قسم مجوف من الأنابيب الفولاذية المستطيلة والمربعة للهيكل
يوليو 25, 2023
JCOE أنابيب الصلب الملحومة | JCOE UOE LSAW
يوليو 26, 2023
نظرة عامة على درجات أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ وخصائصها
تحظى الفولاذ المقاوم للصدأ بتقدير كبير لتعدد استخداماتها ومتانتها عبر العديد من التطبيقات. هناك درجات مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ, تم تحسين كل منها لسيناريوهات استخدام محددة في القطاعات بما في ذلك الصناعة, البحرية, البناء, والنقل. يقدم الجدول أدناه نظرة عامة على بعض الخيارات الشائعة:
| مجموعة السبائك | لا UNS. | المعروف باسم |
|---|---|---|
| الأوستنيتي | S30100, S30400, S30403, S31600, S31603, S32100, S31000, S30815, N08904, S31254 | 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310, 253MA, 904L, 254سمو أو “6مو” |
| يتوفر الفولاذ المقاوم للصدأ في مجموعة من الدرجات بما في ذلك الأوستنيتي | S40900, S41003, S43000, S43932, S44400 | 409, 3CR12 أو 1.4003, 430, 439, 444 |
| مارتنسيتي | S41000, S42000, S43100, S44004 | 410, 420, 431, 440ج |
| دوبلكس | S32101, S32304, S32205, S32750, S32520 | 2101, 2304, 2205, 2507, UR2507Cu |
| تصلب هطول الأمطار | S17400, S17700, S15500 | 17-4الرقم الهيدروجيني أو 630, 17-7الرقم الهيدروجيني أو 631, 15-5PH |
عند اختيار أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ لتطبيق معين, الخطوة الأولى هي تحديد الخصائص الأساسية التي تحتاج إلى إعطاء الأولوية. ويمكن تقسيم هذه إلى خمس مجموعات: الأوستنيتي, دوبلكس, الحديدي, مارتنسيتي, وتصلب هطول الأمطار.
فيما يلي نظرة عامة موجزة عن كيفية اختيار مجموعات ودرجات السبائك المختلفة بناءً على متطلبات محددة:
- تآكل مقاومة: الاختيار يعتمد على البيئة. مطلوب مزيد من المناقشة للاختيار الدقيق.
- مقاوم للحرارة: الدرجات الأوستنيتي, وخاصة تلك التي تحتوي على نسبة عالية من الكروم, في كثير من الأحيان أيضًا مع نسبة عالية من السيليكون, النيتروجين والعناصر الأرضية النادرة (على سبيل المثال, الدرجات 310 و 253MA), يتم تحديدها عادة. يتم استخدام الحديد المستقر في ظروف أقل قسوة. تتمتع درجات الحديد عالية الكروم بمقاومة عالية للأكسدة (على سبيل المثال, 446), ولكن لديها قوة ساخنة أقل.
- المبردة (درجة حرارة منخفضة) مقاومة: تتمتع الدرجات الأوستنيتي بصلابة ممتازة في درجات حرارة منخفضة جدًا. لا يوجد أنواع أخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ مناسبة لدرجات الحرارة المنخفضة جدًا.
- الاستجابة المغناطيسية: الدرجات الأوستنيتي لها نفاذية مغناطيسية منخفضة; درجات النيكل أعلى (على سبيل المثال, 316 أو 310) من المرجح أن تكون غير مغناطيسية إذا عملت على البارد.
- قوة عالية: يتم بشكل عام اختيار درجات تصلب المارتينسيت وهطول الأمطار. يمكن أن تكون الدرجات المزدوجة مفيدة أيضًا. تتمتع الدرجات الأوستنيتيية المعالجة على البارد أيضًا بقوة عالية.
اختيار أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ لمقاومة التآكل
يمكن أن يكون اختيار الدرجة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لبيئة تآكل معينة مهمة معقدة. غالبًا ما تتضمن الإستراتيجية الجيدة النظر في ما تم استخدامه من قبل في بيئات مماثلة, مدة خدمة تلك المواد, وأنماط تآكلها.
المقاومة العامة للتآكل
بالنسبة لبيئات مثل الأحماض القوية حيث يكون التآكل العام الموحد هو الاهتمام الرئيسي, هناك جداول منشورة للدرجات الموصى بها ومنحنيات التآكل المتساوي التي توفر معدلات التآكل المتوقعة. ومع ذلك, يمكن أن تحتوي البيئات المتشابهة ظاهريًا على اختلافات طفيفة تؤثر بشكل كبير على معدلات التآكل. الاحتياجات, حتى آثار الكلوريد يمكن أن تكون ضارة.
