امروزه با توجه به پیشرفت صنعت تاسیسات و لوله کشی در کشور، لوله ها و قطعاتی با جنس فولاد زنگ نزن و استیل بسیار مهم و کاربردی هستند. همان طور که می دانیم یکی از محصولاتی که به طور گسترده در صنعت تاسیسات مورد استفاده است و در واقع جزء اصلی اکثر صنایع است، لوله ها هستند. انواع مختلف لوله های فولاد زنگ نزن و استیل در بازار موجود بوده و تقاضای بالایی در بازار دارند و یکی از پراستفاده ترین محصولات هستند. برای استفاده درست و مناسب از انواع لوله ها، اتصالات و قطعات مختلف در تاسیسات و صنایع متفاوت ابتدا لازم است تا با خصوصیات جنس آن ها آشنا شویم.
در واقع به طور خلاصه استیل ها و فولاد زنگ نزن آلیاژ هایی از آهن هستند که دارای خصوصیات بسیار منحصر به فردی بوده که در ادامه این مطلب به طور کامل به آن ها اشاره می کنیم.
در ابتدا به معرفی فولاد زنگ نزن و استیل پرداخته و با تعریف آن ها و نحوه ساخت و حاصل شدنشان آشنا می شویم. سپس اقدام به معرفی ویژگی ها و خصوصیات استیل و استنلس استیل کرده و به آشنایی با آن ها می پردازیم. در نهایت به انواع مختلف استیل ها اشاره کرده و درباره کاربرد های آن مطالبی را خواهیم دید.
ابتدا با تعریف لوله آشنا می شویم سپس سراغ تعریف استیل می رویم. لوله (Pipe) ظرفی تو خالی با مقطع دایروی است که دارای قطر بیرونی، ضخامت و طول مشخصی است و برای جابجایی و انتقال سیالات مورد استفاده قرار می گیرد. این محصول با جنس های مختلف همچون انواع فولادی (به عنوان مثال فولاد زنگ نزن)، فایبرگلاس، بتنی و … موجود است. لوله فولادی از جمله لوله های پر کاربرد در صنایع هستند و در یک تقسیم بندی کلی در دو دسته لوله درز دار و بدون درز (مانیسمان) قرار می گیرند. با این مطلب به اهمیت فولاد (استیل) در لوله ها پی می بریم. در واقع قطعات فولادی به علت ویژگی های خوب خود و انواع مختلف، از پر کاربردترین ها هستند. می توانید مقاله تفاوت لوله درزدار و بدون درز چیست؟ را مطالعه کنید.
به طور کلی استیل یا فولاد، به صورت زیر تعریف می شود:
به آلیاژهایی که پایه آن ها از آهن تشکیل شده و کمتر از 2 درصد کربن دارند، استیل یا فولاد می گویند.
البته استیل ها خود انواع مختلفی دارند که در اثر تفاوت در میزان کربن موجود در آهن و همچنین حضور برخی دیگر از مواد، به وجود می آیند و تولید می شوند. این آلیاژهای مختلف فولادی هر کدام خصوصیات منحصر به فرد خود را دارند و با توجه به آن ها در محل ها و قطعات مختلف با توجه به کاربرد، به کار می روند.
دسته بندی فولاد (استیل) به شکل زیر است:
فولادها به دو دسته کلی تقسیم می شوند که بر اساس آلیاژهای موجود در کنار آهن است.
دسته اول فولاد ساده کربنی نام دارد که عنصر اصلی و تاثیر گذار در آن کربن است. این دسته از استیل، تنها کربن را به عنوان عنصر تاثیر گذار در آلیاژ خود کنار آهن دارد.
دسته دوم فولاد آلیاژی است که با اضافه نمودن برخی از عناصر مانند کروم به آهن تشکیل می شود، که به آن استیل زنگ نزن یا استنلس استیل می گویند که در برابر انواع خوردگی های مختلف مقاومت بالایی دارند و هم اکنون در بازار ایران در زمینه اجرای نرده استیل از این نوع استیل استفاده می شود.
