تحمل دمایی استیل

تیم تحریریه استیل صدرا
آذر ۳۰, ۱۴۰۳
۱۱:۵۳ ق٫ظ
بدون نظر

یکی از خصوصیات ذاتی ورق‌های استیل را می‌توان داشتن دوام و مقاومت بالا در دماهای بالا دانست. فلز استیل دارای گریدهای متفاوتی بوده که از لحاظ تحمل دمایی با یکدیگر متفاوت هستند. برای محیط‌هایی با احتمال خوردگی بالا تنها فلزاتی با تحمل دمایی بالا مانند گرید ورق استیل ۳۰۴ می‌توانند از خود مقاومت بالایی نشان دهند. فلزاتی با تحمل دمایی بالا در دماهای بالا از خود رفتارهایی مانند اکسیداسیون سطحی، پوسته شدن، کاهش استحکام و خزش، تابیدگی و… نشان نمی‌دهند.

مشخص ‌کردن محدوده دمایی برای استیل

فلز استیل در لیست مستحکم‌ترین فلزات صنعتی از نظر مقاوم بودن در مواجهه با خوردگی و اکسیداسیون قرار می‌گیرد. این مسئله در واقع ناشی از وجود عنصر کروم در استیل است. کروم روی میزان استحکام استیل در مقابل حرارت نیز تأثیر می‌گذارد. استنلس استیل دما بالا متشکل از حداقل ۱۸% کروم است. این مدل فلز در گریدهای استیل ۳۰۴،ورق استیل ۳۱۶ و ورق استیل ۳۳۰ به‌فروش می‌رسد و می‌توانند دماهای ۸۷۰ درجه سانتی‌گراد و حتی بالاتر را تحمل کنند. از جمله فاکتورهای اثرگذار بر ذوب شدن استنلس ‌استیل در آتش می‌‌توان به مدل آلیاژ فولاد زنگ نزن، مدت زمان قرار گرفتن قطعه استیل در معرض آتش و دمای بالا، نوع مواد شیمیایی موجود در محیط و شکل هندسی و ضخامت قطعه اشاره داشت. این موارد به شکل مستقیم بر ذوب شدن فلز اثر می‌گذارند.

رفتار استنلس ‌استیل در دماهای بالا

هریک از گریدهای استنلس استیل میزان تحمل دمایی مختلفی دارند. بعضی از گریدهای استیل در دماهای بالا کاربرد دارند و بعضی دیگر در دماهای بالا از خود واکنش ضعیفی نشان می‌دهند. برای نمونه در برخی از آلیاژها شاهد کاهش چشم‌گیر میزان مقاومت به خوردگی هستیم. بعضی از گریدهای استیل نیز هنگامی که دمای کاری افزایش پیدا می‌کند، شاهد افت خواص مکانیکی آن‌ها هستیم. هنگامی که فلز استیل در شرایطی قرار می‌گیرد که دما بالا است و با ذوب فاصله اندکی دارد، تغییراتی در رفتار خود ایجاد می‌کند. این تغییر رفتار به‌شکل مستقیم بر کاربرد آن اثرگذار است.

عناصر آلیاژی در واقع تعیین می‌کنند که یک فلز تا چه حد در مقابل حرارت مقاومت نشان دهد. با نزدیک شدن به دمای ذوب این فلز شاهد ایجاد انبساط حرارتی فلز هستیم. این انبساط حرارتی امکان دارد منجر به از دست رفتن فرم فلز شود یا شاهد خمش یا کمانش آن باشیم. همچنین گرم شدن استنلس استیل دما بالا امکان دارد مقاومت کششی آن را نیز کاهش دهد. در دماهای بالا استنلس استیل در مقابل اکسیداسیون مقاومت کمتری نشان می‌دهد.

مقاومت به خوردگی استیل در دمای بالا

زمانی که دما افزایش پیدا می‌کند، شاهد کاهش خاصیت مکانیکی و خوردگی هستیم. البته آلیاژ‌ها و گریدهای متفاوت استیل در مقابل حرارت میزان مقاومت متفاوتی دارند. برای نمونه، استیل ۳۱۰ که به استیل نسوز شهرت دارد، در دماهای بالا در مقابل اکسیداسیون از خود مقاومت نشان می‌دهد. معیار نرخ اکسیداسیون نشان می‌دهد که لوله‌ها یا دیگر سطوح فلزی در گذر زمان تا چه حد دچار خوردگی می‌گردند.

Mpy = weight loos * 22,300 / (A * d * t)

Mpy: نرخ خوردگی یا اکسیداسیون به میلی‌متر
Weight loos: کاهش وزن به گرم
A: مساحت سطح به اینچ مربع
D: چگالی به گرم بر سانتی‌متر مکعب
T: زمان به روز

آلیاژ	کروم	نیکل	کربن	نرخ اکسیداسیون در دمای ۱۰۹۳ c
۳۰۴	۱۸.۸	۹.۳	۰.۰۸	۱۵۷۱
۳۱۰	۲۳.۳	۱۹.۸	۰.۲۵	۶۴
۳۲۱	۱۷.۹	۹.۶	۰.۰۸	۲۱۸۳
۳۳۰	۱۸.۶	۳۴.۳	۰.۲	۲۳

مقاومت در برابر پوسته شدن

تحمل دمایی استیل در واقع علاوه‌بر میزان مقاومت آن در مقابل خوردگی به مقدار پایداری فلز برای حفظ استحکام و خواص مکانیکی نیز بستگی دارد. فلزات به همان میزانی که در ساختار استیل خود دارای کروم هستند، در مقابل پوسته شدن مقاومت نشان می‌دهند. زمانی که مقدار کروم در استیل افزایش پیدا می‌کند، فلز نیز در دمای بالا از خود مقاومت بالاتری در مقابل خوردگی و پوسته شدن نشان می‌دهد. تحمل دمایی استیل‌های آستنیتی با محتوای ۱۸ درصد کروم به نزدیک ۸۷۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. بعضی از گریدهای نسوز مثل استیل ۳۰۹ و استیل ۳۱۰ در دماهای بالاتر قادر به حفظ خواص مکانیکی خود هستند.

