Οδηγός για την Επιλογή Σωλήνων από Ανοξείδωτο Χάλυβα ASTM A312

Φανταστείτε ένα σύστημα σωληνώσεων σε ακραίες συνθήκες θερμότητας ή διάβρωσης σαν το αγγειακό σύστημα του ανθρώπινου σώματος. Όπως τα εύθραυστα αιμοφόρα αγγεία μπορούν να οδηγήσουν σε καταστροφικές συνέπειες, η επιλογή του λάθος υλικού για κρίσιμες εφαρμογές σωληνώσεων μπορεί να οδηγήσει σε αστοχίες του συστήματος. Ο σωλήνας από ανοξείδωτο χάλυβα ASTM A312 μπορεί κάλλιστα να είναι η λύση που αναζητάτε.

Το ASTM A312 είναι μια τυπική προδιαγραφή που αναπτύχθηκε από την American Society for Testing and Materials (ASTM) και καλύπτει σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα ωστενιτικού τύπου χωρίς ραφή, συγκολλημένους με ευθεία ραφή και συγκολλημένους με έντονη ψυχρή κατεργασία. Σχεδιασμένη ειδικά για περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και γενικής διάβρωσης, αυτή η προδιαγραφή περιλαμβάνει ορισμένους από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους βαθμούς όπως 304/304L και 316/316L ανοξείδωτου χάλυβα. Αυτό το άρθρο θα παρέχει μια λεπτομερή ανάλυση του προτύπου ASTM A312, εξετάζοντας τη χημική του σύνθεση και τις μηχανικές του ιδιότητες για να καθοδηγήσει τη διαδικασία επιλογής υλικού.

Οι σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο σε εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας λόγω της εξαιρετικής τους αντοχής στη διάβρωση. Καθώς οι βιομηχανίες απαιτούν όλο και περισσότερο υλικά που μπορούν να αντέξουν σκληρές συνθήκες λειτουργίας, ο ανοξείδωτος χάλυβας έχει αναδειχθεί ως εξέλιξη του τυπικού ανθρακούχου χάλυβα. Με την προσθήκη στοιχείων κράματος όπως νικέλιο και χρώμιο στον βασικό σίδηρο, ο ανοξείδωτος χάλυβας βελτιώνει σημαντικά την αντοχή του σε διαβρωτικά περιβάλλοντα.

Πριν εξερευνήσετε διαφορετικούς βαθμούς ανοξείδωτου χάλυβα, είναι σημαντικό να κατανοήσετε τους κοινούς τύπους που διατίθενται στην αγορά και τις ταξινομήσεις τους.

Γενικά, οποιοδήποτε κράμα χάλυβα με περιεκτικότητα σε χρώμιο τουλάχιστον 10,5% μπορεί να θεωρηθεί «ανοξείδωτος χάλυβας». Ωστόσο, ανάλογα με τον συγκεκριμένο συνδυασμό στοιχείων κράματος (όπως νικέλιο, χρώμιο, μολυβδαίνιο, τιτάνιο, χαλκός, άζωτο κ.λπ.), υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί διαθέσιμοι βαθμοί, ο καθένας με διακριτές δομικές, χημικές και μηχανικές ιδιότητες.

Το πιο αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό του ανοξείδωτου χάλυβα είναι η εξαιρετική του αντοχή στη διάβρωση, η οποία αποδίδεται στο προστατευτικό στρώμα οξειδίου του χρωμίου που σχηματίζεται στην επιφάνειά του. Αυτό το στρώμα οξειδίου αντιδρά με το οξυγόνο για να δημιουργήσει ένα μικροσκοπικό φράγμα που αποτρέπει αποτελεσματικά τη διάβρωση. Επιπλέον, σε σύγκριση με τον ανθρακούχο χάλυβα, τα κράματα ανοξείδωτου χάλυβα παρουσιάζουν καλύτερη σκληρότητα σε εφαρμογές χαμηλής θερμοκρασίας, υψηλότερη αντοχή και σκληρότητα, ανώτερη ελατότητα και χαμηλότερο κόστος συντήρησης.

Οι ανοξείδωτοι χάλυβες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ευρέως στις ακόλουθες σειρές με βάση τη μεταλλουργική τους δομή:

Αυτός είναι ο πιο κοινός τύπος ανοξείδωτου χάλυβα. Η προσθήκη στοιχείων όπως νικέλιο, μαγγάνιο και άζωτο παρέχει στον ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα εξαιρετική συγκολλησιμότητα και μορφοποίηση. Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε χρώμιο, μολυβδαίνιο και άζωτο, η αντοχή του στη διάβρωση μπορεί να ενισχυθεί περαιτέρω. Ωστόσο, οι βασικοί ωστενιτικοί χάλυβες είναι ευαίσθητοι στην ρωγμή διάβρωσης λόγω καταπόνησης (απαιτείται υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο για τη βελτίωση της αντοχής στην ρωγμή διάβρωσης λόγω καταπόνησης). Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες δεν μπορούν να σκληρυνθούν με θερμική επεξεργασία, αλλά μπορούν να υποστούν ψυχρή κατεργασία σε πολύ υψηλά επίπεδα αντοχής διατηρώντας παράλληλα σημαντική σκληρότητα και ελατότητα.

