فولادهای کوئنچ و تمپر مورد استفاده در ساخت مبدل حرارتی

تعداد بازدید: 1627
چهارشنبه 03 دي 1393

فولادهای کوئنچ و تمپر مورد استفاده در ساخت مبدل حرارتی

فولادهای کوئنچ و تمپر مورد استفاده در ساخت مبدل حرارتی (Quenched & Tempered Steels for Heat Exchanger Construction) یکی از مهم ترین انواع فولاد هستند که سختی پذیری آن ها با افزودن عناصر آلیاژی، برای تولید مارتنزیت در هنگام کوئنچ یا سرد کردن در هوا از دمای منطقه آستنیت در ضخامت ورق، افزایش یافته است. سپس فولاد سرد شده تمپر می شود تا خواص مورد نظر را بدست آورد. معمولا مقدار عناصر آلیاژی این فولادها زیاد است و ترکیب مطلوبی از استحکام و چقرمگی دارند. به این فولادها، فولاد کوئنچ و تمپر می گویند. معمولا جوشکاری این فولادها آسان است زیرا درصد کربن لازم برای دستیابی به استحکام مشخص پایین است. نامگذاری این فولادها به نام "کوئنچ و تمپر" مقداری گمراه کننده است و این اصطلاح همواره به فولادهای مارتنزیتی تعلق نمی گیرد. برخی از فولادهای "نرماله و تمپر شده" نیز باید کوئنچ و تمپر شوند تا نرخ سرد شدن مورد نظر در طول ضخامت زیاد ورق در آن ها ایجاد شود. می توان با کوئنچ و تمپر کردن فولادهای کربن –منگنز نیز خواصی خوبی، مشابه فولادهای پرآلیاژ بدست آورد.

فولادهای کوئنچ و تمپر مورد استفاده در ساخت مبدل حرارتی

ترکیب و خواص فولادهای کوئنچ و تمپر

کربن این فولادها بیش از 0.25 درصد نیست و مجموع  مقادیر عناصر آلیاژی (بدون در نظر گرفتن منگنز و سیلیسیم) در محدوده 0.85 تا 16 درصد قرار می گیرد.  استحکام فولادهای کوئنچ و تمپر در حالت عملیات حرارتی شده، بسته به ضخامت، ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی از 50 تا 150 Ksi متغیر است. این فولادها استحکام بالا و داکتیلیته را به طور همزمان دارا هستند. در این فولادها می توان ترکیب های مختلفی از میزان چقرمگی، استحکام خستگی و مقاومت در برابر خوردگی را بدست آورد تا خواص مورد نیاز برای مخزن تحت فشار مورد استفاده در شرایط اتمسفری، دما بالا یا دماهای پایین را ایجاد کند. برخی از فولادهای کوئنچ و تمپر در دسته بندی فولادهای کربنی ASTM و برخی در دسته فولادهای آلیاژی قرار می گیرند. ورق های فولادی معمول کوئنچ و تمپر در جدول زیر نشان داده شده اند.

فولادهای کوئنچ و تمپر (مشخصات ASTM)
A553 Type 1 (8% and 9% Ni steel)

A542 Type A Cl. 1

A542 Type A Cl. 2

A203 Grade F
A645 5% Ni steel A542 Type A Cl. 3
A542 Type A Cl. 4
A517 (15 Grades)

 

A724 Grade A

A724 Grade B

A724 Grade C

 

A734 HSLA Type A

A734 HSLA Type B

 

A738 Grade A

A738 Grade B

 

A782 Class 1

A542 Type A Cl. 4a

A542 Type B Cl. 1

A542 Type B Cl. 2

A542 Type B Cl. 3

A542 Type B Cl. 4

A542 Type B Cl. 4a

A542 Type C Cl. 1

A542 Type C Cl. 2

A542 Type C Cl. 3

A542 Type C Cl. 4

A542 Type C Cl 4a

 

