فصل نهم هندبوک استنلس استیل

02135089 شماره تماس
هندبوک استنلس استیل، فصل نهم - انتخاب مواد

در این فصل به نحوه انتخاب مواد (در اینجا استنلس استیل) و نوع گرید انتخابی پرداخته شده است.

گروه فلز
گروه فلز

قیمت ورق استیل؛ فروش انواع ورق استیل صنعتی و ورق استنلس استیل در آلیاژ و ضخامت های مختلف. با حرفه ای ها خرید کنید تلفن: 35089-021

 

فهرست موضوعات


 

فصل نهم - انتخاب مواد

انتخاب بهترین گرید ورق استیل برای استفاده در یک کاربرد خاص از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد. علاوه بر بحث مدیریت هزینه، مراحل دیگری را نیز بایستی در نظر گرفت که عبارتند از:
تجهیزات و کاربردهای جدید
فرآیندهای جدید و تغییرات آنها
جایگزینی مواد به علت عملکرد ضعیف
جایگزینی مواد به منظور کاهش هزینه ها

برای انتخاب ماده ای مناسب، تهیه تصویری کامل از شرایط، بسیار مهم می باشد تا بتوان تمامی موارد مورد نیاز را پوشش داد. جوانب مرتبط با مواد که بایستی در نظر گرفته شود عبارتند از:
مقاومت در برابر خوردگی
استحکام مکانیکی
قابلیت ساخت
خواص فیزیکی
ظاهر و تمیزی سطوح

جنبه های دیگری که باید در نظر گرفت عبارتند از:
امکان کاهش وزن
در دسترس بودن مواد
هزینه ها
هزینه های تعمیر و نگهداری (چرخه عمر) یا LCC
قابلیت بازیافت
قوانین، استانداردها و مصوبات
استفاده از تجارب قبلی

مهندسی خوردگی از داده های مختص خوردگی که محیط خورنده در اختیار می گذارد، استفاده می کند. معیارهای مهم در این زمینه عبارتند از دما، غلظت مواد، ناخالصی ها، pH و غیره. به منظور انتخاب گرید مناسب برای کاربرد در محیطی خاص، تست های میدانی و شبیه سازی که در محیط آزمایشگاهی انجام میگیرد، بسیار ضروری است.

طراحی سازه ها از قبیل پل ها، مخازن تحت فشار و اجزای ماشین اکثراً با بکارگیری داده های مقاومت مکانیکی (ارائه شده در استانداردها) و کدهای طراحی انجام می گیرد. قابلیت ساخت، به ویژه برای برخی گریدهای خاص، از اهمیت زیادی در انتخاب مواد برخوردار است.

تجهیزات مورد استفاده در دماهای بالا (بیشتر از 550 درجه سانتی گراد) با استفاده از داده های خزش و اکسیداسیون طراحی شده و تجارب قبلی در هنگام انتخاب مواد بسیار مهم می باشد.

به منظور تسهیل در انتخاب مواد از ابزار متفاوتی می توان استفاده نمود:
برگه های اطلاعات مواد، هندبوک خوردگی، هندبوک جوشکاری، نرم افزارها و بروشورها و . . .

جدول 9:1 نمایی کلی از خواص گریدهای مختلف ورق استیل را نشان می دهد.

مقاومت در برابر خوردگی ورق استیل

مقاومت در برابر خوردگی مرطوب را می توان به سه دسته کلاس خوردگی با درجه های پایه، متوسط و زیاد تقسیم بندی نمود. در ادامه به بررسی و تحلیل این موارد پرداخته خواهد شد.

با این حال، لازم به یادآوری است که دامنه مقاومت در برابر خوردگی در یک کلاس می تواند بسیار زیاد باشد. همچنین انتخاب نهایی مواد باید بر اساس شرایط واقعی کاربردها و خدمات باشد.

اطلاعات دقیق تر در مورد انواع خوردگی و مقاومت در برابر خوردگی در کتب و مراجع مرتبط با خوردگی موجود می باشد.

مقاومت پایه انواع ورق استیل

ورق استیل فریتی

ریزساختار فریتی این گریدها موجب مغناطیسی شدن آنها شده و مقاومت در برابر خوردگی ناشی از تنش را بهبود می بخشد. ورق استیل فریتی برای کاربردهایی که به کشش عمیق نیاز است، مناسب بوده اما نسبت به گرید های آستنیتی از خواص کششی پایین تری برخوردار می باشد.