التآكل المحلي
غالبًا ما يتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ بسبب التآكل المحلي, بشكل رئيسي عن طريق آليات التنقر وتآكل الشقوق, والتي يتم التحكم فيها إلى حد كبير من خلال وجود الكلوريدات في البيئة, تتفاقم بسبب ارتفاع درجة الحرارة. تتم الإشارة إلى مقاومة درجة معينة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل والشقوق من خلال الرقم المكافئ لمقاومة الحفر (قبل), والتي يمكن حسابها على النحو التالي:
PRE = %Cr + 3.3 %Mo + 16 %N
هنا, %Cr يمثل نسبة الكروم, %Mo نسبة الموليبدينوم, و %N نسبة النيتروجين في السبيكة. تشير قيم PRE الأعلى إلى مقاومة أكبر للتآكل والشقوق.
“سوبر الأوستنيتي” الدرجات (على سبيل المثال, N08904 وS31254) مع ما يصل إلى 6% مو و “سوبر دوبلكس” الدرجات (على سبيل المثال, S32750 وS32520) مع نسبة عالية من الكروم, الموليبدينوم, ويمكن لإضافات النيتروجين أن تقاوم البيئات الأكثر شدة المحتوية على الكلوريد حتى نقطة الغليان القريبة.
“تلوين الشاي” هو شكل محدد من أشكال التآكل الموضعي الموجود في عناصر أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المعرضة لبيئات جوية عدوانية, مثل التعرض البحري. اختيار الصف, جودة النهاية, طريقة التصنيع, تثبيت, والصيانة تلعب جميعها أدوارًا مهمة في التخفيف من هذه المشكلة.
تكسير التآكل الإجهاد (SCC)
الدرجات الأوستنيتي المشتركة مثل 304 و 316 هم عرضة لتكسير التآكل الإجهاد (SCC), خاصة في بيئات الكلوريد عند درجات حرارة أعلى 60 درجة مئوية تحت إجهاد الشد. تعتبر درجات الحديديك محصنة تقريبًا ضد هذا النوع من الهجوم, والدرجات المزدوجة شديدة المقاومة. إذا كانت SCC مشكلة محتملة, يمكن أن يكون الصف الحديدي أو المزدوج خيارًا حكيمًا.
اختيار أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ للخصائص الميكانيكية والفيزيائية
غالبًا ما يتضمن اختيار أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ مراعاة مقاومة التآكل المطلوبة والخصائص الميكانيكية والفيزيائية للمعدن. درجات المارتنسيت عالية القوة (على سبيل المثال, 431) ودرجات تصلب هطول الأمطار (على سبيل المثال, 630/17-4PH) غالبًا ما يتم اختيارها لتطبيقات مثل الأعمدة ومغازل الصمامات.
درجة مزدوجة عالية القوة مثل 2205 قد يحل مشكلة التآكل بينما يساهم أيضًا في فعالية التكلفة نظرًا لقوته العالية. قد توفر درجة الحديد مثل 3CR12 مقاومة كافية للتآكل للتطبيقات غير الزخرفية وتوفر ميزة التشوه الأقل الناتج عن التغيرات في درجات الحرارة بسبب انخفاض معامل التمدد الحراري., مماثلة لتلك المصنوعة من الفولاذ الطري و 2/3 أن من الدرجات الأوستنيتي مثل 304.
تذكر أن الاختيار يجب أن يأخذ في الاعتبار دائمًا الخصائص الميكانيكية والفيزيائية في أقرب وقت ممكن من العملية.
عند اختيار الدرجات لمقاومة التآكل, من المهم أيضًا التفكير في كيفية تصنيع المنتج. يؤثر هذا الاعتبار بشكل كبير على اقتصاديات المنتج. فيما يلي مقارنة بين بعض الدرجات الشائعة وخصائص التصنيع النسبية. المقارنات تعسفية 1 إلى 10 مقاييس, مع 10 يشير إلى تصنيع ممتاز بالطريقة المحددة.
| درجة | القدرة على التصنيع | قابلية اللحام | القابلية للتشكيل |
|---|---|---|---|
| 303 | 10 | 2 | 5 |
| 304 | 5 | 8 | 8 |
| 316 | 5 | 8 | 7 |
| 3CR12 | 6 | 8 | 7 |
| 431 | 6 | 5 | 5 |
| 630/17-4PH | 5 | 7 | 5 |
من المهم أن نلاحظ أنه قد يكون هناك مقايضة بين الخصائص المرغوبة. الاحتياجات, الصف 303 لديه إمكانية تصنيع ممتازة. ومع ذلك, نسبة الكبريت العالية, مما يزيد من سرعة القطع بشكل كبير, كما يقلل بشكل كبير من قابلية اللحام للصف, القابليه للتشكيل, ومقاومة التآكل. لا يؤثر PRE المحسوب لهذا الصف في التأثير السلبي للكبريت, مما يجعلها غير مناسبة للاستخدام في البيئات البحرية أو بيئات الكلوريد الأخرى.
