فولادهای زنگ نزن سوپر فریتی

تعداد بازدید: 2020
چهارشنبه 03 دي 1393

فولادهای زنگ نزن سوپر فریتی

فولادهای زنگ نزن سوپر فریتی (Superferritic Stainless steels) به فولادهای زنگ نزن آلیاژی آهنکروم گفته می شود که برای بهبود مقاومت به حفره دار شدن در ترکیب خود مولیبدن دارند و از تیتانیم و نیوبیوم برای بهبود مقاومت به خوردگی بین دانه ای در ترکیب آن ها استفاده شده است. مزیت بزرگ این ها مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی تنشی کلریدی است. ساختار فریتی و مقدار کم نیکل مقاومت به خوردگی تنشی را فراهم می آورد.

پیش از ظهور روش های پیشرفته ذوب و تصفیه فلزات، فولادهای زنگ نزن فریتی مقادیر بالایی از عناصر بین نشین مانند کربن و نیتروژن داشتند که محدودیت هایی را بر روش ساخت، چقرمگی و مقاومت به خوردگی آن ها اعمال می کرد. ساخت فولاد های فریتی جدید، به خصوص آن هایی که مقدار کروم بالایی دارند، به وسیله روش های AOD ،VIM و VOD امکان پذیر شده است. در این روش ها می توان فولادی با عناصر بین نشین کم تولید کرد. در مرحله تصفیه باید دقت داشت که مقدار بین نشین ها را در حد بسیار پایین نگه داشت و کربن و نیتروژن را با عناصری مانند تیتانیم و نیوبیوم به دام انداخت.

مشخصات فولادهای زنگ نزن سوپر فریتی:

- مغناطیسی و دارای ساختار کریستالی مکعبی مرکز پر

- مقاومت بالا در دمای محیط

- کار سختی کم

- سهولت جوشکاری در گریدهای کم کربن

- با عملیات حرارتی سخت نمی شوند.

- مقاوم به خوردگی تنش کلریدی

- حتی در دمای 315 درجه سانتی گراد در معرض تردی 475 درجه سانتی گراد قرار می گیرد.

- در معرض تردی هیدروژنی و انتقال نرمی به تردی قرار دارد.

ترکیب فولاد زنگ نزن سوپرفریتی

گرید های سوپرفریتی حاوی حداکثر 29 درصد کروم (گرچه گرید 18Cr-2Mo گاهی اوقات در دسته بندی سوپرفریتی قرار می گیرد)، 4 درصد مولیبدن و در برخی آلیاژها 3.5 درصد نیکل بوده و ریزساختار کاملا فریتی دارند. معروف ترین فولادهای سوپرفریتی عبارتند از 18-SR (آرمکو)، 18Cr–2Mo، 26-1S، E-Brite 26-1 (آریکو و الگنی لادلوم)، 29Cr–4Mo و UNS S44735 و 29Cr–4Mo–2Ni  (دوپونت)، (Sea-Cure (UNS S44660 حاوی 26 درصد کروم، 3% مولیبدن و 1% نیکل هستند.

ترکیبات این آلیاژها و شکل محصولات آن ها در جداول زیر آورده شده است. بادوام ترین آلیاژهای سوپرفریتی آلیاژهای 29-4 (UNS S44735) و آلیاژ Sea-Cure (UNS S44660) هستند. هر دو دارای تیتانیم و نیوبیوم هستند که برای پایدار سازی مقدار کربن و نیتروژن به ترکیب اضافه شده اند.

ترکیب اسمی چند فولاد زنگ نزن فریتی / سوپرفریتی
شماره UNS آلیاژ C Cr Ni Mo N2 سایر عناصر
S43035 18-SR 0.05 18 0.5 - 0.020 2Al, 0.4Ti, 1Si
S44400 18-2 0.02 18 - 2 0.020 0.4 Ti, 0.3 Nb
S44625 26-1 0.01 26 0.5 1 0.015 0.5Ti
S44627 E-Brite 0.003 26 - 1 0.015 0.10 Nb
S44660 Sea-Cure 0.01 26 2.5 3 0.025 0.4Ti
S44635 Monit 0.025 25 4 4 0.025 Nb+Ti
S44735 29-4C 0.02 29 0.3 4 0.020 0.4Ti, 0.2Nb
S44800 29-4-2 0.01 29 2 4 0.020 -

 

عدد مقاومت به حفره دار شدن برای چند فولاد زنگ نزن سوپرفریتی
    ترکیب مورد نیاز برای محاسبه PREN  
آلیاژ نامگذاری UNS Cr Mo PREN
26-1 S44625 26 1 29.3
E-Brite S44627 26 1 29.3
Sea-Cure S44660 26 3 35.9
Monit S44635 25 4 38.2
Al 29-4C S44735 29 4 42.2
Al 29-4-2 S44800 29 4 42.2

PREN=%Cr+3.3(%Mo)

مشخصات ASTM/ASME برای فولادهای سوپر فریتی گرید لوله های مبدل حرارتی
گرید عدد UNS مشخصات ASTM برای لوله ها ASME Sec. VIII, Div.1
Sea-Cure S44660 A268, A803 SA268, SA803
Al 29-4-2 S44800 A268 SA268
Al 29-4C S44735 A268 Code case 1921
Monit S44635 A268 Code case 1900
E-Brite S44627 A268 SA268

در جدول 13.22 نام آلیاژهای تجاری، سوپرفریتی، سوپر آستنیتی و دوپلکس آورده شده است.

نامگذاری UNS آلیاژهای سوپر فریتی و سوپر آستنیتی، نام های تجاری و سازندگان
نامگذاری UNS نام تجاری ثبت شده سازندگان
S44635 Monit Uddeholm Steel Corp.
S44627 E-Brite Allegheny Ludlum Steel Corp.
S44735 AL 29-4C Allegheny Ludlum Steel Corp.
S44660 Sea-Cure Trent Tube Div. of Colt Ind., Crucible Steel Co.
S44800 AL 29-4-2C Allegheny Ludlum Steel Corp.
S31254 254 SMO Avesta Jarnverks AD
N08904 AL 904L Allegheny Ludlum Steel Corp.
N08366 AL-6X Allegheny Ludlum Steel Corp.
N08367 AL-6XN Allegheny Ludlum Steel Corp.
N08925 1925hMo, 25-6MO VDM Technologies, Inco-Alloys Internationals
N08026 20Mo-6 Carpenter Technology

کاربرد فولاد زنگ نزن سوپر فریتی

فولادهای سوپرفریتی کاربردهای زیادی در لوله کشی کندانسورهای نیروگاه و مبدل های حرارتی حاوی محلول های کلریدی، آب دریا و آب شور پیدا کرده اند. تیپ های 18Cr–2Mo E-Brite 26-1، Sea-Cure و AL 29-4 در صنایع شیمیایی و پتروشیمی و هم چنین کاربردهای مرتبط با آب دریا استفاده می شوند. آلیاژ E-Brite 26-1 به دلیل مقدار کروم بالا در دماهای بالا مقاومت خوبی را نسبت به اکسیداسیون و سولفیداسیون ار خود نشان می دهد. آلیاژ E-Brite در پیش گرمکن ها و رکوپراتورها مورد استفاده قرار می گیرد.

خواص فیزیکی فولادهای زنگ نزن فریتی

فولادهای زنگ نزن فریتی دو ویژگی فیزیکی دارند که از اهمیت زیادی برخوردارند:

1- هدایت حرارتی فولاد زنگ نزن فریتی 50 درصد بیش از فولادهای زنگ نزن آستنیتی و برابر با نصف هدایت حرارتی فولادهای کربنی است.

2- ضریب انبساط حرارتی پایین که تقریبا برابر با فولاد کربنی است و 30 درصد کمتر از فولاد زنگ نزن 304

- استحکام:

استحکام فولادهای زنگ نزن فریتی به شکل زیر با فولادهای زنگ نزن آستنیتی مقایسه می شود:

1- تنش تسلیم در شرایط آنیل شده 20 تا 40 درصد بیشتر از فولادهای زنگ نزن آستنیتی است.

2- نرخ کارسختی فولادهای فریتی کمتر است.

3- در دمای بالا، فولادهای فریتی استحکام کمتری نسبت به فولادهای آستنیتی دارند اما مقاومت به اکسیداسیون آن ها بسیار خوب است.

- چقرمگی و پدیده های تردی

چقرمگی فولادهای زنگ نزن فریتی از سه مکانیزم تردی تاثیر می پذیرد:

1- تردی 885 درجه فارنهایت یا 475 درجه سانتی گراد

2- رسوب فاز سیگما

3- تردی دما بالا

 هر یک از شرایط فوق شکل پذیری و چقرمگی فولادهای زنگ نزن فریتی را در دمای اتاق کاهش می دهد. و بنابراین محدودیت هایی باید به سازنده و مصرف کننده در استفاده از عملیات متنوع مانند شکل دهی گرم، لحیم کاری، جوشکاری و عملیات حرارتی تحمیل شود تا فرار گرفتن در معرض حرارت به حداقل برسد.

       تردی 475 درجه یا 885 درجه فارنهایت:

فولادهای زنگ نزن فریتی به جز گرید 409، هنگامی که در معرض دمای 720 تا 950 درجه فارنهایت (40 تا 540 درجه سانتی گراد) قرار می گیرند، نسبت به تردی حساس می شوند. بیشترین مقدار سخت شدن و تردی در دمای 885 درجه فارنهایت در نتیجه تشکیل و رسوب فاز اولیه آلفا رخ می دهد که رسوب همدوس غنی از کروم در شبکه غنی از آهن است. در نتیجه افزایش سختی و استحکام کششی، به همراه کاهش داکتیلیته و مقاومت به ضربه دیده می شود. این پدیده در فولادهایی با درصد کروم بیش از 12 درصد مشاهده می شود.

به منظور غلبه کردن بر این شکل از تردی در هنگام فرآیند، سرمایش سریع در محدوده دمای 700 تا 950 درجه فارنهایت نیاز است. در نتیجه فولادهای زنگ نزن فریتی جدید یا قدیمی نباید در معرض این محدوده از درجه حرارت قرار گیرند. تردی 475 درجه سانتی گراد (885 درجه فارنهایت) ضخامت بسیاری از این آلیاژها را به 3 میلی متر (0.125 in.) محدود می کند به همین دلیل نمی توان از آن ها در مقاطع ضخیم استفاده کرد. اگر چه می توان از این فولادها برای لوله های مبدل حرارتی جدار نازک یا آستر استفاده کرد.  

     رسوب فاز سیگما:

فاز سیگما در فولادهای فریتی با درصد بالاتر کروم (15 تا 20 درصد) هنگامی رخ می دهد که برای مدت طولانی در معرض دمای 1100 تا 1500 درجه فارنهایت قرار می گیرند. رسوب در دمای اتاق منجر به تردی دمای اتاق و کاهش مقاومت به خوردگی می شود. تشکیل فاز سیگما با انتخاب ترکیب مناسب به طور کامل متوقف می شود یا به حداقل خود می رسد یا ممکن است فاز سیگما با عملیات حرارتی مناسب و کوئنچ در آب یا سرمایش سریع به فاز آستنیتی انتقال پیدا کند.

     تردی دمای بالا:

هنگامی که فولادهای زنگ نزن با درصد متوسط و بالای عناصر درون شبکه ای تا حدود 1000 درجه سانتی گراد گرم شده و تا دمای اتاق سرد می شوند، رسوب کاربید و نیترید می تواند منجر به تردی و حساسیت به خوردگی بین دانه ای به خصوص در آلیاژهای دارای مقادیر بالای عناصر بین نشین شود.

   انتقال نرمی به تردی:

فولادهای زنگ نزن سوپرفریتی با ساختار کریستالی bcc انتقال نرمی به تردی را نشان می دهند که برای بسیاری از گریدها نزدیک به دمای اتاق است. عناصر بین نشینی کربن و نیتروژن بر دمای انتقال نرمی به تردی اثر می گذارند. مقدار کم عنصر بین نشین در دمای انتقال نرمی به تردی پایین و چقرمگی خوب در دمای اتاق نقش دارد. به همین دلیل تمام فولادهای زنگ نزن فریتی، مقدار عناصر آلیاژی کمی دارند که با روش های ذوب ویژه بدست می آیند. این گریدهای جدید به شکل ورق و لوله از چقرمگی قابل قبولی برخورداند و بنابراین این آلیاژها معمولا در مقاطع نازک مانند لوله، لوله لایت وال، ورق و نوار استفاده می شود. اگرچه، فولادهای سوپر فریتی تولید شده به روش VIM مقدار بسیار کمی کربن و نیتروژن دارند و بنابراین چقرمگی آن ها بهبود یافته است. این مواد معمولا تا ضخامت ورق 0.50 اینچ یا 12.7 میلی متر استفاده می شوند.

مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن فریتی

به دلیل آنکه مقدار کم فولادهای زنگ نزن فریتی در محدوده 11 تا 29 درصد است، مقاومت به خوردگی عمومی می تواند از متوسط تا عالی تغییر کند. یک ویژگی مهم فولادهای زنگ نزن فریتی مقاومت آن ها به خوردگی تنشی کلریدی است. به دلیل آنکه فولادهای آستنیتی به شدت در معرض خوردگی تنشی قرار می گیرند، فولادهای فریتی جایگزینی مقرون به صرفه نسبت به آلیاژهای پایه نیکل برای کاربردهایی هستند که به مقاومت به خوردگی تنشی نیاز دارند. فولادهای زنگ نزن سوپرفریتی مقاومت فوق العاده ای نسبت به کلریدها، قلیاها، اسید نیتریک، کاربامات آمونیوم/اوره، آمین ها و اسیدهای ارگانیک دارند. افزودن مولیبدن مقاومت در برابر خوردگی حفره دار شدن را با تولید لایه پسیو پایدارتر افزایش می دهد. عدد PRE با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود.

       خوردگی بین دانه ای در فولادهای زنگ نزن فریتی

یک مانع بزرگ در استفاده از فولادهای زنگ نزن فریتی حساسیت آن ها به خوردگی بین دانه ای است. هنگامی که فولادهای زنگ نزن فریتی به دلیل جوشکاری یا عملیات حرارتی نامناسب در معرض دمای 1800 درجه فارنهایت (982°C) و این مسئله آن ها نسبت به خوردگی بین دانه ای حساس می کند. مکانیزمی که مسئول خوردگی بین دانه ای است معمولا مشابه با فولادهای زنگ نزن آستنیتی است. این مسئله با آلیاژسازی با تیتانیم یا نیوبیوم و تشکیل کاربیدهای این عناصر برطرف می شود. کاهش مقدار کربن به کمتر از 0.03 درصد که در فولادهای زنگ نزن آستنیتی وجود دارد، موثر نیست. حتی زمانی که بیشترین مقدار کربن 0.01 درصد است نیاز به افزودن عناصر پایدارکننده کاربید وجود دارد.

قابلیت ساخت فولادهای زنگ نزن فریتی

شکل پذیری و چقرمگی فولاد های زنگ نزن فریتی در دمای اتاق کم است. توالی عملیات ساخت و طراحی باید به گونه ای باشد که چقرمگی و شکل پذیری نسبتا کم ماده را در دمای اتاق در نظر بگیرد. عملیات شکل دهی سرد نیز باید با شکل پذیری و چقرمگی این فولادها تناسب داشته باشد.

جوشکاری فولادهای زنگ نزن فریتی

دو عدد از بهترین فاکتورهایی که در ایجاد جوش های خوب در فولادهای سوپرفریتی نقش دارند، عبارتند از: 1) حفظ خلوص آلیاژ و 2) عدم تغییر ساختار فریتی فلز جوش با عملیات حرارتی.

فولادهای زنگ نزن سوپرفریتی نیز مشکل فولادهای فریتی معمولی را در رابطه با رشد دانه در منطقه HAZ، خشن شدن دانه ها در فلز جوش پس از جوشکاری و کاهش مقاومت به خوردگی به دلیل حساس شدن و رسوب فاز سیگما دارند. مشکلاتی که در حین جوشکاری فولادهای زنگ نزن فریتی به وجود می آید عبارتند از:

- رشد دانه

- دانه های خشن فلز جوش

- کاهش استحکام ضربه

- کاهش مقاومت به خوردگی به دلیل حساس شدن و رسوب فاز سیگما

- به دلیل اینکه این فولادها به شدت مغناطیسی هستند در جوشکاری در معرض وزش قوس قرار دارند.

اقدامات زیر به کاهش برخی از این مشکلات کمک می کند:

- جوشکاری TIG با حفاظ و پشت بندی مناسب

- آماده سازی جوش با تمیز کاری بسیار زیاد

- جوشکاری خودکار یا پر کننده متناسب

- کاهش حرارت ورودی برای حداقل کردن رشد دانه

از آنجایی که کیفیت این فولادها از مقدار کربن و نیتروژن کم آن ها ناشی می شود، ضروری است که حذف این عناصر در هنگام جوشکاری جلوگیری شود زیرا ریسک تشکیل نیترید و کاربید کروم وجود دارد که در نهایت منجر به کاهش مقاومت به خوردگی می شود. هم چنین باید از حذف اکسیژن و هیدروژن نیز جلوگیری کرد. محافظ کامل با گاز هلیم یا آرگون خشک ضروری است. برای یک جوش موفقیت آمیز تمیزکاری و حفاظت با گازهای خنثی ضروری است به ویژه هنگامی که از پرکننده مناسب استفاده می شود.

ورودی کم حرارت برای محدود کردن رشد دانه از اهمیت ویژه برخوردار است. مشکلات مربوط به رشد دانه می تواند با استفاده از مواد پرکننده آستنیتی کاهش یابد. علاوه بر این می توان با کاهش دمای پیش گرمایش به 200 درجه سانتی گراد نیز استفاده کرد. فولادهای فریتی نسبت به فولادهای آستنیتی کمتر نسبت به عیوب جوش مستعد هستند اما حساست به شیار آن ها هر عیب موجود را بسیار مضر می سازد. بنابراین باید تمهیداتی در نظر گرفته شود تا از سوختگی کناره جوش یا نفوذ اندک جلوگیری شود و بازرسی کامل جوش باید انجام گیرد.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

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

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

Superferritic Stainless steels
فولاد زنگ نزن سوپرفریتی
فولاد زنگ نزن سوپر فریتی چیست
برچسب ها: زنگ نزنمبدلفولاد زنگ نزنخوردگیفولاد
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