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.

ورق استیل 310

310 steel sheet

ورق استیل 310 یک آلیاژ ضد زنگ است که در زیرمجموعه‌ی فولادهای ضد زنگ آستنیتی قرار دارد. این نوع آلیاژ برای استفاده در شرایط دما بالا طراحی شده است. ویژگی جالب این آلیاژ این است که به دلیل ریز ساختار آستنیتی که دارد، در میدان‌های مغناطیسی تأثیر مغناطیسی نمی‌پذیرد. به عبارت دیگر، این نوع ورق استیل به عنوان “ورق استیل غیرمغناطیسی” نیز شناخته می‌شود.

به طور خلاصه، ورق استیل 310 یک آلیاژ مناسب برای کاربردهایی با دماهای بالا است و به علت مشخصه‌های آستنیتی و عدم واکنش به مغناطیس، مناسب برای مصارفی است که نیاز به عدم تأثیر مغناطیسی دارند.

ورق استیل 310 تا دمای 1100 درجه سانتیگراد در کاربردهای تحت شرایط چرخه‌ای ملایم مقاومت دارد و به همین دلیل به عنوان ورق استیل نسوز نیز شناخته می‌شود. این آلیاژ، به دلیل حاوی بالای کروم و نیکل در ترکیب شیمیایی خود، در مقابل اکسیداسیون مقاومت عالی دارد و همچنین در مقابل سولفیده شدن مقاوم است. از این آلیاژ می‌توان در اتمسفرهای کربوریزاسیون متوسط نیز استفاده کرد. در مواردی که نیاز به مقاومت بیشتر در مقابل کربوریزاسیون شدید داریم، تجهیزات معمولاً از آلیاژهای نیکلی مانند گرید 330 ساخته می‌شوند.

ورق استیل 310 قابل استفاده در کاربردهای اکسید کننده، نیتروژن دهی و در سیکل‌های حرارتی (البته با کاهش حداکثر دمای کاری) است. این آلیاژ همچنین در کاربردهای برودتی (تا منفی 268 درجه سانتیگراد) با نفوذپذیری مغناطیسی پایین و چقرمگی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در مواردی که ورق استیل 310 در محدوده دمای 650 تا 950 درجه سانتیگراد حرارت دیده شود، ممکن است مواجه به رسوب فاز سیگما شود. در چنین شرایطی، اجرای عملیات آنیل محلول در دمای 1100 تا 1150 درجه سانتیگراد می‌تواند بخشی از چقرمگی را بازیابی کند.

ورق استیل 310S نیز به عنوان نسخه کم کربن از آلیاژ 310 شناخته می‌شود و هدف اصلی از تولید آن، سهولت در فرآیندهای ساخت می‌باشد. این نوع آلیاژ همچنین زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که محیط کاربرد آن شامل عوامل خوردگی مرطوب در محدوده دماهای پایین‌تر از کاربرد دماهای بالا باشد. به عبارت دیگر، ورق استیل 310S معمولاً برای شرایط کاری با دماهای کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از سوی دیگر، گرید 310H نیز نوعی آلیاژ با محتوای کربن بالاتر است که به منظور افزایش مقاومت در برابر خزش توسعه یافته است. حضور کربن بیشتر در آلیاژ 310H به این معناست که دارای استحکام در دماهای بالاتری نسبت به گرید 310S می‌باشد. این ویژگی، گرید 310H را به گزینه‌ای مناسب برای شرایطی با دماهای بالاتر و در مواردی که مقاومت در برابر خزش مهم است تبدیل می‌کند.

ورق استیل 310 به راحتی و با استفاده از روش‌های استاندارد، قابلیت انجام انواع فرآیندهای ساخت را داراست و بنابراین برای مصارف مختلف با انواع روش‌های ساخت متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مقاومت به خوردگی ورق استیل 310 به دلیل محتوای بالای کروم در ترکیب شیمیایی آن، ویژگی‌های مهمی دارد :

1.مقاومت در برابر خوردگی از آب : ورق استیل 310 دارای مقاومت خوبی در برابر خوردگی‌های ناشی از آب می‌باشد. عدد معادل مقاومت به حفره‌دار شدن (PREN) این آلیاژ تقریباً 25 است، که نشان‌دهنده مقاومت به خوردگی است.

2.مقاومت به آب دریا : در دمای 22 درجه سانتیگراد، ورق استیل 310 مقاومت مشابهی با گرید 316 دارد. این به معنی توانایی مقابله با خوردگی در محیط‌های دریایی است.

3.مقاومت در دماهای بالا : در کاربردهای با دماهای بالا، ورق استیل 310 نشان‌دهنده مقاومت خوبی در برابر اتمسفرهای اکسیدکننده و کربوریزاسیون است. این ویژگی‌ها آن را به یک انتخاب مناسب برای شرایط دمای بالا تبدیل می‌کنند.

4.مقاومت به اسید نیتریک و نیترات‌های ذوبی : ورق استیل 310 در برابر اسید نیتریک در دمای اتاق و نیترات‌های ذوبی تا دمای 425 درجه سانتیگراد مقاومت نشان می‌دهد.