اختيار أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ للتكلفة
يمكن النظر إلى التكلفة على أنها سعر الشراء الواضح بالدولار/كجم أو الدولار/المتر. ومع ذلك, ومن الممكن أن يقدم هذا النهج رؤية مشوهة على المدى القصير. النهج الأكثر واقعية هو "التكلفة الإجمالية للملكية" (التكلفة الإجمالية للملكية) أو "تكلفة دورة الحياة" (LCC) رأي. يؤدي ذلك إلى تقييم التكلفة التي يتحملها مالك الأصل على مدار العمر المطلوب للعنصر. وهو يأخذ في الاعتبار تكاليف الصيانة المستمرة أو الاستبدال, من المحتمل أن يؤدي ذلك إلى انخفاض التكلفة الإجمالية للملكية على الرغم من ارتفاع سعر الشراء الأولي.
الاحتياجات, اختيار درجة أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ 301 لعربات السكك الحديدية في الضواحي تضمن بقاء السيارة الأساسية دون صدأ هيكلي طوال العمر المطلوب, تقاس بالعقود. ستكون الألواح المقاومة للصدأ قابلة للتنظيف, لن يتطلب أي اللوحة, ولن يحتاج الأعضاء الهيكليون إلى عمليات تفتيش منتظمة مكلفة للتحقق من السلامة.
هناك اعتبار آخر وهو الاختيار بين المنتجات القياسية والخاصة. عادةً ما تكون المنتجات القياسية المتوفرة على أرفف الوكلاء أقل تكلفة من المنتجات التي تحتاج إلى تصنيع خاص. التصميم على أساس المعيار مخزون العناصر عادة ما تدفع أرباحا. الاستثناء لذلك هو إذا كانت الكمية المطلوبة كبيرة وتم التخطيط للمتطلبات بشكل جيد في المستقبل - هنا يمكن أن يكون المنتج الخاص أقل تكلفة ويقلل أيضًا من تكاليف التصنيع.
خاتمة
قبل اختيار درجة الفولاذ المقاوم للصدأ, لا تأخذ في الاعتبار فقط الخصائص المطلوبة مثل مقاومة التآكل, ولكن أيضًا الخصائص الثانوية مثل الخواص الفيزيائية والميكانيكية, وسهولة التصنيع. سيتم مكافأة الاختيار الصحيح ليس فقط لفترة طويلة, حياة خالية من المتاعب, ولكن أيضًا عن طريق التصنيع والتركيب بتكلفة معقولة.
الوظائف ذات الصلة
مواصفات ASTM A554 تغطي الحديدي, الأنابيب الميكانيكية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والأوستنيتي الحديدي الملحومة والمخصصة للاستخدام في الهياكل الهيكلية, الزينة, العادم والتطبيقات الأخرى حيث الخواص الميكانيكية, المظهر, أو هناك حاجة إلى مقاومة التآكل. يتم شحن أنابيب ASME SA554 عادة بدون طبقة واقية. تغطي مواصفات ASTM A554 الأنابيب الميكانيكية الملحومة أو المخفضة على البارد بأحجام تصل إلى 16 بوصة (406.4 مم) البعد الخارجي وسمك الجدار 0.020 بوصة (0.51 مم). الأنابيب الميكانيكية الملحومة ASTM A554 مصنوعة من الفولاذ المدلفن المسطح من خلال عملية لحام أوتوماتيكية دون إضافة معدن حشو. أنابيب ASTM A554 مفروشة بأحد الأشكال التالية – مربعة, مستدير - كروي, مستطيلي, أو خاص.
سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة المزدوجة لها خصائص حديدية / الأوستنيتي, إعطاء هذه المواد قوة فائقة ومقاومة ممتازة للأكسدة. بينما تتضمن عائلة الدرجة المزدوجة مجموعة واسعة من التركيبات المحددة, دوبلكس S31803 (2205) وسوبر دوبلكس S32750 (2507) الفولاذ المقاوم للصدأ هما من أكثر أنواع الفولاذ شيوعا. منتجات الفولاذ المقاوم للصدأ هذه متعددة الاستخدامات للغاية, مع العديد من التطبيقات في مجال النفط والغاز, البتروكيماويات, والصناعات التحويلية الكيميائية.
S31803 هو نظام الترقيم الموحد (الولايات المتحدة) تعيين للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الأصلي. تم إنشاء نظام UNS من قبل عدد من المجموعات التجارية التي عملت معًا في السبعينيات, لتقليل الارتباك الناتج عن تسمية نفس السبيكة بأشياء مختلفة أو العكس. يشار إلى كل معدن بحرف متبوعًا بخمسة أرقام, حيث يشير الحرف إلى عائلة المعادن أي. S للفولاذ المقاوم للصدأ.
أشابة 347 ينتمي الفولاذ المقاوم للصدأ إلى عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ومعروف بثباته الاستثنائي بسبب وجود عناصر التثبيت. هذه السبيكة قابلة للحام بدرجة عالية, وفي معظم الحالات, التلدين ليس ضروريا بعد اللحام ما لم يكن تخفيف الضغط مطلوبا. المقاومة الرائعة للأكسدة والتآكل التي أظهرتها 347 الفولاذ المقاوم للصدأ يجعله خيارا موثوقا به لمختلف التطبيقات. تسمح قوة الزحف العالية لها بالأداء الأمثل في درجات حرارة تصل إلى 1600 F.