پس به طور خلاصه دو دسته استیل داریم که به آن ها اشاره کردیم. در بخش بعدی به روند تولید فولاد اشاره می کنیم و با برخی از ویژگی های استیل و فولاد زنگ نزن نیز در ادامه آشنا می شویم.
همان طور که پیشتر، استیل را تعریف کردیم، می دانیم که فولاد یا استیل (Steel) آلیاژی از آهن است که بین ۰٫۰۰۲ تا ۲٫۱ درصد وزن آن کربن است. خواص فولاد به کمک تغییر در درصد کربن، عناصر آلیاژی و عملیات حرارتی قابل کنترل است و این امکان را فراهم می کند که بدین وسیله به استیل با ویژگی های مورد ننظر خود برسیم.
مهم ترین ویژگی های استیل (فولاد)
استفاده از فولاد به دلیل همین ویژگی های استحکام کشش نهایی زیاد و قیمت نسبتاً پایین آن در ساخت صنایع مختلفی از قبیل ساختمان سازی، سازههای زیرساختی، ابزارها، کشتیها، قطارها، خودروها و اکثر ماشین آلات و تجهیزات صنعتی، کاربرد گسترده دارد.
درباره استحکام استیل ها و فولاد زنگ نزن، توجه به این نکته ضروری است:
استحکام فولاد با میزان کربن محلول در آلیاژ به شدت افزایش مییابد اما از طرفی این افزایش استحکام باعث کاهش قابلیت جوشکاری و افزایش احتمال شکست (ترد شدن استیل) میشود.
تولید فولاد (استیل)
برای ساخت فولاد، دو روش عمده وجود دارد. روش اول استفاده از آهن اسفنجی و کورههای قوس الکتریکی برای ذوب آهن اسفنجی و سپس آلیاژسازی است. روش دوم استفاده از آهن خام (آهن تولید شده در فرایند احیای غیرمستقیم) و سوزاندن کربن اضافی آن است. طی این فرایند میزان کربن آهن خام از بازه ۵٫۳ تا ۶ به ۲٫۰ تا ۱٫۵ درصد وزنی کاهش مییابد، سپس عناصر دیگر در آن افزوده میشوند تا ترکیب مورد نظر بدست آید.
به طور کلی، فولاد را با سوزاندن کربن آهن خام سفید و همجوش کردن آن با کمی کربن و اندازه کردن عنصرهای دیگر در آن، به دو روش زیر تولید میکنند.
در این روش آهن خام در تشت کورهی شعله ای گذاشته می شود و روی آن شعله دمیده میشود تا به صورت مذاب تبدیل شود. آهن خام مذاب شده به هم زده میشود تا کربن آن با تماس با اکسیژن هوا بسوزد. پس از آن که کربن آن به مقدار قابل توجهی به صورت گاز دی اکسید کربن از آن جدا شد، دمای ذوب آن بالا میرود و به صورت خمیری درمیآید. خمیر فولاد به شکل تکه تکه با گازانبر از کوره بیرون آورده میشود و با پتک روی آن میکوبند تا سرباره تشکیل شده از آن جدا شود و یکپارچه شوند. سپس از فولاد تولید شده، استفاده میشود.
امروزه به طور تقریبی تمامی فولاد جهان از طریق ذوب آهن به روشهای مختلف به دست میآید. این روشها میتوانند شامل فولادسازی در کنورتور یا فولادسازی در کورههای قوس الکتریکی باشد.
در روشهایی که از کنورتور استفاده میشود، آهن خام مذابی که از که فرایند کوره بلند به دست آمدهاست درون کنورتور ریخته میشود تا با استفاده از دمش گاز اکسیژن کربن اضافی آن سوزانده شود. بدین ترتیب کربن فولاد به میزان مورد نظر خواهد رسید. سپس با اضافه کردن عناصر آلیاژی به آن استحکام فولاد افزایش خواهد یافت.
در تصویر زیر تقسیم بندی استیل ها و به طور کلی آلیاژ ها، آورده شده است.
استنلس استیل (فولاد زنگ نزن) در واقع آلیاژی از فولاد است که اصلیترین عناصر تشکیل دهنده آن آهن، کروم و نیکل است و در آن حداقل درصد جرمی کروم ۱۰٫۵ درصد و حداکثر درصد جرمی کربن ۱٫۲ درصد است.