5.حساسیت به حرارت و جوشکاری : ورق استیل 310 به دلیل محتوای بالای کربن در ترکیب شیمیایی، در معرض حساسیت به دماهای بالا و همچنین حین عملیات جوشکاری ممکن است خوردگی بین دانه‌ای را نشان دهد.

6.مقاومت به خوردگی تنشی : این آلیاژ در مقایسه با آلیاژهای استاندارد آستنیتی مانند 304 و 316 از مقاومت بالاتری به خوردگی تنشی برخوردار است.

بنابراین، ورق استیل 310 به دلیل ویژگی‌های مقاومتی خود، برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در مقابل خوردگی در دماهای مختلف و شرایط محیطی مختلف دارند، گزینه مناسبی می‌باشد.

ورق استیل 310 و ورق استیل 310H به دلیل ویژگی‌های مقاومتی خود در مقابل اکسیداسیون و دیگر شرایط دمایی بالا در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه توضیحاتی در مورد مقاومت به اکسیداسیون و شرایط مختلف استفاده از آنها آمده است :

1.ورق استیل 310H در کاربردهای متناوب تا 1040 درجه سانتیگراد و در کاربردهای مداوم تا 1150 درجه سانتیگراد در برابر اکسیداسیون مقاومیت نشان می‌دهد. این آلیاژ نه تنها در دماهای بالا مقاوم به اکسیداسیون است، بلکه در مقابل خستگی ناشی از حرارت و گرمایش چرخه‌ای نیز عملکرد خوبی دارد.

2.ورق استیل 310 در محیط‌های دما بالا و حاوی گاز دی‌اکسید گوگرد نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آلیاژ به خوبی مقاومت به اکسیداسیون در شرایط محیطی خاص را نشان می‌دهد.

3.در صورت نیاز به مقاومت به خوردگی در محیط مرطوب، استفاده مداوم از ورق استیل 310 در محدوده دمای 425 تا 860 درجه سانتیگراد به دلیل رسوب کاربید توصیه نمی‌شود. با این حال، این آلیاژ در دماهای بالا و پایین تر از این محدوده در نوسان است می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

4.ورق استیل 310 مستعد به تردی فاز سیگما در محدوده دمای 650 تا 900 درجه سانتیگراد است. بنابراین، به طور کلی در دماهایی که از حدود 800 یا 900 درجه سانتیگراد شروع می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد و در دماهای کاربرد موثر گرید 321 بالاتر است.

به طور خلاصه، ورق استیل 310 و 310H برای کاربردهای با دماهای بالا و شرایط خاص از جمله اکسیداسیون و دیگر مخاطرات مربوط به دما و محیط، گزینه‌های مناسبی می‌باشند.

ورق استیل 310 به علت مقاومت بسیار خوب خود در دماهای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون، در انواع صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در زیر، تعدادی از کاربردهای ورق استیل 310 ذکر شده است :

1.کوره‌های صنعتی : ورق استیل 310 در ساخت کوره‌های صنعتی با دماهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره‌ها برای فرآوری مواد غذایی، ذوب فولاد، ریخته گری، و فرآوری سنگ معدن به کار می‌روند.

2.مشعل‌ها و سیستم‌های احتراق : ورق استیل 310 در ساخت مشعل‌ها و سیستم‌های احتراق با دماهای بالا به خوبی مقاومت نشان می‌دهد. این کاربرد معمولاً در صنایع تولید برق و پالایش نفت از آن استفاده می‌کند.

3.تجهیزات برودتی : در صنایعی که نیاز به تجهیزات برودتی با دماهای پایین تا بالا دارند، ورق استیل 310 برای تولید اجزاء مانند مبدل‌های گرمایی، کمپرسورها و تجهیزات تعریف شده برای سیستم‌های خنک‌کننده به کار می‌رود.

4.صنایع پالایش نفت و پتروشیمی : ورق استیل 310 برای تولید مشعل‌ها، بازیافت‌کننده‌ها، آویزهای لوله، جعبه‌های هوا، و سیستم‌های تغذیه و تخلیه در صنایع پالایش نفت و پتروشیمی به کار می‌رود.

5.سیستم‌های بازیابی کاتالیزوری : در صنایعی که نیاز به سیستم‌های بازیابی کاتالیزوری دارند، ورق استیل 310 برای ساخت اجزاء مورد نیاز این سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

6.صنایع حرارتی : در کاربردهای حرارتی مختلف، مانند مشعل‌ها، بازیافت‌کننده‌ها، فن‌ها، و دیگر تجهیزات حرارتی، ورق استیل 310 به دلیل مقاومت به دما و اکسیداسیون، انتخاب مناسبی است.

7.صنایع سیمان : در کارخانه‌های تولید سیمان، ورق استیل 310 به عنوان جزء مورد استفاده در جعبه‌ها و پوشش‌ها به کار می‌رود.

همچنین، ورق استیل 310 به عنوان ورق استیل نسوز نیز در بسیاری از صنایع دیگر به خوبی مورد استفاده قرار می‌گیرد به دلیل ویژگی‌های مقاومتی و دمایی‌اش.