راهنمای انتخاب لوله‌های استیل ضد زنگ ASTM A312

سیستم لوله کشی را در شرایط گرمای شدید یا خورنده تصور کنید، مانند سیستم عروقی بدن انسان. همانطور که رگ‌های خونی شکننده می‌توانند منجر به عواقب فاجعه‌باری شوند، انتخاب مواد نامناسب برای کاربردهای لوله‌کشی حیاتی می‌تواند منجر به خرابی سیستم شود. لوله فولادی ضد زنگ ASTM A312 ممکن است راه‌حل مورد نظر شما باشد.

ASTM A312 یک مشخصات استاندارد است که توسط انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM) توسعه یافته است و لوله‌های فولادی ضد زنگ آستنیتی بدون درز، جوش داده شده با درز مستقیم و جوش داده شده با کار سرد سنگین را پوشش می‌دهد. این مشخصات که به‌طور خاص برای محیط‌های با دمای بالا و خورنده عمومی طراحی شده است، شامل برخی از پرکاربردترین گریدها مانند فولاد ضد زنگ 304/304L و 316/316L می‌شود. این مقاله تجزیه و تحلیل دقیقی از استاندارد ASTM A312 ارائه می‌دهد و ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی آن را برای راهنمایی فرآیند انتخاب مواد شما بررسی می‌کند.

لوله‌های فولادی ضد زنگ به دلیل مقاومت در برابر خوردگی استثنایی خود، نقش حیاتی در کاربردهای با دمای بالا ایفا می‌کنند. از آنجایی که صنایع به طور فزاینده‌ای به موادی نیاز دارند که بتوانند در شرایط عملیاتی سخت مقاومت کنند، فولاد ضد زنگ به عنوان تکاملی از فولاد کربنی استاندارد ظاهر شده است. با افزودن عناصر آلیاژی مانند نیکل و کروم به آهن پایه، فولاد ضد زنگ مقاومت خود را در برابر محیط‌های خورنده به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

قبل از بررسی گریدهای مختلف فولاد ضد زنگ، درک انواع رایج موجود در بازار و طبقه‌بندی آن‌ها مهم است.

به طور کلی، هر آلیاژ فولادی با محتوای کروم حداقل 10.5٪ را می‌توان «فولاد ضد زنگ» در نظر گرفت. با این حال، بسته به ترکیب خاص عناصر آلیاژی (مانند نیکل، کروم، مولیبدن، تیتانیوم، مس، نیتروژن و غیره)، گریدهای مختلفی در دسترس هستند که هر کدام دارای خواص ساختاری، شیمیایی و مکانیکی متمایز هستند.

بارزترین ویژگی فولاد ضد زنگ، مقاومت فوق‌العاده آن در برابر خوردگی است که به لایه اکسید کروم محافظی که روی سطح آن تشکیل می‌شود، نسبت داده می‌شود. این لایه اکسیدی با اکسیژن واکنش می‌دهد تا یک مانع میکروسکوپی ایجاد کند که به طور موثر از خوردگی جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، در مقایسه با فولاد کربنی، آلیاژهای فولاد ضد زنگ چقرمگی بهتری را در کاربردهای با دمای پایین، استحکام و سختی بالاتر، شکل‌پذیری برتر و هزینه‌های نگهداری کمتر نشان می‌دهند.

فولادهای ضد زنگ را می‌توان بر اساس ساختار متالورژیکی آن‌ها به طور کلی به سری‌های زیر طبقه‌بندی کرد:

این رایج‌ترین نوع فولاد ضد زنگ است. افزودن عناصری مانند نیکل، منگنز و نیتروژن، فولاد ضد زنگ آستنیتی را با قابلیت جوشکاری و شکل‌پذیری عالی فراهم می‌کند. با افزایش محتوای کروم، مولیبدن و نیتروژن، مقاومت آن در برابر خوردگی را می‌توان بیشتر افزایش داد. با این حال، فولادهای آستنیتی پایه مستعد ترک خوردگی تنشی هستند (برای بهبود مقاومت در برابر ترک خوردگی تنشی به محتوای نیکل بالاتری نیاز است). فولادهای ضد زنگ آستنیتی را نمی‌توان با عملیات حرارتی سخت کرد، اما می‌توان آن‌ها را به صورت سرد تا سطوح استحکام بسیار بالا کار کرد و در عین حال چقرمگی و شکل‌پذیری قابل توجهی را حفظ کرد.