ورق استیل فریتی کم آلیاژ مانند 4003 و 4512 مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به کربن استیل داشته و بنابراین در بسیاری از کاربردها می تواند به عنوان جایگزین کربن استیل رنگ شده یا گالوانیزه مورد استفاده قرار گیرد. گرید 4003 معمولاً در کاربردهای ساختمانی جایگزین کربن استیل می گردد، در حالی که متداول ترین کاربرد گرید 4512 در ساخت لوله های اگزوز خودرو می باشد. استنلس استیل تثبیت نشده 4016، با مقاومت به خوردگی بالاتر، معمولاً در ساخت لوازم خانگی استفاده می شود. گرید دوپلکس تثبیت شده 4509 و همچنین گرید 4510 از مقاومت به خوردگی نزدیک به استنلس استیل آستنیتی 4301/4307 برخوردار بوده و خواص آنها طوری است که برای کاربردهای عمومی مناسب می باشند.

گریدهای فریتی تثبیت شده 4512، 4509 و 4510 از قابلیت خوب جهت جوشکاری برخوردارند، در حالیکه گرید تثبیت نشده 4016 برای ضخامت های بالا کمتر مناسب جوشکاری است. گرید تثبیت نشده 4003 نسبت به کربن استیل ساختمانی از خواص جوشکاری مناسب تری برخوردار است.

برخی از کاربردهای مرسوم برای گریدهای فریتی ذکر شده عبارتست از:

ماشین لباسشویی، ماشین ظرفشویی، یخچال، هود و اجاق گاز، کارد، چنگال و تجهیزات رستوران، معماری (عمدتاً در فضاهای داخلی، شکل 9:1)، مخازن حمل و نگهداری، اگزوز خودرو و غیره.

 

ورق استیل

شکل 9:1-استفاده از ورق استیل فریتی در نمای داخلی ساختمان


ورق استیل مارتنزیتی

ورق استیل های مارتنزیتی 4005 و 5006 معمولاً در کاربردهایی که مقاومت در برابر خوردگی نیاز باشد، مورد استفاده قرار نمیگیرند. اگرچه برخی گریدهای مارتنزیتی چون 4313 و 4542 مقاومت به خوردگی آنها اندکی بهتر می باشد. از ورق استیل مارتنزیتی غالباً در کاربردهایی که استحکام بالا و مقاومت در برابر سایش مورد نیاز است، استفاده می شود. از جمله آنها می توان به ساخت چاقو، لوازم جراحی و عموماً ابزار تیز اشاره نمود.

ورق استیل آستنیتی

گرید کروم-منگنز 4372 که درآن بخشی از نیکل توسط منگنز جایگزین شده، از نظر بازدهی از گریدهای 4301/4307& (همان ورق استیل 304 و 304L) بهتر، اما مقاومت آن در برابر خوردگی کمی پایین تر می باشد. حساسیت به ترک خوردگی در این گریدها ممکن است پس از عملیات مختلف شکل دهی در آلیاژ مشاهده شوند.
گریدهای 4301 و 4307، یعنی ورق استیل کروم-نیکل، که تحت عنوان 8-18 یا 304 و 304L نیز شناخته می شوند، از متداول ترین انواع ورق استیل در سطح جهان می باشند. این گریدها بسیار شناخته شده و کاربردی می باشند. ورق استیل 304L گریدی غیرمغناطیسی (نگیر) و همه کاره است و در طیف گسترده ای از سطوح مختلف و در حجم های بسیار بالا تولید می شود. از شکل پذیری و قابلیت جوشکاری خوبی برخوردار است و حتی برای کاربرد در دماهای برودتی یا کرایوژنیک نیز مناسب می باشد. با این حال، این گرید نسبت به خوردگی تحت تنش در برخی محیط های خاص حساس است.

ازجمله کاربردها و نواحی که از آن بهره می گیرند می توان به صنایع غذایی، تجهیزات آشپزخانه، ساختمان، معماری و حمل و نقل اشاره نمود.

مقاومت متوسط انواع ورق استیل

گریدهای فریتی

مقاومت به خوردگی ورق استیل فریتی تثبیت شده ی 4521 تقریباً برابر با گریدهای 4401 و 4404 (ورق استیل 316 و 316L) بوده اما مقاومت آن در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش بهتر می باشد. همانند سایر انواع فریتی، گرید 4521 نیز مغناطیسی بوده و برای کشش عمیق مناسب می باشد. از جمله کاربرد های آن می توان به ساخت آبگرمکن های خانگی (شکل 9:2)، لوله های آب و لوله های مبدل های حرارتی اشاره نمود.

 

کاربرد ورق استیل

شکل 9:2-آبگرمکن های خانگی ساخته شده از ورق استیل فریتی


گریدهای نازک دوپلکس

ورق استیل دوپلکس با ضخامت کم LDX 2101 مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به ورق استیل 304 و 304L، و نزدیک تر به ورق استیل 316 و 316L داشته و از مقاومت خوبی در برابر خوردگی تنشی برخوردار می باشد. گرید LDX 2101 دارای خواص عالی ماشینکاری است (شکل 9:3)، اما شکل دهی آن سخت می باشد. دمای کاری برای تمامی گریدهای دوپلکس دارای محدودیت بوده و معمولاً بایستی در محدوده دمای 40- تا 250 الی 325 درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار گیرند، زیرا در دماهای پایین تر یا بالاتر از محدوده ذکر شده شکننده می باشند.

