استفاده از فولادهای کربنی معمولی در دمای بالا برای طولانیمدت با نگرانیهایی مانند تغییر در ریزساختار و دفورمگی قطعه یا تخریب ناشی از خزش، تنش گسیختگی، خوردگی دمابالا و اکسیداسیون همراه است. درنتیجه فولادهای مقاوم به حرارت و انواع فولادهای ضد زنگ نسوز توسعه داده شدند تا در صنایع دمابالا به کار گرفته شوند. این مواد با بهرهمندی از عناصر آلیاژی همچون نیکل، کروم، کبالت و غیره بهخوبی قادرند تا دمای کاری بالا (تا 0.7 دمای ذوب ماده) را تحمل کنند. ورق استیل نسوز یکی از انواع مواد دمابالا برای تجهیزات صنعتی همچون کورهها است و گریدهای 309 و 310 معروفترین ورقهای نسوز در بازار هستند. در این مقاله با انواع گریدهای ورق استیل نسوز و محدوده دمایی قابلتحمل آنها آشنا خواهیم شد.
ورق استیل نسوز چیست؟
ورق استیل نسوز بهنوعی ورق فولادی ضد زنگ گفته میشود که قادر است دمای کاری تا 1000 درجه سانتیگراد را بدون تغییر در ریزساختار و خواص تحمل کند. این خواص دمابالا ناشی از حضور عناصر آلیاژی نیکل و کروم است که به ترتیب به میزان حداقل 10 و 22 درصد در انواع گریدهای استیل نسوز سری 309 و 310 وجود دارند.
انواع گریدهای ورق استیل نسوز
بهطورکلی ورقهای استیل نسوز از خانواده دو گرید آستنیتی 309 و 310 هستند. تفاوت در ترکیب شیمیایی و برخورداری از مقدار کربن، نیکل و کروم متفاوت موجب تمایز انواع گریدهای ورق استیل نسوز از یکدیگر میشود. بهطوریکه هر گرید برای شرایط محیطی خاص ازجمله اکسیدی، سولفیدی و نیتریدی طراحی و بهینهسازی شده است. بهمنظور انتخاب درست و خرید ورق استیل متناسب با کاربرد مدنظر، لازم است تا با انواع گریدهای ورق استیل نسوز آشنا شوید.
استیل نسوز 309
استیل نسوز 309 یک فولاد ضد زنگ آستنیتی است که برای استفاده در کاربردهای مقاوم در برابر خوردگی در دمای بالا توسعه یافته است. به دلیل محتوای بالای کروم و نیکل کم، آلیاژ 309 را میتوان در اتمسفرهای حاوی گوگرد تا دمای 1000 درجه سانتیگراد استفاده کرد.
این آلیاژ برای استفاده در اتمسفرهای بسیار کربوره توصیه نمیشود زیرا تنها مقاومت متوسطی در برابر جذب کربن نشان میدهد. همچنین، در صورت کاهش حداکثر دمای سرویس، میتوان از گرید 309 در کاربردهای با اتمسفر کمی اکسیدی، نیتریدی و چرخه حرارتی استفاده کرد.
لازم به ذکر است در حین فرآیند عملیات حرارتی بین 650 تا 950 درجه سانتیگراد، آلیاژ در معرض رسوب فاز سیگما قرار میگیرد. عملیات آنیل محلولی در دمای 1100 تا 1150 درجه سانتیگراد تا حدودی باعث بازیابی چقرمگی ورق استیل نسوز 309 میشود.
ورق استیل نسوز 309S
ورق استیل نسوز 309S گرید کمکربن استیل 309 است که به دلیل برخورداری از محتوای کربن کمتر، شکلپذیری بهتری داشته و با کاهش خطر رسوب کاربید در حین جوشکاری نیز همراه است. مقدار کربن این گرید حدود 0.08 درصد است.
استیل نسوز 309H
یکی از عواملی که در دمای بالا موجب تخریب قطعات میشود، خزش نام دارد که عبارت است از تغییر شکل پلاستیک مواد تحت تنش ثابت در دمای بالا و در زمانهای طولانی. برای بهبود مقاومت به خزش نیاز است تا استحکام افزایش یابد و ریزساختار ماده نیز بهصورت درشتدانه باشد. استیل نسوز 309H گرید پرکربن 309 است که بهمنظور بهبود مقاومت به خزش توسعه داده شده است. مقدار کربن این گرید تا حداکثر 0.1 درصد است.
استیل نسوز 310
استیل 310 نیز همچون استیل 309 از نوع آستنیتی است و یکی از محبوبترین انواع گریدهای استیل برای مصارف دمابالا با شرایط خوردگی محسوب میشود. به دلیل برخورداری از محتوای بالای کروم و نیکل متوسط، آلیاژ 310 در برابر سولفیداسیون مقاوم است و همچنین میتواند در اتمسفرهای کربوریزاسیون متوسط استفاده شود.
همچنین، استیل نسوز 310 در کاربردهای برودتی با نفوذپذیری مغناطیسی و چقرمگی کم تا -268 درجه سانتیگراد کاربرد دارد. ازنظر تمهیدات مرتبط با جلوگیری از تشکیل فاز سیگما و استفاده از این گرید در اتمسفرهای اکسیدی، نیتریدی و چرخه حرارتی باید مطابق نکات گرید 309 عمل کرد.
ورق استیل نسوز 310S
با مقدار کربن حداکثر 0.08 درصد، ورق استیل نسوز 310S نیز حالت کمکربن گرید 310 است. این آلیاژ فرم پذیری و قابلیت جوشپذیری بهتری داشته اما در دمای بالا استحکام پایینتری نسبت به گرید 310 معمولی دارد.
استیل نسوز 310H
همانند گرید 309H استیل نسوز 310H نیز نوع پرکربن با خواص خزشی بهبود یافته است که حداکثر 0.1 درصد کربن دارد. استحکام تنش گسیختگی استیل 310H بعد از 1000 ساعت قرارگیری در دمای 1000 درجه سانتیگراد حدود 9 مگا پاسکال برآورد شده است.
استیل نسوز گرید 253 MA
استیل نسوز 253MA یک گرید آستنیتی و حاوی مقدار نسبتاً کمی نیکل است که در مقایسه با آلیاژهای نیکل بالا و گرید 310، در اتمسفرهای سولفیدی کاهشی مزیتهایی به آن میدهد. وجود مقادیر بالای سیلیکون، نیتروژن و سریم در این نوع استنلس استیل پایداری اکسیدی خوب، استحکام دمای بالا و مقاومت عالی در برابر رسوب فاز سیگما را به دنبال دارد.
محدوده دمای سرویس انواع استیل نسوز
همانطور که اشاره شد، استیلهای نسوز برای کار در دمای بالا استفاده میشوند. اما منظور از دمای بالا چه محدوده دمایی است؟ بسیاری از فولادها قادرند از 500 تا 900 درجه سانتیگراد را بهراحتی تحمل کنند. این در حالی است که دمای ذوب فولادها معمولاً در محدوده 1400 تا 1500 درجه سانتیگراد است. طبق تعریف علمی و مهندسی، به 0.6 تا 0.7 دمای ذوب فلزات، دمای بالا گفته میشود که این امر برای انواع فولادهای کربنی تا 900 درجه سانتیگراد است.
اما ورقهای استیل نسوز قادرند دمای سرویس بالاتری نسبت به فولادهای معمولی تحمل کنند. محدوده دمای سرویس انواع استیل نسوز عبارت است از:
- دمای سرویس استیل نسوز 309/309S/309H حدود 1038 درجه سانتیگراد در شرایط سرویس پیوسته و حدود 1010 درجه سانتیگراد در شرایط سرویس متناوب است.
- دمای سرویس استیل نسوز 310/310S/310H حدود 1100 درجه سانتیگراد در شرایط سرویس نیمه متناوب است.
بااینحال، این محدوده دمایی ممکن است بر اساس نوع اتمسفر محیط تغییر کند. محدوده دمای سرویس ورقهای استیل نسوز 309 و 310 در شرایط اتمسفر مختلف شامل موارد زیر میشوند:
- شرایط اکسیداسیون با حداکثر مقدار گوگرد تا 2 گرم بر مترمکعب: 1050 تا 1100 درجه سانتیگراد
- شرایط اکسیداسیون با حداکثر مقدار گوگرد بیش از 2 گرم بر مترمکعب: 950 درجه سانتیگراد
- اتمسفر کم اکسیژن با حداکثر مقدار گوگرد تا 2 گرم بر مترمکعب: 1000 درجه سانتیگراد
- اتمسفر نیتریدی یا کربوره: 850 تا 950 درجه سانتیگراد
کاربردهای ورق استنلس استیل نسوز
مهمترین کاربردهای ورق استنلس استیل نسوز عبارتاند از:
- قطعات کورههای ذوب و عملیات حرارتی صنعتی
- بخش داخلی تجهیزات داغ در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
- اجزای سیستم اگزوز در صنعت خودروسازی
- ساخت راکتورهای دمابالا
- ساخت انواع بویلرها و توربینها
- سیستمهای احتراق صنعتی
عالی احسنت
سپاس از توجه شما