فولادهای زنگ نزن (استنلس استیل) به دلیل خاصیت غیرفعال شدن خود توانایی مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می دهند. فولادهای زنگ نزن به دلیل شکل گرفتن یک لایه غیر فعال بر روی سطحشان که به شدت به ماده زیرین پیوند خورده است و از تماس بیشتر ماده به محیط اطراف جلوگیری میکند چنین خاصیتی دارند. برای اینکه این پدیده غیرفعال سازی بهطور پایدار در فولاد اتفاق بیفتد نیاز است که حداقل ۱۰٫۵ درصد از ماده را کروم تشکیل دهد.
علت زنگ نزن بودن استنلس استیل در ادامه آورده شده است:
هنگامی استیل ضد زنگ می شود که در میان عناصرش حداقل 10.5% کروم داشته باشد. این مقدار کروم پس از ترکیب شدن با اکسیژن هوا بر روی فولاد زنگ نزن لایه ای را به نام اکسید کروم تشکیل می دهد که این لایه دیده نمی شود. این لایه باعث از بین رفتن ارتباط بین استیل و هوا می شود و در نتیجه استیل سالم می ماند. هر چه قدر مقدار کروم همراه عناصر دیگری همچون نیکل و مولیبدن بیشتر باشد این لایه تقویت می شود و خاصیت ضد زنگ بودن استیل را افزایش می دهد.
در ادامه به روش تولید فولاد زنگ نزن اشاره شده است.
بیشتر فولاد های زنگ نزن ابتدا در کوره های قوس الکتریکی یا کوره های اکسیژن ذوب می شوند و بعد از آن عمدتا برای کاهش میزان کربن در یک مخزن دیگر تصفیه می شوند. در روند تخلیه کربن زدایی آرگون-اکسیژن، مخلوطی از گاز اکسیژن و آرگون به فولاد مایع تزریق می شود. با تغییر نسبت اکسیژن و آرگون، امکان حذف کربن در سطوح کنترل شده توسط اکسیداسیون آن به مونوکسید کربن وجود دارد. بدین ترتیب، مواد خام ارزان تر مانند فروکروم با کربن بالا ممکن است در عملیات ذوب اولیه استفاده شوند.
فولاد زنگ نزن یک ماده همه کاره است که می تواند برای طیف گسترده ای از کاربرد های مختلف استفاده شود. این کاربرد بسیار زیاد به علت ویژگی های مناسب آن است که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم. ويژگي های ممتاز آلیاژ استنلس استیل (فولاد زنگ نزن) به شرح زیر است:
همچنین مزایای استفاده از لوله های فولادی زنگ نزن که از کاربردی ترین قطعات ساخته شده با جنس استینلس استیل هستند، به شرح زیر است:
به طور کلی لوله فولاد زنگ نزن در کارخانه های شیمیایی، پالایشگاه ها، کارخانه های کاغذی، و صنایع غذایی استفاده می شود. در ادامه با کاربرد های مختلف انواع متفاوت فولاد زنگ نزن آشنا می شویم:
برای تمام موارد ساخت و ساز که در آن استحکام و مقاومت در برابر خوردگی بالا مورد نیاز است، گزینه مناسبی است.
لوله های فولاد ضد زنگ 318، در جایی که اسیدها، آب نمک، آب گوگرد، آب دریا یا نمک های هالوژن وجود دارد، به کار می روند.
این فولاد زنگ نزن برای کاربردهای صنعتی و جراحی، در فضای باز یا دریایی ( به دلیل مقاومت در برابر خوردگی کلرید) مناسب است. نوع ۳۱۶ به طور گسترده ای در صنایع کاغذ سولفیت و برای تولید دستگاه های شیمیایی کارخانه، تجهیزات عکاسی و پلاستیک استفاده می شود.
در انتها لازم است اشاره کنیم که زمینه های دیگر که در آن از لوله های فولاد زنگ نزن استفاده می شود عبارتند از: حمل و نقل هوایی، الکترونیک، خودرو، صنعت دریایی، سیستم گرمایشی و تهویه هوا، پزشکی، معماری و صنعت نساجی.