ورق استیل دوپلکس 2304 دارای مقاومت به خوردگی هم سطح با ورق استیل 316 و 316L است، اما مقاومت آن در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش بیشتر می باشد. استحکام مکانیکی آن بالا و شکل دهی به آن نسبت به گرید 316 سخت تر می باشد.

از کاربردهای معمول این گریدها، ساخت مخازن بزرگ، تجهیزات فرآیندهای شیمیایی، پل ها، میلگردهای تقویت کننده و آبگرمکن های خانگی می باشد.

 

ورق استیل دوپلکس

شکل 9:3-استیل دوپلکس LDX 2101 قابلیت ماشینکاری بسیار خوبی دارد


گریدهای آستنیتی

گریدهای 4401 و 4404، یا همان کروم-نیکل-مولیبدن، که تحت عنوان 17-11-8L، 316 و 316L نیز شناخته می شوند، از لحاظ رایج بودن، بعد از ورق استیل 304، در جایگاه دوم قرار دارند. با توجه به محتوای مولیبدن در ترکیب شیمیایی، از مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به ورق استیل 304 و 304L برخوردار می باشد. گریدهای 4436 و 4432 نیز مشابه ورق استیل 316 و 316L بوده، اما محتوای مولیبدن در ساختار کمی بیشتر بوده و به همین دلیل مقاومت آنها در برابر خوردگی نیز طبیعتاً بیشتر می باشد. ورق استیل های 4404 و 4432 غیرمغناطیسی هستند، در گستره وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار گرفته و در طیف گسترده ای از سطوح مختلف و در حجم های بسیار زیاد تولید می شوند. خواص شکل پذیری و جوشکاری خوبی داشته و در دماهای بسیار پایین یا کرایوژنیک نیز می توانند استفاده شوند. این دسته از ورق استیل نیز به خوردگی تنشی در محیط های خاص، حساس می باشند.

از کاربردهای معمول آن ها می توان به استفاده در صنایع غذایی و نوشیدنی، صنایع فرآیندهای شیمیایی، ساختمان، معماری، حمل و نگهداری اشاره کرد. شکل 9:4 یک نهانگاه (کپسول زمان) ساخته شده از جنس ورق استیل 316L را نشان می دهد.

 

کاربرد ورق استیل

شکل 9:4- کپسول زمان ساخته شده از جنس ورق استیل 316L

مقاومت بالا انواع ورق استیل

گریدهای دوپلکس

از جمله انواع ورق استیل دوپلکس با مقاومت در برابر خوردگی بالا می توان به LDX 2404 و 2205 اشاره نمود. این گریدها از مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به گریدهای آستنیتی 4438 و 4438 برخوردار بوده و مقاومت بیشتری در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش از خود نشان می دهند. این آلیاژها از استحکام مکانیکی بالایی برخوردار و در برابر سایش مقاوم اند اما شکل دهی و جوشکاری آنها نسبت به استیل 4404 سخت تر می باشد.

برخی از کاربردهای معمول: صنایع کاغذ و مقوا، نفت و گاز، نمک زدایی، مخازن حمل بار (مواد شیمیایی)، مخازن تحت فشار و کاربردهای ساختمانی در محیط های تهاجمی و خورنده

گریدهای سوپردوپلکس

ورق استیل سوپردوپلکس 2507 و 4501 مقاومت بالایی در برابر خوردگی موضعی و ترک خوردگی ناشی از تنش از خود نشان می دهند. مقاومت به خوردگی این آلیاژها به گرید 254 SMO بسیار نزدیک است. استحکام مکانیکی این آلیاژها بسیار بالا بوده و مقاومت خوبی در برابر سایش دارند. جوشکاری این گریدها از ورق استیل 316L سخت تر می باشد.

از جمله کاربردهای معمول این دسته می توان به استفاده در تاسیسات دریایی، نفت و گاز و ساخت لوله ها اشاره نمود.

گریدهای آستنیتی

این دسته از استنلس استیل دارای گستره وسیعی از آلیاژها است و میزان مقاومت در برابر خوردگی هریک از آنها با دیگری متفاوت است، اما در صدر آنها گریدهای 316L یا 4432 قرار دارد. مقاومت این آلیاژها شدیداً وابسته به ترکیب شیمیایی آنها می باشد، به طوری که هرچه میزان محتوای عناصر آلیاژی در ترکیب شیمیایی بیشتر باشد، مقاومت آن در برابر خوردگی بیشتر خواهد بود.