A533 Type A Cl. 1

A533 Type A Cl. 2

A533 Type A Cl. 3

A533 Type B Cl. 1

A533 Type B Cl. 2

A533 Type B Cl. 3

A533 Type C Cl. 1

A533 Type C Cl. 2

A533 Type C Cl. 3

A533 Type D Cl. 1

A533 Type D Cl. 2

A533 Type D Cl. 3

A782 Class 2

A782 Class 3

 

 

 

 

A543 Type B Cl. 1

A543 Type B Cl. 2

A543 Type B Cl. 3

A543 Type C Cl. 1

A543 Type C Cl. 2

A543 Type C Cl. 3

A537 Cl. 2

توضیحات مختصری در مورد هر کدام از این فولادها در ادامه مطرح خواهد شد:

1- فولاد آلیاژی A517: پانزده گرید کوئنچ و تمپر شده با مینیمم استحکام ksi 90 (برای ضخامت های بیشتر از 2-6 اینچ) و استحکام ksi100 تا 125 (برای ضخامت های کمتر از 2.5 اینچ). در گریدهای مختلف مقدار کربن، منگنز، سیلیسیم و سایر عناصر آلیاژی مانند نیکل، کروم، مولیبدن، بور، وانادیم، تیتانیم، زیرکونیم و مس متفاوت است.

2- فولاد آلیاژی A533: 4 تیپ کوئنچ و تمپرشده با محدوده استحکام ksi 100-80 ، ksi 115-90 و ksi 125-100 و ترکیب:

0.5Mo برای تیپ A

0.5Mo+0.55Ni برای تیپ B

0.85Ni برای تیپ C

0.3Ni برای تیپ D.

این فولاد با درصد کربن بالاتر ، حساسیت کمتری به ترک گرم دارد زیرا نسبت منگنز به گوگرد آن معمولا 50 به 1 است. از ASTM A533 گرید B در مقاطع ضخیم برای مخازن تحت فشار هسته ای و در بالاترین حالت استحکام آن (کلاس 3) برای مخازن تحت فشار جدار نازک یا چند لایه استفاده می شود.

3- ASTM A537 (کلاس 2) فولاد کربنی که در مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرد و زمانی کاربرد دارد که چقرمگی بالای شیار مد نظر باشد.

4- فولاد آلیاژی A542 : پنج کلاس کوئنچ و تمپر شده با مینیمم استحکام های 85، 95، 105 و ksi 115. شامل دو تیپ 2.25Cr-1Mo و یک تیپ 3Cr-1Mo-0.25V-Ti-B.

5- فولاد آلیاژی A543: سه کلاس کوئنچ و تمپر شده با مینیمم استحکام کششی 90، 105 و  ksi 115 . دو تیپ از فولادهای Ni-Cr-Mo .

6- فولاد آلیاژی A553: دو تیپ کوئنچ و تمپر شده با مینیمم استحکام 85ksi.

7- ASTM A592 که به عنوان فورجینگ در جایی که چقرمگی خوب شیار با استحکام تسلیم ksi 100 مد نظر باشد، به کار می رود.

جوشکاری فولادهای کوئنچ و تمپر

- جوش پذیری

مقدار کربن فولادهای کوئنچ و تمپر شده معمولا از 0.22 درصد برای چوش پذیری خوب تجاوز نمی کند. عناصر آلیاژی برای اطمینان از اقتصادی بودن فولاد عملیات حرارتی شده، با خواص مورد نظر و جوش پذیری مناسب به دقت انتخاب می شوند. ایجاد چقرمگی شیار خوب در ناحیه HAZ در فولادهای کوئنچ و تمپر شده به پراکنده شدن حرارت جوشکاری بستگی دارد که به مارتنزیت و بینیت اجازه تشکیل می دهد.

