آلیاژهای مقاوم به حرارت، فشار و خوردگی در ساخت انواع سازه ها، به موادی اشاره دارد که برای ساخت مخازن یا سازه هایی که در شرایط سخت و محیط‌هایی با دماهای بالا، فشارهای زیاد و خوردگی قرار می‌گیرند، استفاده می‌شوند. این آلیاژها دارای خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه‌ای هستند که آنها را مناسب برای مقابله با شرایط سخت می‌سازد.
آلیاژهای مقاوم به حرارت باید قادر باشند در دماهای بالا (معمولاً بیش از 500 درجه سانتیگراد) استحکام و سختی خود را حفظ کنند. این مواد باید بتوانند در معرض حرارت بالا، مانند فرآیندهای صنعتی، پخت و پز، واکنش‌های شیمیایی و غیره، عملکرد مطلوبی داشته باشند. آلیاژهای مقاوم به فشار باید بتوانند در مقابل فشارهای زیاد و نیروهای خمشی که به آنها اعمال می‌شوند، مقاومت کنند. این آلیاژها باید قادر باشند تا در فشارهای بالا که ممکن است در ساختمان مخزن تحت فشار ایجاد شود، تغییر شکل کمی داشته باشند و از شکستن یا تغییر شکل ناخواسته جلوگیری کنند.
مخازن تحت فشار در معرض محیط‌های خورنده مثل اسیدها، قلیاها، مواد شیمیایی قوی و غیره قرار می‌گیرند. آلیاژهای مقاوم به خوردگی باید قادر باشند در برابر اثرات خوردگی و آب‌زنی محیط‌های شیمیایی مقاومت کنند و از تغییرات شیمیایی و زنگ زدگی جلوگیری کنند. آلیاژهای مقاوم به حرارت، فشار و خوردگی در ساخت مخازن تحت فشار برای ایجاد سازه‌هایی با عمر طولانی، کاهش خرابی و افزایش ایمنی استفاده می‌شوند.
دلایل بروز تنش در سازه ها
فشار، خوردگی و حرارت می‌توانند به دلایل مختلف در یک مخزن ایجاد شوند. فشار در یک مخزن ممکن است به دلیل وجود مواد گازی یا مایع درون مخزن می‌تواند فشار داخلی را ایجاد کند. این فشار ممکن است به صورت استاتیک (ثابت) یا دینامیک (جریانی) باشد. مخازن تحت فشار ممکن است در معرض فشار خارجی قرار گیرند، مانند فشار زمین و فشار آب در مخازن آب و فاضلاب.
تغییرات دما می‌توانند باعث ایجاد فشار ترموالاستیک در مخزن شوند، که ممکن است نیازمند طراحی و مواد مقاوم به حرارت باشد. خوردگی می‌تواند به دلیل تماس ماده مخزن با محیط‌های خورنده و شیمیایی باشد. محیط‌هایی که دارای اسیدها، قلیاها، نمک‌ها، گازهای خورنده و غیره هستند، ممکن است باعث خوردگی مخازن شوند. وجود الکترولیت‌ها (مانند آب) می‌تواند باعث خوردگی الکتروشیمیایی در مخازن شود. ترکیبات آب، گازها و دیگر مواد در مخازن ممکن است باعث خوردگی شوند.
مخازنی که در فرآیندهای حرارتی مانند تولید بخار، تولید برق، پخت و پز و غیره استفاده می‌شوند، با دماهای بالا و تغییرات حرارتی مواجه می‌شوند. انتقال حرارت از محیط خارجی به داخل مخزن یا برعکس، می‌تواند باعث تغییرات حرارتی در مخزن شود. به منظور مقابله با این عوامل، استفاده از آلیاژهای مقاوم به حرارت، فشار و خوردگی در ساخت مخازن ضروری است تا مخزن بتواند در شرایات سخت و محیط‌هایی با فشار، خوردگی و حرارت بالا عملکرد مطلوبی داشته باشد و از خرابی و حوادث ناخواسته جلوگیری کند.
انواع آلیاژ های مقاوم در برابر حرارت و خوردگی
- فولاد ضد زنگ نوع 304
وسایل خانگی مانند قاب‌های درب و پنجره‌ها، وسایل آشپزخانه مانند سینک و ماشین‌های قهوه‌ساز باشد.
حاوی حداقل 10.5% کروم می‌باشند که باعث ایجاد لایه‌ی پاسیو در سطح فولاد می‌شود و مقاومت بالا در برابر خوردگی را فراهم می‌کند. اضافه کردن عناصری مانند نیکل و مولیبدن به فولاد ضد زنگ، مقاومت در برابر خوردگی بهبود می‌بخشد و قابلیت تحمل شرایط حرارتی و فشار بالا را افزایش می‌دهد.
کد استاندارد ASTM: ASTM A240
نام تجاری: 18/8 Stainless Steel - فولاد کروم-مولیبدن
قطعاتی با خواص مکانیکی بالا مانند قطعات موتورهای خودرو، ابزارهای برش و قطعات صنعتی باشد.