از جمله نمونه های این گریدها می توان به 4438 و 4439 اشاره کرد که دارای درصد مولیبدن بیشتری نسبت به 4432 می باشند. گریدهای 725LN و 904L حتی دارای مقادیر بیشتری عناصر آلیاژی هستند. 904L مقاومت خوبی در برابر خوردگی در اسید سولفوریک و ترک خوردگی ناشی از تنش دارد. این آلیاژها از شکل پذیری خوب (حتی در دماهای پایین) برخوردار می باشند.

کاربردهای معمول: صنایع شیمیایی، مبدل های حرارتی، دودکش ها و غیره.

گریدهای سوپرآستنیتی

گریدهای 254 SMO، 4529 و 4565 از سری آلیاژهای سوپرآستنیتی محسوب می شوند. این مواد مقاومت بالایی در برابر خوردگی موضعی، خوردگی یکنواخت در مواجهه با اسیدها، ترک خوردگی ناشی از تنش و ترک خوردگی ناشی از سولفید ها (SSC) از خود نشان می دهند. از استحکام مکانیکی (به ویژه گرید 4565) بالایی برخوردارند و جوشکاری آنها نسبت به ورق استیل 316L سخت تر می باشد.

از موارد استفاده های معمول این آلیاژها می توان به کاربرد در محیط های دریایی، صنایع شیمیایی، نفت و گاز، مبدل های حرارتی، لوله های کندانسور و غیره اشاره نمود.

این گروه آلیاژی بهترین نوع استنلس استیل حال حاضر دنیا یعنی 654 SMO را نیز شامل می شود. این آلیاژ مقاومت فوق العاده ای در برابر خوردگی موضعی، مقاومت خوبی در برابر اسیدها و مقاومت بالایی در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش دارد. استحکام مکانیکی آن بالا است، خواص شکل پذیری خوبی دارد و برای انجام عملیات کشش نیز مناسب می باشد.

آلیاژ 654 SMO در خیلی از کاربردها که به مقاومت بسیار بالایی در برابر خوردگی نیاز است، می تواند جایگزین آلیاژهای پایه نیکل و تیتانیوم گردد.

از کاربردهای معمول این آلیاژ می توان به استفاده در صنایع شیمیایی، نفت و گاز (شکل 9:5)، مبدل های حرارتی و غیره اشاره کرد.

 

کاربرد ورق استیل

شکل 9:5-گریدهای سوپرآستنیتی در صنایع نفت و گاز مورد استفاده قرار میگیرد.

کاربرد دما بالا انواع ورق استیل

اگرچه در برخی موارد از ورق استیل فریتی و آستنیتی (مانند آلیاژهای 4512 و 4510 در سیستم اگزوز خودرو) در کاربردهای دما بالا استفاده می شود، لازم است بدانیم که گریدهایی تحت عنوان آلیاژهای فریتی و آستنیتی دما بالا تولید شده اند که مختص به شرایط کار در درجه حرارت های بالا می باشند. ورق استیل دما بالا که تولید شرکت اُتوکومپو می باشد، برای استفاده در دماهای 500 الی 1100 درجه سانتی گراد طراحی شده اند. شکل 9:6 یک منیفولد اگزوز ساخته شده به وسیله آلیاژ 253 MA را نشان می دهد. عوامل محیطی مانند سایش، فرسایش، سیکل حرارتی و وجود گوگرد، کربن، کلریدها، بخار آب و غیره در گاز، حداکثر دمای کاری توصیه شده را تحث تاثیر قرار داده و کاهش می دهد.

 

کاربرد استیل

شکل 9:6- منیفولد اگزوز ساخته شده از گرید دما بالای 253 MA

در ادامه به مواردی در رابطه با انتخاب مواد در کاربرد در دماهای بالا اشاره شده است. با این حال، انتخاب نهایی مواد بایستی بر اساس محیط و شرایط واقعی کار انجام شود.

گریدهای دما بالای فریتی

در محیط های کاهنده حاوی گوگرد، سولفیدهای نیکل تشکیل شده و سریعاً منجر به خرابی فلز می شود. به منظور جلوگیری از این خرابی، مواد فاقد نیکل، مانند آلیاژهای دما بالای فریتی بایستی انتخاب شوند.

برخی از کاربردهای معمول این گریدها در صنایع شیمیایی و برق (ساخت مشعل) می باشد.

گریدهای دما بالای آستنیتی

در محیط های اکسیدی و سولفیدی، گریدهای 153 MA و 253 MA، به علت وجود طیف وسیعی از لایه های اکسیدی محافظ روی سطح، نسبت به آلیاژهای با محتوای مشابه و یا بالاتر نیکل، مناسب تر می باشند.

در شرایط اکسیداسیون با تغییرات دمایی (سیکل حرارتی)، گرید 253 MA مقاومت به اکسیداسیون بهتری نسبت به آلیاژ 4845 از خود نشان می دهد. وجود بخار آب در اتمسفر، مقاومت در برابر اکسیداسیون و متعاقباً حداکثر دمای کاری توصیه شده را کاهش می دهد. این کاهش دما می تواند چیزی بین 50 تا 150 درجه سانتی گراد باشد که البته به محتوای بخار و سرعت جریان آن بستگی دارد.