مقایسه محدوده دمایی آلیاژهای ۳۰۴، ۳۱۶ و ۳۳۰

در میان گریدهای مختلف استنلس ‌استیل، اصلی‌ترین آن‌ها شامل گریدهای ۳۰۴، ۳۱۶ و ۳۳۰ می‌شوند‌. تفاوت این گریدها در واقع وابسته به میزان عناصر مورد استفاده در آن‌ها است. هریک از این آلیاژها در زمان رسیدن به دمای ذوب شدن استنلس ‌استیل در آتش از خود رفتار یکسانی بروز نمی‌دهند. به بیانی دیگر، هریک از گریدها برای محدوده دمای خاصی کاربرد دارند.

تحمل دمای استیل ۳۰۴

استنلس ‌استیل ۳۰۴ در لیست پرمصرف‌ترین گرید استیل جای می‌گیرد و این گرید در دماهایی بین ۸۷۰ تا ۹۲۵ درجه سانتی‌گراد از خود عملکرد خوبی نشان می‌دهد. داشتن مقاومت بالا در مقابل اکسیداسیون نیز یکی دیگر از نکات مثبت این گرید محسوب می‌شود. با این حال، گرید ۳۰۴ در مقابل رطوبت خوبی نداشته و توصیه می‌شود که از آن در بازه دمایی ۴۲۵ تا ۸۶۰ درجه سانتی‌گراد به‌شکل مداوم استفاده نشود. دمای ذوب استنلس استیل ۳۰۴ در محدوده ۱۳۹۹ تا ۱۴۵۴ درجه سانتی‌گراد جای می‌گیرد. با نزدیک شدن به این دما شاهد کاهش استحکام کششی هستیم.

عملیات حرارتی استیل ۳۰۴

استیل ۳۰۴ به عنوان یک فولاد زنگ‌نزن آستنیتی، به دلیل ساختار کریستالی خاص خود قابلیت سخت‌کاری از طریق عملیات حرارتی سنتی (مانند کوئنچ و تمپر) را ندارد. در واقع این گرید را نمی‌توان با عملیات حرارتی سخت‌تر کرد، بلکه برای افزایش سختی و استحکام آن از کار سرد (Cold Working) استفاده می‌شود. با این وجود، عملیات حرارتی در استیل ۳۰۴ بیشتر با هدف حذف تنش‌های داخلی و بازگرداندن شکل‌پذیری به کار می‌رود. مهم‌ترین فرآیند حرارتی این فولاد آنیل محلولی (Solution Annealing) است که در دمای حدود ۱۰۱۰ تا ۱۱۲۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود و پس از آن معمولاً سریعاً با آب سرد می‌شود تا ساختار یکنواخت آستنیتی حفظ گردد.

عملیات حرارتی استیل ۳۰۴ باعث می‌شود خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی استیل ۳۰۴ به حالت اولیه بازگردد. در صورت کار سرد شدید، عملیات آنیل ضروری است تا از شکنندگی یا کاهش انعطاف‌پذیری جلوگیری شود. به طور کلی، کنترل دقیق دما و سردکردن سریع در عملیات حرارتی استیل ۳۰۴ اهمیت بالایی دارد تا بهترین عملکرد در کاربردهای صنعتی، غذایی و شیمیایی به دست آید.

تحمل دمایی گرید ۳۱۶

گرید ۳۱۶ در محیط‌هایی کاربرد داشته که شانس خوردگی و به‌ویژه خوردگی کلریدی در آن‌ها بالا است. چراکه این گرید به‌نسبت گرید ۳۰۴ در برابر خوردگی مقاومت بالاتری دارد. بازه ذوب این آلیاژ بین ۱۳۷۱ تا ۱۳۹۹ درجه سانتی‌گراد محاسبه شده است؛ بنابراین، این فلز دمای ذوبی نزدیک به ۱۰ تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از فلز گرید ۳۰۴ دارد. در دماهای بالا شاهد کاهش استقامت این فلز در مقابل خوردگی و زنگ‌زدگی هستیم.

تحمل دمایی گرید ۳۳۰

مقاوم‌ترین استیل در مقابل آتش در بین سه گرید را می‌توان گرید ۳۳۰ دانست. این آلیاژ در مواجهه با حرارت‌های بالا از خود مقاومت نشان می‌دهد. استیل ۳۳۰ در کوره‌ها و سبدهای عملیات حرارتی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توان آن را در لیست آلیاژهای پُرنیکل و گران قیمت استیل جای داد. در ترکیبات این فلز دو عنصر کروم و نیکل دیده می‌شوند؛ از این رو، این فلز قادر به تحمل دماهای نزدیک به ۱۰۹۴ درجه سانتی‌گراد است. این دما فاصله اندکی با دمای ذوب شدن ‌استیل ضدزنگ در آتش دارد. در ترکیبات این آلیاژ بین ۱۸٪ تا ۲۲٪ کروم و ۳۴٪ تا ۳۷٪ نیکل دیده می‌شود.