Αν και οι ωστενιτικοί χάλυβες είναι γενικά μη μαγνητικοί, μπορεί να παρουσιάσουν κάποιο βαθμό μαγνητισμού ανάλογα με την πραγματική σύνθεση του κράματος και την έκταση της ψυχρής κατεργασίας που εφαρμόζεται κατά την παραγωγή. Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες χωρίζονται στη σειρά 200 (κράματα χρωμίου-μαγγανίου-νικελίου) και στη σειρά 300 (κράματα χρωμίου-νικελίου, όπως 304, 309, 316, 321, 347 κ.λπ.). Ο ανοξείδωτος χάλυβας βαθμού 304 είναι ο πιο κοινός ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, κατάλληλος για τα περισσότερα διαβρωτικά περιβάλλοντα. Οποιοσδήποτε άλλος βαθμός στη σειρά 300 μπορεί να ενισχύσει τις βασικές ιδιότητες του SS304.

Οι μαρτενσιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες είναι παρόμοιοι με τους φερριτικούς χάλυβες ως προς το ότι και οι δύο έχουν σημαντική περιεκτικότητα σε χρώμιο, αλλά οι μαρτενσιτικοί χάλυβες έχουν υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα, έως και 1%. Η υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα επιτρέπει στους μαρτενσιτικούς χάλυβες να σκληρυνθούν και να σκληρυνθούν όπως οι τυπικοί χάλυβες κράματος άνθρακα και χρωμίου (αν και συνήθως παρουσιάζουν χαμηλότερη συγκολλησιμότητα και ελατότητα). Αυτός ο τύπος ανοξείδωτου χάλυβα είναι κατάλληλος για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή αντοχή και μέτρια αντοχή στη διάβρωση. Σε αντίθεση με τους τυπικούς ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες, οι μαρτενσιτικοί χάλυβες είναι μαγνητικοί. Οι κοινοί μαρτενσιτικοί βαθμοί χάλυβα περιλαμβάνουν 410, 420 και 440C.

Οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες έχουν σημαντική περιεκτικότητα σε χρώμιο αλλά χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα (συνήθως κάτω από 0,1%). Το όνομα αυτού του ανοξείδωτου χάλυβα προέρχεται από τη μεταλλουργική του δομή, η οποία μοιάζει πολύ με αυτή των χαλύβων άνθρακα και χαμηλού κράματος. Αυτοί οι χάλυβες έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, αλλά δεν είναι κατάλληλοι για λεπτές επιφάνειες λόγω της κακής τους αντοχής στη συγκόλληση και της περιορισμένης μορφοποίησης (οι φερριτικοί χάλυβες παρουσιάζουν χαμηλότερη μορφοποίηση και ελατότητα). Οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες δεν μπορούν να σκληρυνθούν με θερμική επεξεργασία. Με την προσθήκη μολυβδαινίου στον φερριτικό χάλυβα, το υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εξαιρετικά διαβρωτικές εφαρμογές όπως μονάδες αφαλάτωσης και θαλάσσια περιβάλλοντα. Αυτοί οι χάλυβες επιδεικνύουν επίσης εξαιρετική αντοχή στην ρωγμή διάβρωσης λόγω καταπόνησης. Όπως και οι μαρτενσιτικοί χάλυβες, οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες είναι μαγνητικοί. Οι πιο κοινοί φερριτικοί βαθμοί χάλυβα είναι 430 (17% χρώμιο) και 409 (11% χρώμιο), που χρησιμοποιούνται ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία.

Οι χάλυβες σκλήρυνσης κατακρήμνισης (PH) επιτυγχάνουν εξαιρετική αντοχή μέσω της προσθήκης στοιχείων όπως χαλκός, νιόβιο και αλουμίνιο. Αυτοί οι χάλυβες μπορούν να υποστούν επεξεργασία σε πολύ συγκεκριμένα σχήματα με υψηλές ανοχές πριν υποστούν τελική σκλήρυνση γήρανσης. Αυτό διαφέρει από την παραδοσιακή σκλήρυνση και σκλήρυνση των μαρτενσιτικών χαλύβων, οι οποίοι είναι επιρρεπείς σε παραμόρφωση κατά την επεξεργασία. Η αντοχή στη διάβρωση των χαλύβων σκλήρυνσης κατακρήμνισης είναι συγκρίσιμη με αυτή των τυπικών ωστενιτικών χαλύβων όπως το SS304. Ο πιο κοινός ανοξείδωτος χάλυβας σκλήρυνσης κατακρήμνισης είναι ο 17-4PH, ο οποίος περιέχει 17% χρώμιο και 4% νικέλιο.

Οι διαστάσεις των τυπικών σωλήνων από ανοξείδωτο χάλυβα καθορίζονται από την προδιαγραφή ANSI ASME B36.19. Οι σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα χωρίς ραφή διατίθενται σε μεγέθη που κυμαίνονται από 1/8" έως 24", ενώ οι συγκολλημένοι σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα κατασκευάζονται σε μεγέθη από 2" έως 36" (σωλήνες ASTM A312, οι οποίοι είναι ηλεκτρικά συγκολλημένοι με τήξη ωστενιτικοί σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα χρωμίου-νικελίου ή κυλιόμενοι σωλήνες).