برای تمامی کاربردهایی که ثبات ریزساختاری مناسب همزمان با استحکام خزشی بالا مورد نیاز است، گرید 153 MA مناسب می باشد. حداکثر دمای کاری (در هوای خشک) حدوداً 1000 درجه سانتی گراد است. استفاده از این آلیاژ باعث کاهش ضخامت مقطع یا افزایش میزان فشار در مقایسه با سایر گریدهای دما بالا می گردد. این گرید همچنین از مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون برخوردار است.

عالی ترین گزینه برای استفاده در دماهای بسیار بالا (700 الی 1000 درجه سانتی گراد)، به ویژه در شرایطی که تحت تاثیر فرسایش و خوردگی در محیط های اکسید کننده و خنثی قرار دارد، گرید 253 MA می باشد. استحکام مکانیکی این آلیاژ در دماهای بالا بسیار بیشتر از گریدهای 4833 و 4845 است. گرید 253 MA از مقاومت در برابر اکسیداسیون/ خوردگی بالاتری (به ویژه در دماهای زیر 850 درجه) نسبت به آلیاز 153 MA برخوردار می باشد. در فشارهایی که منجر به خستگی می شود، هنگامی که بخشی از مواد تحت فشار و دماهای نوسانی قرار می گیرد، گریدهای 153 MA و 253 MA مقاومت بهتری از خود نشان می دهند. در شکل 9:7، نتایج حاصل از تست خستگی مکانیکی حرارتی ارائه شده که نشان می دهد پیرسختی، که موجب تشکیل نیتریدها در طول فرآیند می شود، اثر مفیدی بر عمر خستگی آلیاژ 253 MA دارد، در حالی که این اثر برای گرید 4845 به دلیل رسوب فاز سیگما بسیار مخرب می باشد.

 

تست خستگی ورق استیل

شکل 9:7- نتایج حاصل از تست خستگی مکانیکی

از آنجا که استحکام خزش آلیاژهای 153 MA و 253 MA نسبت به سایر گریدهای ورق استیل بالاتر است، نیازی به استفاده از آلیاژهای با ضخامت بالا حس نمی شود. به طور مثال اگر در دمای کاری 900 درجه سانتی گراد، آلیاژ 253 MA به جای گریدهای 4828 یا 4845 انتخاب شود، 60 درصد از ضخامت مورد نیاز کاهش یافته، که نتیجه آن کاهش نیاز به وزن های بالاتر است و هرقدر وزن آلیاژ کمتر باشد، از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود .

برخی از کاربردهای این گریدها عبارتند از: ساخت نوارهای نقاله، کوره ها، لوله های تابشی، اجزای دیگ های بخار، سیستم های اگزوز، منیفولد و سایکلون ها در صنعت سیمان.

قابلیت ساخت انواع ورق استیل

به طور کلی، از همان روشهای ساخت کربن استیل برای تولید ورق استیل نیز می توان استفاده نمود. اگرچه لازم است برخی اقدامات احتیاطی در این زمینه به عمل آید. برای کسب اطلاعات دقیق تر در مورد قابلیت ساخت، می توان به بخش 10 این کتاب مراجعه نمود.

ماشینکاری ورق استیل

ورق استیل 304 و 304L در مقایسه با کربن استیل از قابلیت ماشینکاری بهتری برخوردارند.
ماشینکاری ورق استیل فریتی در مقایسه با گرید 304L راحت تر است، در حالیکه قابلیت ماشینکاری گریدهای آستنیتی 316 و 316L و گرید فریتی 4521 تا حدودی سخت تر می باشد. چنین وضعیتی در مورد گریدهای دوپلکس، گریدهای آستنیتی پرآلیاژ و آلیاژهای دما بالا نیز صدق می کند. هرقدر محتوای عناصر آلیاژی بیشتر باشد، ماشینکاری سخت تر خواهد شد. البته در این مورد استثنایی نیز وجود دارد، به طوری که ورق استیل دوپلکس LDX 2101 در عین پرآلیاژ بودن، از قابلیت ماشینکاری بسیار خوبی برخوردار است. برخی از گریدهای تولیدی شرکت اُتوکومپو تحت عنوان PRODEC که دارای مقادیر متعادلی گوگرد در ترکیب شیمیایی دارند، دارای قابلیت خوب ماشینکاری نیز می باشند. اطلاعات بیشتر در این زمینه را می توان در کتب مرجع ماشینکاری یافت و تحلیل نمود.