اگرچه فولادهای آستنیتی عموماً غیر مغناطیسی هستند، اما ممکن است بسته به ترکیب آلیاژ واقعی و میزان کار سرد اعمال شده در طول تولید، درجه‌ای از مغناطیس را نشان دهند. فولادهای ضد زنگ آستنیتی به سری 200 (آلیاژهای کروم-منگنز-نیکل) و سری 300 (آلیاژهای کروم-نیکل، مانند 304، 309، 316، 321، 347 و غیره) تقسیم می‌شوند. فولاد ضد زنگ گرید 304 رایج‌ترین فولاد ضد زنگ آستنیتی است که برای اکثر محیط‌های خورنده مناسب است. هر گرید دیگری در سری 300 می‌تواند خواص اساسی SS304 را افزایش دهد.

فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی از این نظر شبیه فولادهای فریتی هستند که هر دو دارای محتوای کروم قابل توجهی هستند، اما فولادهای مارتنزیتی دارای محتوای کربن بالاتری هستند که تا 1٪ می‌رسد. محتوای کربن بالا به فولادهای مارتنزیتی اجازه می‌دهد تا مانند فولادهای آلیاژی کربن و کروم استاندارد سخت و تمپر شوند (اگرچه معمولاً قابلیت جوشکاری و شکل‌پذیری کمتری را نشان می‌دهند). این نوع فولاد ضد زنگ برای کاربردهایی که به استحکام بالا و مقاومت متوسط در برابر خوردگی نیاز دارند، مناسب است. برخلاف فولادهای ضد زنگ آستنیتی استاندارد، فولادهای مارتنزیتی مغناطیسی هستند. گریدهای فولادی مارتنزیتی رایج عبارتند از 410، 420 و 440C.

فولادهای ضد زنگ فریتی دارای محتوای کروم قابل توجهی هستند اما محتوای کربن کمی دارند (معمولاً کمتر از 0.1٪). نام این فولاد ضد زنگ از ساختار متالورژیکی آن گرفته شده است که بسیار شبیه به فولادهای کربنی و کم آلیاژ است. این فولادها طیف وسیعی از کاربردها را دارند، اما به دلیل مقاومت ضعیف در برابر جوشکاری و شکل‌پذیری محدود، برای سطوح نازک مناسب نیستند (فولادهای فریتی شکل‌پذیری و شکل‌پذیری کمتری را نشان می‌دهند). فولادهای ضد زنگ فریتی را نمی‌توان با عملیات حرارتی سخت کرد. با افزودن مولیبدن به فولاد فریتی، می‌توان از این ماده در کاربردهای بسیار خورنده مانند کارخانه‌های نمک‌زدایی و محیط‌های آب دریا استفاده کرد. این فولادها همچنین مقاومت عالی در برابر ترک خوردگی تنشی نشان می‌دهند. مانند فولادهای مارتنزیتی، فولادهای ضد زنگ فریتی مغناطیسی هستند. رایج‌ترین گریدهای فولادی فریتی 430 (17٪ کروم) و 409 (11٪ کروم) هستند که به طور گسترده در صنعت خودروسازی استفاده می‌شوند.

فولادهای سخت‌شونده رسوبی (PH) از طریق افزودن عناصری مانند مس، نیوبیم و آلومینیوم به استحکام استثنایی دست می‌یابند. این فولادها را می‌توان قبل از انجام سخت شدن نهایی، به شکل‌های بسیار خاص با تلرانس‌های بالا پردازش کرد. این با سخت شدن و تمپر کردن سنتی فولادهای مارتنزیتی متفاوت است که در طول فرآیند مستعد تغییر شکل هستند. مقاومت در برابر خوردگی فولادهای سخت‌شونده رسوبی با فولادهای آستنیتی استاندارد مانند SS304 قابل مقایسه است. رایج‌ترین فولاد ضد زنگ سخت‌شونده رسوبی 17-4PH است که حاوی 17٪ کروم و 4٪ نیکل است.

ابعاد لوله‌های فولادی ضد زنگ استاندارد توسط مشخصات ANSI ASME B36.19 تعیین می‌شود. لوله‌های فولادی ضد زنگ بدون درز در اندازه‌هایی از 1/8 اینچ تا 24 اینچ موجود هستند، در حالی که لوله‌های فولادی ضد زنگ جوش داده شده در اندازه‌هایی از 2 اینچ تا 36 اینچ تولید می‌شوند (لوله‌های ASTM A312، که لوله‌های فولادی ضد زنگ کروم-نیکل آستنیتی جوش داده شده با فیوژن الکتریکی یا لوله‌های نورد شده هستند).