شامل کروم و مولیبدن با مقادیر قابل توجهی هستند. این آلیاژها به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و خواص مکانیکی قوی، برای ساخت قطعاتی که در شرایط سخت مانند لوله‌ها و مخازن تحت فشار استفاده می‌شوند، مناسب هستند.
کد استاندارد ASTM: ASTM A182
نام تجاری: 316 Stainless Steel - فولاد آلیاژی کروم-نیکل-مولیبدن
لوله‌های خطوط لوله‌کشی نفت و گاز، تجهیزات دریایی مانند قطعات کشتی و سیستم‌های پمپاژ باشد.
فولادهای کروم-نیکل-مولیبدن (Chrome-Nickel-Molybdenum Steel) یا فولادهای آلیاژی مانند Inconel و Hastelloy، حاوی کروم، نیکل و مولیبدن به میزان قابل توجهی هستند. این آلیاژها مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی و شرایط حرارتی بالا را دارند و در بخش‌هایی مانند صنایع پتروشیمی، هوافضا و صنایع پردازش شیمیایی استفاده می‌شوند.
کد استاندارد ASTM: ASTM A182
نام تجاری: 316L Stainless Steel - فولاد آلیاژی کروم-منگنز-مولیبدن
تیغه‌های توربین هواپیما، قطعات موتورهای جت و قطعات ماشین‌آلات سنگین باشد.
فولادهای کروم-منگنز-مولیبدن (Chrome-Manganese-Molybdenum Steel) شامل کروم، منگنز و مولیبدن هستند. این آلیاژها عموماً برای ساخت قطعاتی استفاده می‌شوند که در شرایط سخت مانند لوله‌ها و مخازن تحت فشار عمل می‌کنندبعلاوه، آلیاژهای فولادی دیگری نیز برای تحمل شرایط سخت استفاده می‌شوند.
کد استاندارد ASTM: ASTM A743
نام تجاری: CD4MCu Stainless Steel - فولاد آلیاژی کروم-وانادیوم
قطعاتی با مقاومت بالا در برابر حرارت مانند قطعات توربین بخار، قطعات موتورهای احتراق داخلی و قطعات صنایع هوافضا باشد.
این آلیاژها شامل کروم و وانادیوم به مقادیر قابل توجهی هستند. آنها دارای مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت و خوردگی هستند و به خاطر خواص مکانیکی و سختی بالایشان برای شرایط سخت صنعتی مناسب هستند.
کد استاندارد ASTM: ASTM A193
نام تجاری: A286 Stainless Steel - فولاد آلیاژی نیکل-کبالت
قطعاتی با مقاومت بالا در برابر حرارت و خوردگی مانند قطعات توربین گاز، ایمپلنت‌های پزشکی و قطعات صنایع پتروشیمی باشد.
این آلیاژها شامل نیکل، کبالت و عناصر دیگری می‌باشند. آنها مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت و خوردگی را دارند و برای ساخت قطعاتی که در شرایط سخت و در دماهای بسیار بالا عمل می‌کنند، استفاده می‌شوند.
کد استاندارد ASTM: ASTM F75
نام تجاری: MP35N Alloy - فولاد آلیاژی تنگستن
قطعاتی با مقاومت بسیار بالا در برابر سایش و حرارت مانند ابزارهای برش و قطعات فولادی در برابر سایش شدید باشد.
فولادهای آلیاژی تنگستن شامل تنگستن و عناصر دیگری مانند کروم، نیکل و مولیبدن هستند. آنها دارای مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت، خوردگی و فشار هستند و برای ساخت ابزارهای بالاقوه، قطعات موتورهای جت و قطعاتی که در شرایط سخت عمل می‌کنند، استفاده می‌شوند.
کد استاندارد ASTM: ASTM A686
نام تجاری: Tungsten Steel
ترکیبات آلیاژ های سازگار با انواع تنش
آلیاژهای مقاوم به حرارت، فشار و خوردگی که در ساخت مخازن تحت فشار استفاده می‌شوند، معمولاً شامل ترکیباتی از فلزات و عناصر دیگر هستند که خواص ویژه‌ای در برابر شرایط سخت دارند.
