شود، آلیاژی از فولاد می‌باشد، که اصلی‌ترین عناصر تشکیل‌دهنده آن آهن، کروم و نیکل است که حداقل درصد جرمی کروم در آن ۱۰٫۵ درصد و حداکثر درصد جرمی کربن آن ۱٫۲ درصد می‌باشد. فولاد ۳۰۴ با ۱۸٪ کروم و فولاد ۳۱۶ با ۱۶٪ کروم و ۱۰٪ نیکل از پرکاربردترین فولادهای زنگ‌نزن هستند.^[۱]

فولاد ضد زنگ 15-5 یک آلیاژ سخت سازنده با درصد بالایی از کروم ، نیکل و مس است که مقاومت بالایی در برابر خوردگی و سایش دارد. این آلیاژ بیشتر در صنعت هوافضا برای ساخت اتصالات و قطعات سازه ای استفاده می شود.

این آلیاژ نسبت به فولاد ضد زنگ 17-4 که یکی از نزدیک ترین رقبای آن است،‌ مزایایی دارد : 

• فولاد ضد زنگ 15-5 دارای کنترل بیشتری بر روی مقدار دلتا فریت است که یک فاز ضعیف در آلیاژهای ضد زنگ است.
• فولاد ضد زنگ 15-5 با یک عملیات حرارتی با دمای پایین تقویت می شود که باعث رسوب یک فاز مس دار در آلیاژ می شود. این فاز مس دار باعث افزایش مقاومت و سختی آلیاژ می شود.
• فولاد ضد زنگ 15-5 قابلیت تنظیم خصوصیات مکانیکی خود را بر اساس نیازهای صنایع هوافضا و هسته ای دارد.

 

این فولاد ضد زنگ دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی و سایش است و خصوصیات مکانیکی مطلوبی را ارائه می دهد.
این فولاد ضد زنگ بیشتر در صنایع هوافضا، پزشکی و دیگر زمینه هایی که نیازمند استحکام و دوام هستند، کاربرد دارد.

برخی از خواص فیزیکی این فولاد ضد زنگ عبارتند از :

• چگالی : 19 گرم بر سانتی متر مکعب
• اندازه منفذ : کمتر از 100 میکرو متر
• ضریب انبساط حرارتی : 8 × 10^-6 K^-1
• گرمای ویژه : 460 جول بر کیلوگرم کلوین
• هدایت حرارتی : 9 وات بر متر کلوین

خواص مکانیکی فولاد ضد زنگ 15-5 PH عبارتند از :

 

• استحکام کششی : حدود 1450 مگاپاسکال که نشان دهنده ی قدرت آلیاژ در مقابل نیروی کششی است.
• استحکام تسلیم : حدود 1300 مگاپاسکال که نشان دهنده ی حدی است که آلیاژ شروع به تغییر شکل دائمی می کند.
• مدول الاستیسیته : حدود 180 گیگاپاسکال که نشان دهنده ی سختی و کشسانی آلیاژ است.
• افزایش طول نسبی : حداقل 12 درصد که نشان دهنده ی قابلیت انعطاف پذیری آلیاژ است.

آلیاژ 15-5 PH دارای امکانات و قابلیت های متنوعی است که برخی از آنها عبارتند از :

قابلیت جوشکاری : این آلیاژ قابلیت جوشکاری خوبی دارد و می تواند با روش های مختلفی مانند جوشکاری الکتریکی، جوشکاری گازی و جوشکاری لیزری جوش داده شود.

قابلیت فرزکاری : این آلیاژ قابلیت فرزکاری مناسبی دارد و می تواند با ابزارهای مختلفی مانند تراشکاری، سوراخکاری، برشکاری و سنگ زنی شکل داده شود.

قابلیت سطح پوششی : این آلیاژ قابلیت سطح پوششی خوبی دارد و می تواند با روش های مختلفی مانند نیتراسیون، کروماته کردن، اکسیداسیون و رنگ آمیزی پوشش داده شود.

 

آلیاژ 15-5 PH دارای مکانات و قابلیت های برجسته ای است که آن را از سایر فولادهای ضد زنگ متمایز می کند.

برخی از این مکانات و قابلیت ها عبارتند از :

 

مقاومت بالا در برابر خوردگی : این آلیاژ به خاطر داشتن درصد بالایی از کروم و نیکل ، مقاومت خوبی در برابر خوردگی محیطی و خوردگی تحت تنش دارد. این خاصیت باعث می شود که این آلیاژ در شرایط سخت و نامساعد قابل اعتماد باشد.

استحکام بالا : این آلیاژ با رسوب یک فاز مس دار در آلیاژ تقویت می شود که باعث افزایش مقاومت و سختی آلیاژ می شود. این خاصیت باعث می شود که این آلیاژ بتواند به نیروهای بالایی مقاومت کند و شکل خود را حفظ کند.

 

به دلیل داشتن این مکانات و قابلیت ها ، آلیاژ 15-5 PH در زمینه های مختلفی کاربرد دارد.

برخی از کاربردهای متداول این آلیاژ عبارتند از :

برنامه های هوا فضا : این آلیاژ بیشتر در صنعت هوافضا برای ساخت اتصالات و قطعات سازه ای استفاده می شود. این آلیاژ قابلیت تنظیم خصوصیات مکانیکی خود را بر اساس نیازهای صنعت هوافضا دارد و می تواند در دماهای بالا و پایین عملکرد خوبی داشته باشد.

اتصال دهنده ها : این آلیاژ برای ساخت اتصال دهنده هایی که نیازمند مقاومت بالا در برابر خوردگی و استحکام هستند ، مناسب است. این آلیاژ می تواند در اتصال دهنده هایی که در معرض شرایط سخت محیطی هستند ، مانند دریا، نفت و گاز استفاده شود.

برنامه های کاربردی نفت و گاز : این آلیاژ برای ساخت قطعاتی که در صنعت نفت و گاز کاربرد دارند، مانند دریچه ها، چرخ دنده ها و پمپ ها ، مناسب است. این آلیاژ می تواند در شرایطی که دما، فشار و خوردگی بالا هستند، عملکرد خوبی داشته باشد.

فرآوری مواد غذایی : این آلیاژ برای ساخت قطعاتی که در صنعت فرآوری مواد غذایی کاربرد دارند ، مانند مخازن، لوله ها و تجهیزات ، مناسب است. این آلیاژ می تواند در شرایطی که نیازمند بهداشت و تمیزی هستند ، مقاومت در برابر خوردگی و سایش داشته باشد.

 

 

خواص مکانیکی فولاد ضد زنگ 15-5

نوع مواد	وضعیت	استحکام کششی نهایی (psi)	0.2٪ قدرت تسلیم (psi)	ازدیاد طول (% در 2 اینچ)	کاهش مساحت (%)	سختی برینل	سختی راکول
15-5 PH	H900	190,000	170,000	6	15	388	C40
	H1025	155,000	145,000	8	27	331	C35
	H1075	145,000	125,000	9	28	311	C32
	H1150	135,000	105,000	11	30	277	C28
	H1150-M	115,000	75,000	14	35	255	C24

 

استانداردها

UNS S15500

AMS 5659

ASTM A564

کاربرد های 15-5 PH

شیرآلات

قطعات هواپیما چرخ دنده

قطعات پمپ

ترکیب بندی(٪)

کربن : حداکثر 0.070

کروم : 14.0-15.50

Columbian + تانتالیم : 0.15-0.45

مس : 2.50-4.50

منگنز : حداکثر 1.00

نیکل : 3.50-5.50

فسفر : حداکثر 0.040

سیلیکون : حداکثر 1.00

گوگرد : حداکثر 0.30

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 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

سوپر آلياژ اینکونل 718 چيست؟

inconel 718 superalloy

 

مقدمه

اینکونل 718 یکی از مهم‌ترین سوپرآلیاژهای بر پایه نیکل است که در سال 1962 توسط شرکت سپسیال متالز کورپوریشن توسعه یافت. این آلیاژ از ترکیب نیکل، کروم، مولیبدن، نیوبیوم، تیتانیوم و آلومینیوم تشکیل شده است و دارای خواص فیزیکی و مکانیکی منحصر به فردی است. اینکونل 718 به دلیل داشتن استحکام بالا در دماهای بالا، مقاومت به خوردگی و خزش، جوش پذیری فوق العاده و قابلیت عملیات حرارتی پیر سختی، در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله، می‌خواهیم به معرفی این آلیاژ، ترکیب شیمیایی آن، استانداردهای مربوط به آن، کاربردهای آن و خواص آن بپردازیم.

 

ترکیب شیمیایی اینکونل 718

اینکونل 718 یک آلیاژ آستنیتی است که حداقل 50 درصد وزنی آن از نیکل تشکیل شده است.

عناصر دیگری که در ترکیب این آلیاژ وجود دارند عبارتند از :

کروم (17 تا 21 درصد)، مولیبدن (2.8 تا 3.3 درصد)، نیوبیوم (4.75 تا 5.5 درصد)، تیتانیوم (0.65 تا 1.15 درصد)، آلومینیوم (0.2 تا 0.8 درصد)، کبالت (حداکثر 1 درصد)، مس (حداکثر 0.3 درصد)، کربن (حداکثر 0.08 درصد)، منگنز (حداکثر 0.35 درصد)، سیلیسیم (حداکثر 0.35 درصد)، فسفر (حداکثر 0.015 درصد) و گوگرد (حداکثر 0.015 درصد). این عناصر به افزایش استحکام، مقاومت به خوردگی و خزش، جوش پذیری و قابلیت عملیات حرارتی این آلیاژ کمک می‌کنند.

 

استانداردهای مربوط به اینکونل 718

اینکونل 718 دارای چندین استاندارد صنعتی است که بر اساس شکل، اندازه، خواص و کاربرد آن تعیین می‌شوند.

برخی از این استانداردها عبارتند از :

– استانداردهای AMS : این استانداردها توسط انجمن مواد هوافضا (Aerospace Material Specification) تهیه شده‌اند و برای شکل‌های مختلف اینکونل 718 مانند ورق، نوار، میلگرد، سیم جوش و غیره اعمال می‌شوند. برخی از این استانداردها عبارتند از: AMS 5596، AMS 5597، AMS 5583، AMS 5589، AMS 5590، AMS 5662، AMS 5663، AMS 5664 و AMS 5832.

– استانداردهای ASTM : این استانداردها توسط انجمن آزمایش و مواد آمریکا (American Society for Testing and Materials) تهیه شده‌اند و برای شکل‌های مختلف اینکونل 718 مانند ورق، نوار، میلگرد، سیم جوش و غیره اعمال می‌شوند. برخی از این استانداردها عبارتند از: ASTM B670، ASTM B637، ASTM B1014 و ASTM B6S37.

– استانداردهای ASME : این استانداردها توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (American Society of Mechanical Engineers) تهیه شده‌اند و برای شکل‌های مختلف اینکونل 718 مانند ورق، نوار، میلگرد، سیم جوش و غیره اعمال می‌شوند. برخی از این استانداردها عبارتند از: ASME SB-637 و ASME SFA-5.14.

– استانداردهای GE : این استانداردها توسط شرکت جنرال الکتریک (General Electric) تهیه شده‌اند و برای شکل‌های مختلف اینکونل 718 مانند ورق، نوار، میلگرد، سیم جوش و غیره اعمال می‌شوند. برخی از این استانداردها عبارتند از: GE-S400/1000، GE-B50TF14 و GE-B50TF15.

 

کاربرد های فولاد 718

توربین‌های موتور هواپیما : فولاد 718 به دلیل تحمل دماهای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی، در قطعات مختلف توربین‌های موتور هواپیما مانند بلیدها، دیسک‌ها، شفت‌ها و مهره‌ها استفاده می‌شود.

توربین‌های گازی : فولاد 718 به دلیل تحمل دماهای بالا و مقاومت در برابر خزش و خوردگی، در قطعات مختلف توربین‌های گازی مانند بلیدها، دیسک‌ها، شفت‌ها و مهره‌ها استفاده می‌شود.

بست‌ها (اتصال دهنده‌ها) : فولاد 718 به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی و خزش، در بست‌هایی که در محیط‌های سخت و دماهای بالا کار می‌کنند مانند بست‌های نیروگاه‌های هسته‌ای، نفت و گاز و هوافضا استفاده می‌شود.

اسپیسرها یا فاصله دهنده‌ها : فولاد 718 به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی و خزش، در اسپیسرها یا فاصله دهنده‌هایی که در محیط‌های سخت و دماهای بالا کار می‌کنند مانند اسپیسرهای موتور هواپیما، توربین‌های گازی و نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شود .

ویژگی های آلیاژ 718

این آلیاژ می‌تواند در دماهای بالا، شرایط خوردگی و خزش، و محیط‌های کرایوژنیک کار کند. این آلیاژ همچنین دارای مقاومت و استحکام بالایی در برابر کشش و ضربه است. این آلیاژ در شرایط پیری نیز از جوش پذیری فوق العاده برخوردار است و امکان جوشکاری و تعمیر فولاد را فراهم می‌کند.

 

همچنین میتوانید با مطالعه مقالات زیر درباره دیگر آلیاژ های اینکونل اطلاعات کسب کنید :

آلیاژ اینکونل 600 چیست؟

آلیاژ اینکونل 800 چیست؟

آلیاژ اینکونل 718 چیست؟

سوپر آلياژ اینکونل X750 چيست؟