شکل پذیری ورق استیل

ورق استیل 304 و 304L در مقایسه با سایر آلیاژهای آستنیتی از قابلیت شکل پذیری بهتری برخوردارند. میزان تغییر طول (A5، A80 و . . .) نشانگر شکل پذیری مناسب می باشد.
گریدهای فریتی قابلیت خمکاری ضعیف تری نسبت به ورق استیل 304L دارند اما شکل پذیری آنها به به منظور اعمال کشش عمیق، بهتر می باشد. در صورتی که قطعات بیش از حد نازک باشند، قابلیت شکل پذیری تحت تاثیر قرار گرفته و تحت کشش و یا خمکاری، نتیجه دلخواه بدست نخواهد آمد. قابلیت شکل پذیری ورق استیل های آستنیتی 316 و 316L، گریدهای پرآلیاژ و آلیاژهای استنلس استیل دما بالا تقریباً مشابه با ورق استیل 304L می باشد. شکل 9:8 یک مبدل حرارتی ساخته شده از گرید 654 SMO را نشان می دهد که آلیاژی با قابلیت شکل پذیری و کششی خوب می باشد.

 

مبدل حرارتی استیل

شکل 9:8- مبدل حرارتی ساخته شده از گرید 654 SMO

کشش عمیق در گریدهای دوپلکس مشابه ورق استیل 304L است اما شکل دهی کششی در آنها ضعبف تر می باشد. گریدهای نوظهور FDX، در عملیات شکل دهی کششی تقریباً عملکردی مشابه با کشش عمیق دارند. این گریدها به دلیل استحکام بالاتر، برای انجام چنین عملیاتی نیاز به اعمال فشار دوبرابری دارند. اگرچه در صورت استفاده از قطعات با ضخامت کمتر این میزان اعمال فشار به مراتب کمتر خواهد بود.

جوشکاری ورق استیل

ورق استیل 304 و 304L جزو آن دسته آلیاژهایی هستند که جوشکاری آنها راحت است و اکثر جوشکارها تجربه جوشکاری با این گریدها را در کارنامه خود دارند. قابلیت جوشکاری گریدهای 316/316L مشابه 304/304L می باشد.

 

جوشکاری استنلس استیل

شکل 9:9- اکثر فولادهای ضد زنگ قابلیت جوشکاری خوبی دارند.

در جوشکاری گریدهای فریتی به میزان گرمای ورودی بایستی توجه ویژه ای شود تا انعطاف پذیری آلیاژ تحت تاثیر قرار نگیرد. گرید 4016 نسبت به گریدهای 4509 و 4521، که با عناصر آلیاژی تیتانیم و نئوبیم تثبیت شده اند، حساسیت بیشتری نسبت به جوشکاری از خود نشان دهند. آلیاژهای فریتی را می توان با فیلرهای آستنیتی تحت جوشکاری قرار داد.

به طور کلی گریدهای دوپلکس از قابلیت جوشکاری خوبی برخوردارند. البته در این مورد بایستی از فیلر های مخصوص استفاده نمود و گرمای ورودی و دماهای بین پاس های جوشکاری را نیز کنترل کرد.

جوشکاری گریدهای آستنیتی پرآلیاژ نسبت به آلیاژ 304L سخت تر است و بایستی از فیلر های خاصی جهت جوشکاری آنها استفاده شود. پارامترهای دیگر جوشکاری نیز در آنها بایستی به خوبی اجرا شود. 

اطلاعات بیشتر و جزئی تر در خصوص انواع روش های جوشکاری را می توان در کتب مرجع جوشکاری پیدا نموده و تحت بررسی قرار داد.


خواص فیزیکی ورق استیل

انبساط حرارتی از جمله متداول ترین خاصیت فیزیکی است که بایستی در انتخاب مواد مدنظر قرار بگیرد. ورق استیل فریتی و آستنیتی از انبساط حرارتی کمتری در مقایسه با کربن استیل برخوردار می باشد. گریدهای دوپلکس نیز دارای انبساط حرارتی کمی بالاتر از فولاد کربنی بوده، در حالیکه گریدهای آستنیتی بالاترین انبساط حرارتی را از خود نشان می دهند. در کاربردهایی که به مقاومت در برابر خوردگی و انبساط حرارتی کم نیاز باشد، استنلس استیل دوپلکس بهترین انتخاب می باشد.

سطح نهایی (Finish) ورق استیل

سطح نهایی در بسیاری از کاربردها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. مثلاً در معماری، صنایع غذایی و نوشیدنی، در حالی که در برخی صنایع (مانند صنایعی که آلیاژ تحت سایش قرار میگیرد) شاید نوع سطح آلیاژ اهمیت خاصی نداشته باشد. در شکل های 9:10 و 9:11 نمونه هایی از انواع سطوح مختلف نشان داده شده است.

 

سطوح ورق استیل

سطوح ورق استیل

شکل 9:10، 9:11-مثالهایی از انواع سطوح

تمیزکاری سطوح نرم (نرخ Ra یا سختی پایین) بسیار آسان تر از سطوح زبر می باشد، چون آلودگی ها و باکتری ها راحت تر به سطوح زبر و خشن می چسبند و کیفیت تمیزکاری را با مشکل همراه خواهد کرد. البته این نکته را نباید فراموش کرد که سطوح صاف از مقاومت به خوردگی بالاتری برخوردارند. 

گریدهای استاندارد آستنیتی مانند 304L یا 316L در بسیاری از سطوح در دسترس می باشند درحالیکه سایر گریدهای ورق استیل از سطوح نهایی محدودتری (با توجه به کاربردی که دارند) برخوردار هستند.

در بخش 5 از این کتاب، انواع سطوح نهایی استیل تحت بررسی قرار گرفته است.

کاهش وزن با ورق استیل

در بسیاری از موارد، استفاده از ورق استیل با استحکام مکانیکی بالا می تواند راه حلی اقتصادی و مقرون به صرفه باشد، به طوری که اگر آلیاژ انتخاب شده از استحکام بالایی برخوردار باشد، می توان از ضخامت های پایین تر آن استفاده نمود که نتیجه آن صرفه جویی در قیمت آلیاژ (به علت وزن پایین تر)، نیاز به جوشکاری کمتر و هزینه حمل و نقل پایین تر خواهد بود. شکل 9:12 استحکام ثابت برخی از گریدهای آستنیتی و دوپلکس را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود، اکثر آلیاژهای آستنیتی را می توان با گریدهای دوپلکس که دارای مقاومت به خوردگی یکسان و استحکام مکانیکی دوبرابری هستند، جایگزین نمود. شکل 9:13 کاربردی را نشان داده که در آن می توان از خواص استحکام بالای گریدهای دوپلکس استفاده نمود.

 

تست ورق استیل دوپلکس

شکل 9:12- استحکام ثابت برخی از گریدهای آستنیتی و دوپلکس

 

مخزن استیل

شکل 9:13-مخزن ساخته شده از گرید دوپلکس LDX 2101

با استفاده از گرید دوپلکس LDX 2404 به جای ورق استیل 316L تا 40 درصد از وزن را می توان برای ساخت پوسته استوانه ای مخازن بزرگ صرفه جویی کرد (بسته به اندازه مخزن و کدهای طراحی). البته بهتر بودن مقاومت در برابر خوردگی این آلیاژ نیز امتیازی ویژه محسوب می شود.

البته برخی گریدهای آستنیتی مانند 4318 و 4372 نیز موجودند که مقاومت به خوردگی آنها برابر با گرید 304L است، اما به علت وجود نیتروژن در ترکیب شیمیایی از استحکام مکانیکی بیشتری برخوردارند. گریدهای 4318 و 4372 در حالت کویل گرم نورد شده، دارای حداقل استحکام مکانیکی 330 مگاپاسکال می باشند. 

البته بعضی از گریدهای آستنیتی مانند 4310، 4318، 4301 و 4401 در شرایط تمپر و به شکل کویل، ممکن است دارای محدوده مقاومتی بین 500 تا 2000 مگاپاسکال (بسته به گرید) باشند. با این حال، هنگام جوشکاری آنها، قطعات نرم شده و استحکام جوش با آلیاژ سرد نورد شده همان گرید برابر خواهد بود.

ترکیب مواد با هدف کاهش هزینه

در کاربردهای مختلفی که شرایط ممکن است در محیطی با محیط دیگر متفاوت باشد، ترکیب چند نوع ورق استیل می تواند بسیار مفید واقع شود.

مثلاً در صنعت نمک زدایی گرید دوپلکس دوگانه در ساخت محفظه های تقطیر ناگهانی چند مرحله ای (MFS) مورد استفاده قرار میگیرد. قسمت پایینی این محفظه ها در معرض آب نمک با میزان بالایی از یون کلرید قرار دارد، در حالی که در قسمت فوقانی آن شرایط چنین نبوده و برای انواع معمولی استنلس استیل مشکلی ایجاد نمی کند. برخی از تاسیسات نمک زدایی از استیل دوپلکس 2205 در بخش پایینی و ورق استیل دوپلکس LDX 2101 در بخش بالایی محفظه ها استفاده می کنند.

در سیستم های لوله ای فلنج دار، فلنج ها با توجه به اینکه مستعد به خوردگی شیاری در سطوح آب بندی هستند، از مهمترین قسمت های آن محسوب می شوند. در چنین سیستمی از فلنج استنلس استیل مقاوم در برابر خوردگی شیاری بایستی استفاده نمود. مثلاً در کاربردهای دریایی، برای لوله های جوشی از جنس استیل 254 SMO از فلنج استیل 654 SMO استفاده می شود. این گرید برای اتصال لوله های پرآلیاژ رزوه ای، که ممکن است تحت تاثیر خوردگی شیاری قرار گیرند، نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرد.

در صورت ترکیب انواع مختلف گریدهای استنلس استیل، بایستی تفاوت خواص فیزیکی آنها (مثلاً انبساط حرارتی) مدنظر قرار گیرد.

هزینه چرخه عمر (LCC) ورق استیل

هنگام برآورد هزینه های پرژوه های مختلف، مدنظر قرار دادن چرخه عمر مواد از اهمیت زیادی برخوردار است. مثلاً گران تر بودن قیمت ورق استیل نسبت به کربن استیل، لزوماً به این معنی نیست که هزینه چرخه عمر در آن نیز بالاتر است.

مجموع هزینه ی مواد به اضافه هزینه های ساخت، کل هزینه ی سرمایه گذاری را تشکیل می دهد. با این وجود، اضافه کردن هزینه های بهره برداری، تعمیر، نگهداری و جایگزینی مواد در طول چرخه عمر به همان اندازه مهم می باشد. شکل 9:14 نشانگر این موضوع است که استفاده از ورق استیل به عنوان ماده جایگزین، هزینه کمتری را در بر خواهد داشت.

 

هزینه تمام شده ورق استیل

شکل 9:14-مجموع هزینه ها

قابلیت بازیافت ورق استیل

مواد اصلی در تولید ورق استیل قراضه می باشد. تمامی گریدهای ورق استیل 100 درصد قابل بازیافت بوده و این بدان معنی است که ارزش تجهیزات غیرقابل استفاده از جنس استیل بسیار زیاد می باشد.

قوانین ، استانداردها و مصوبات

برای تجهیزات و کاربردهای ورق استیل، مانند مخازن تحت فشار قوانین، کدهای طراحی، استانداردها و مصوباتی تهیه و تنظیم شده که برای اطمینان از یکپارچگی و ایمنی سازه رعایت کردن آنها ضروری می باشد. این موضوع می تواند در انتخاب مواد تاثیر بگذارد، بنابراین اولین قدم، بررسی این است که آیا مواد مورد نظر استانداردهای مربوطه را دارا می باشد یا خیر. 

تجارب قبلی

تجربه قبلی در مورد گرید خاصی از ورق استیل، چه مثبت چه منفی، هنگام انتخاب مواد بسیار ارزشمند می باشد. اگر گرید خاصی عملکرد مناسبی از خود نشان نداده باشد، اطلاعات مربوط به نوع حمله خوردگی و یا سایر مکانیزم های خرابی، می تواند اشاره به این داشته باشد که عملکرد کدام گرید مناسب خواهد بود. همچنین اگر گرید مشخصی عملکرد بسیار خوبی داشته باشد، اطلاعات استخراج شده از آن می تواند در استفاده های بعدی کمک شایانی به انتخاب مواد نماید.

مراجع فصل نهم

Outokumpu Corrosion Handbook
Outokumpu Welding Handbook
Outokumpu data sheets
Segment and application brochures
www.outokumpu.com
Euroinox (www.euro-inox.org) - brochures and other publications in various languages
Nickel Institute (www.nickelinstitute.org)
IMOA (www.imoa.info/)
ISSF (www.worldstainless.org)
Outokumpu ACOM 1997-4, “The Seawater Resistance of a Superaustenitic 7 Mo Stainless Steel”, Bengt Wallén and Arne Bergquist, Avesta Sheffield AB, Research & Development, SE-774 80 Avesta, Sweden
EN 14015, “Vertical, cylindrical, above ground, welded, steel tanks for the storage of liquids”.
API 650, “Welded steel tanks for oil storage - Supplementery rules for austenitic and duplex stainless steels in Appendix S and X respectively”.
EN 13445, “Unfired pressure vessels”.
EN 13458-2C, “Cryogenic vessels. Annex C Pressure strengthening of vessels from austenitic stainless Steel”.
ASME VIII-1, “Boiler and Pressure Vessel Code”.
ASME VIII-2, “Boiler and Pressure Vessel Code”.
EN 13480, “Metallic industrial piping”.
ASME B31.1, “Process piping”.
ADR, “International carriage of dangerous goods by road (Accord européen... Dangereuses par Route)”.
RID, “International carriage of dangerous goods by rail (Règlement... International... Dangereuses)”.
IMDG, “International Maritime Dangerous Goods code”.
UN ST/SG/AC.10/1, “Recommendations on the transport of dangerous goods (United Nations)”.
EN 1993-1-4, “Eurocode 3: Design of steel structures – Supplementary rules for stainless steel”.
DIBt Z-30.3-6, “Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (German code)”.
AS/NZS 4673, “Cold formed stainless steel structures (Australia and New Zealand code)”.
AEI/ASCE 8-02, “Cold formed stainless steel structural members (US standard)”.


امتیاز شما به این مطلب چقدر است؟


ارسال نظر درباره این موضوع

Loading...
تماس بگیرید