| نوع آلیاژ | کاربرد | نمونه |
| استنلس استیل | آلیاژهای استنلس استیل، شامل فولادهای ضد زنگ با مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت هستند | آلیاژهایی مانند 304 و 316 استنلس استیل، که حاوی کروم و نیکل هستند، بسیار مقاوم در برابر خوردگی محیطی و خوردگی الکتروشیمیایی هستند |
| تیتانیوم | آلیاژهای تیتانیوم معمولاً در مخازنی که در دماهای بسیار بالا عمل می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرند | تیتانیوم، خاصیت سبکی، مقاومت بالا در برابر خوردگی و مقاومت خوب در برابر حرارت را داراست |
| نیکل | آلیاژهای نیکل معمولاً در برابر خوردگی و حرارت بالا مقاومت بسیار بالایی دارند | آلیاژهایی مانند Inconel و Hastelloy، که حاوی نیکل و عناصر دیگر مانند کروم و مولیبدن هستند، برای ساخت مخازن تحت فشار در صنایع پتروشیمی، هوافضا و صنایع پردازش شیمیایی استفاده می‌شوند |
| آلومینیوم | آلومینیوم به دلیل خواص سبکی، مقاومت خوب در برابر خوردگی و قابلیت انتقال حرارت، برای ساخت مخازنی که در دماهای بالا و با فشارهای نسبتاً کم استفاده می‌شوند، مناسب است | |
| آلیاژهای فولادی خاص | برخی آلیاژهای فولادی خاص، مانند فولادهای آلیاژی کربنی و کروم مولیبدن، برای ساخت مخازن تحت فشار در برابر فشار، خوردگی و حرارت بالا استفاده می‌شوند. |
انواع آلیاژ کربن استیل مقاوم به فشار بالا، حرارت و خوردگی
- فولاد ساختمانی ST52 (DIN 17100):
کد استاندارد DIN: DIN 17100
کد استاندارد ASTM: ASTM A572
نام تجاری: St52-3
کاربردها: استفاده در ساخت قطعات سازه‌های فلزی، تجهیزات صنعتی و توربین‌های بادی.
روش ساخت: رول‌گردانی، جوشکاری و فرآیندهای حرارتی. - فولاد ساختمانی S355 (EN 10025):
کد استاندارد DIN: DIN EN 10025-2
کد استاندارد ASTM: ASTM A572
نام تجاری: S355J2
کاربردها: استفاده در ساخت قطعات سازه‌های فلزی، تجهیزات صنعتی و پل‌ها.
روش ساخت: رول‌گردانی، جوشکاری و فرآیندهای حرارتی. - فولاد ساختمانی S690 (EN 10025):
کد استاندارد DIN: DIN EN 10025-6
کد استاندارد ASTM: ASTM A514
نام تجاری: S690QL
کاربردها: استفاده در ساخت قطعات سازه‌های فلزی در شرایط سخت و محیط‌هایی با دما و فشار بالا.
روش ساخت: رول‌گردانی، جوشکاری و فرآیندهای حرارتی. - فولاد کروم-مولیبدن P91 (ASTM A335):
کد استاندارد DIN: DIN 1.4903
کد استاندارد ASTM: ASTM A335
نام تجاری: P91
کاربردها: استفاده در ساخت لوله‌ها و تجهیزات بخار و گاز در نیروگاه‌ها، صنایع پتروشیمی و صنایع سیمان.
روش ساخت: رول‌گردانی، جوشکاری و فرآیندهای حرارتی. - فولاد کروم-مولیبدن P22 (ASTM A335):
کد استاندارد DIN: DIN 1.7380
کد استاندارد ASTM: ASTM A335
نام تجاری: P22
کاربردها: استفاده در ساخت لوله‌ها و تجهیزات بخار و گاز در نیروگاه‌ها و صنایع شیمیایی.
روش ساخت: رول‌گردانی، جوشکاری و فرآیندهای حرارتی.
هر آلیاژ فولاد برای چه روش ساختی مناسب است؟
روش ساخت مخزن و نوع فرآیند های جوشکاری، چکش کاری و پرس کاری، رول کردن و نورد کردن ورق فولادی، تأثیر زیادی در انتخاب آلیاژ فولادی دارد. هر روش ساخت ممکن است نیازهای خاصی را در مورد خواص مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت و قابلیت تشکیل دهی داشته باشد.
- جوشکاری
جوشکاری از روش‌های شایع برای ساخت مخازن است. در این روش، نوع آلیاژ فولادی باید دارای خواص جوشکاری مناسب باشد. برخی آلیاژهای فولادی که برای جوشکاری مناسب هستند عبارتند از: فولادهای آلیاژی کروم-مولیبدن، فولادهای آلیاژی کروم-نیکل-مولیبدن، فولادهای آلیاژی کروم-وانادیوم و فولادهای آلیاژی تنگستن. - چکش کاری و پرس کاری
در روش چکش کاری و پرس کاری، ورق‌های فولادی به شکل مخزن شکل داده می‌شوند. آلیاژهای فولادی با خواص مکانیکی و قابلیت تشکیل دهی مناسب برای این روش شامل فولادهای کروم-مولیبدن، فولادهای کروم-نیکل-مولیبدن و فولادهای کروم-وانادیوم می‌شوند. - رول کردن و نورد کردن ورق فولادی
در روش رول کردن و نورد کردن ورق فولادی، ورق‌های فولادی به شکل استوانه‌ای شکل داده می‌شوند و سپس با جوشکاری قطعات تشکیل شده به هم متصل می‌شوند. برخی از آلیاژهای فولادی که برای این روش مناسب هستند، عبارتند از: فولادهای آلیاژی کروم-مولیبدن و فولادهای آلیاژی کروم-نیکل-مولیبدن.