طراحی اتصال:

طراحی مناسب اتصال، مهارت جوشکار و بازرسی مناسب برای استفاده از مزایای فولادهای کوئنچ و تمپر شده مورد نیاز هستند. در طراحی اتصال جوش باید برای کاهش تنش باقیمانده باید از تغییرات ناگهانی در مقطع اجتناب شود، جوش ها باید در مکان هایی انجام شوند که فضای کافی برای بازرسی دارند و جوش های گلویی به جوش های سر به سر ترجیح داده می شوند. آماده سازی اتصال معمولا با جوش گازی یا قوسی بدون پیش گرمایش انجام می شود. از تقویت بیش از اندازه جوش نیز باید پرهیز کرد.

پیش گرمایش:

پیش گرمایش برای فولادهای کوئنچ و تمپر شده باید با دقت انجام شود چون نرخ سرمایش منطقه HAZ را کاهش می دهد. اگر نرخ سرمایش خیلی آهسته باشد منطقه مجددا آستنیته شده در کنار فلز جوش می تواند به فریت استحاله کند و مناطقی از مارتنزیت با کربن بالا و بینیت درشت هم تشکیل می شود که این به معنی کاهش استحکام و چقرمگی است.

فرآیند جوشکاری :

فرآیند جوشکاری مانند SMAW، SAW، GMAW، FCAW و GTAW می توانند برای اتصال فولادهای کوئنچ و تمپر شده با مینیمم استحکام ksi 150 و درصد کربن تا 0.25 درصد مورد استفاده قرار گیرند. فلز پرکننده (فیلر) را باید با دقت انتخاب کرد. باید از روش های جوشکاری با هیدروژن پایین استفاده کرد: الکترودهای هیدروژنی خشک با هیدروژن کم، گداز آور تمیز و خشک، گاز محافظ بدون رطوبت، سیم الکترود تمیز و کم هیدروژن و.....

فولادهای کوئنچ و تمپر مورد استفاده در ساخت مبدل حرارتی

عملیات حرارتی پس از جوشکاری:

عملیات حرارتی برای بسیاری از فولادها شامل آستنیته کردن، کوئنچ کردن و تمپر کردن می شود. تعداد معدودی تحت عملیات رسوب سختی (پیرسازی) و سپس عملیات نورد یا سخت کاری قرار می گیرند. ساختارهای جوشکاری شده از این فولادها معمولا نیازی به عملیات حرارتی بعدی ندارند به جز در شرایطی که نیاز به تنش زدایی باشد. تنش زدایی در حالت های زیر ضروری است:

1- اگر فولاد پس از شکل دهی سرد یا جوشکاری چقرمگی شیار پایین داشته باشد.

2- برای حفظ پایداری ابعادی پس از ساخت.

3- جوش هایی با تنش پسماند بالا نسبت به خوردگی تنشی  حساس می شوند.

ترک ها تنش زدایی

اتصالات جوش در بسیاری از فولادهای کم آلیاژ و کوئنچ شده در معرض SRC یا ترک های تنش زدایی هستند که گاهی به اختصار RC نامیده می شود. کروم، مولیبدن و وانادیم با این نوع ترک در ارتباط هستند اما عناصر آلیاژی کاربید ساز هم با این پدیده در ارتباطند.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Heat Exchanger Design Handbook 2nd edition, Kuppan Thulukkanam, CRC Press, 2013

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

فولادهای کوئنچ و تمپر و مبدل حرارتی
فولادهای Q&T برای مبدل حرارتی
فولاد Q&T در مبدل حرارتی
برچسب ها: مبدلمبدل حرارتیفولاد
دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند ملی، اقتدار ملی
حضور پاکمن و دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند مل ...بیشتر
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری که در ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97
بیستمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97   ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97
بیستمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97   ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه بین المللی ساختمان شیراز 97
بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان شیراز 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند 97     ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه ساختمان و سیستم های گرمایشی و سرمایشی کرمانشاه
شانزدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی کرمانشاه 97 &nb ...بیشتر
یازدهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های سرمایشی و گرمایشی ارومیه 97
چهاردهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های گرمایشی و سرمایشی ارومیه 97   ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر