فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی

تعداد بازدید: 2246
چهارشنبه 03 دي 1393

فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی

فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی (Superaustenitic Stainless Steels) آلیاژی با ساختار fcc و عناصر آلیاژی بالا هستند که معمولا حاوی مقداری از عناصر جانشین مانند کروم، مولیبدن، نیتروژن و مقدار کافی نیکل برای پایدار ساختن ریزساختار کاملا آستنیتی هستند. این فولادها بر اساس مقدار مولیبدن طبقه بندی می شوند و معمولا مقدار مولیبدن این فولادها 4.5 تا 7 درصد است. افزودن 0.3 تا 0.5 درصد نیتروژن استحکام تسلیم دو برابر فولاد زنگ نزن معمولی را ایجاد می کند. درصد بالای نیکل (18 تا 31 درصد) به همراه درصد بالای کروم و مولیبدن به آلیاژها مقاومت به خوردگی تنشی عالی می دهد. مس به برخی از آلیاژها افزوده می شود تا مقاومت به محیط کاهنده مانند اسید فسفریک داغ، اسید استیک و اسید سولفوریک رقیق را افزایش دهد.

فولادهای سوپر آستنیتی با 4.5 درصد مولیبدن

آلیاژهای آستنیتی با 4.5 درصد مولیبدن مانند AL 904L ،254SLX و JS700 مقاومت مناسبی را به خوردگی در آب دریا به عنوان سیستم لوله کشی از خود نشان داده اند. این فولادها جوشپذیری و کارپذیری خوبی داشته و به اشکال مختلف مانند لوله، ورق و فورجینگ ها در دسترس هستند. مقدار نیتروژن در محدوده 0.4 تا 0.5 درصد مقاومت خوبی را در برابر حفره دار شدن و خوردگی شیاری دارند. درصد بالای نیکل (25%) و مولیبدن (4.5%) مقاومت خوبی را در برابر خوردگی تنشی کلریدی نشان می دهد. آن ها هم چنین مقاومت به خوردگی بین دانه ای خوبی از خود نشان می دهند. کلر زنی (Chlorination) برای کنترل تخریب میکروبیولوژیکی برای کاهش خوردگی زیر رسوبات ضروری است، سطوح فلنج و واشر دار در آب های شور و دریا در معرض خوردگی شیاری قرار دارند.

 

فولادهای سوپر آستنیتی با 6 درصد مولیبدن

فولادهای سوپر آستنیتی با 6% مولیبدن در صنایع شیمیایی به خوبی شناخته شده هستند. آن ها حاوی 20 درصد کروم، 18 الی 25 درصد نیکل و بیش از 0.1% نیتروژن هستند. افزودن نیتروژن منجر به بهبود استحکام، تثبیت ساختار آستنیت و بهبود مقاومت به خوردگی حفره دار شدن است. فولادهای سوپر آستنیتی با 6 درصد مولیبدن چقرمگی و شکل پذیری بسیار خوب فولادهای آستنیتی سری 300 را از خود نشان می دهند. فولادهای زنگ نزن سوپر آستنیتی با 6 درصد مولیبدن، اشکال و کدهای ASTM/ASME آن ها به همراه لیست ترکیبات آن ها در جداول زیر در کنار فولادهای تیپ 304 و 316 آورده شده است.

ترکیب نامی فولادهای زنگ نزن سوپرآستنیتی به همراه 304 و 316
UNS آلیاژ C Cr Ni Mo N سایر
S30400 304 0.03 18 8
S31600 316 0.03 17 12 2.5
S31254 254SMO 0.02 20.0 18 6.2 0.2 0.75Cu
N08367 AL-6XN 1925hMo 0.02 21 24.5 6.5 0.2 0.75Cu, max
N08926 25-6 MO 0.01 20 25 6.5 0.2 1.1Cu
N08366 AL-6X 0.018 21 24.5 6.5   1.39Mn, 0.41Si

 

مشخصات ASTM/ASME برای اشکال مختلف AL-6XN N08367
نام آلیاژ UNS ورق، پلیت و نوار لوله مبدل حرارتی لوله فورجینگ ها اتصالات میله، تیر و سیم
AL-6XN N08367 A 240, B/
SB688
A/SA 249 A312; B/
SB675,
690, 829
B/SB564,
A 182
F62
B462 B/SB691

اگرچه تفاوت ترکیب شیمیایی، سه فولاد سوپر آستنیتی 6% Mo با UNS متفاوت (UNS S31254, N08367, and N08926) را پدید آورده اما این فولادها برای بسیاری از کاربردها، مقاومت به خوردگی مشابهی دارند و به عنوان جانشین یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرند. درصد آهن فولادهای سوپرآستنیتی کمتر از 50 درصد است و بنابراین فولادهای این دسته به جز 254 SMO در محدوده فولادها، فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای مربوطه ASTM قرار نمی گیرند. اخیرا  آلیاژهای 6% مولیبدن با فولادهای N08031 ،S32050 و B26(UR B36) متحول شده اند که فولاد سوپرآستنیتی حاوی 25% Ni، 20% Cr و 0.2 درصد نیتروژن هستند. نوعی از فولاد زنگ نزن 6Mo با 25 درصد نیکل مزیت هایی بر فولاد زنگ نزن 6Mo با 18 درصد نیکل دارد. برخی از این مزایا عبارتند از:

- بهبود پایداری آستنیت

- بهبود مقاومت به خوردگی تنشی

- بهبود پسیو شدن

- تشکیل آهسته تر رسوبات، حتی در محدوده دمایی 700°C–1000°C

- کاهش سینتیک حساس شدن

مقاومت به خوردگی فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی

در کل، فولادهای سوپرآستنیتی پرآلیاژ مقاومت عالی را در برابر خوردگی، حفره دار شدن، خوردگی شیاری و SCC نشان می دهند. فولادهای سوپرآستنیتی با 6 % مولیبدن در برابر خوردگی های موضعی و تنشی در محیط اکسید کننده کلریدی، محلول های حاوی کلرید/سولفید و طیف وسیعی از فرآیندهای شیمیایی مقاومت می کنند. آن ها به طور گسترده در کاربردهای خشن در آب دریا مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد فولادهای سوپرآستنیتی با 6% مولیبدن مابین فولادهای زنگ نزن تیپ 316 و 317 و آلیاژهای پایه نیکل625  و C-276  قرار می گیرد. برخی از فولادها به منظور مقاومت به برخی از محیط های خورنده، حاوی مقدار اضافی مس هستند که مقاومت آن ها را به طور کلی در برابر اسیدها ارتقا می دهد. فولادهای کاملا آستنیتی با 6% مولیبدن با مقدار Cr + Mo بالا شناسایی می شوند و PRE آن ها به شکل زیر محاسبه می شود:

PREN=%Cr+3.3(%Mo)+30(%N)

عدد PRE در تمام فولادها از 35 بیش تر است. مقاومت به حفره دار شدن برای فولادهای زنگ نزن سوپر آستنیتی در جدول زیر نمایش داده شده است.

عدد مقاومت به حفره دار شدن برای برخی از فولادهای زنگ نزن سوپرآستنیتی
    ترکیب مورد نیاز برای محاسبه PREN  
آلیاژ  UNS Cr Mo N2 PREN
S31254 254SMO 20.0 6.2 0.2 46.46
N08367 AL-6XN  /1925hMo 21 6.5 0.2 45.65
N08926 25-6 MO 20.5 6.5 0.2 45.15
N08366 AL-6X 21 6.5 42.45
S31277 27-7Mo 22 7.2 0.35 57.26

کاربرد فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی

در صنایع فرآیندی، فولادهای زنگ نزن با 6% مولیبدن جانشین فولادهای زنگ نزن معمولی شده اند که در اثر حفره دار شدن، خوردگی شیاری و خوردگی تنشی کلریدی تخریب شده اند. آن ها به طور گسترده در صنایع فرا ساحلی و نمک زدایی، حمل و نقل آب دریا، صنایع کلر و رنگبری، صنایع خمیر و کاغذ و واحد های گوگرد زدایی مورد استفاده قرار می گیرد. تجهیزاتی که از فولادهای آستنیتی با 6% مولیبدن ساخته شده اند، شامل مخازن تحت فشار، ستون ها، کندانسورهای خنک شونده با آب دریا، اواپوراتور، مبدل های حرارتی، کریستالایزرها، پمپ ها، لوله کشی می شوند.

جوشکاری فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی

در کل، فولادهای زنگ نزن سوپر آستنیتی با 6% مولیبدن جوشپذیری خوبی دارند. موضوع اصلی در هنگام استفاده از فولادهای زنگ نزن سوپرفریتی مقاومت به خوردگی کافی در جوش ها است. در هنگام جوشکاری، باید توجه خاصی به پدیده های زیر مبذول داشت:

1- ترک داغ

2- ریز جدایش عنصری

3- رسوب فازهای بین فلزی

از آنجایی که مقدار کروم فولادهای 6% Mo کم است (<0.03%) خطر رسوب کاربید کروم در مرز دانه های ناحیه HAZ و در نتیجه حساسیت به خوردگی بین دانه ای قابل چشم پوشی است.

 

فرآیندهای جوشکاری فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی:

مهمترین فرآیندهای جوشکاری مورد استفاده SMAW و GTAW اتوماتیک و دستی با فلز پرکننده هستند. فرآیند GTAW بدون فلز پر کننده باید تنها در مواردی استفاده شودکه عملیات حرارتی آنیل محلول سازی ثانویه انجام می گیرد. فرآیند های GMAW، SAW و PAW اتوماتیک با فلز پرکننده نیز مورد استفاده قرار می گیرند. برای جوشکاری فولاد آستنیتی 6% Mo باید موارد زیر را در نظر داشت:

1- استفاده از فلزات پر کننده که به اندازه کافی با مولیبدن آلیاژ شده به گونه ای است که جوش ها نسبت به فلز پایه مقاومت به خوردگی بیشتری دارند (فلز پر کننده ای که معمولا مورد استفاده قرار می گیرد آلیاژ 352 با 9 درصد مولیبدن است).

2- اطمینان از تمیز بودن سطح قبل و پس از جوشکاری

3- اطمینان از محافظت کافی هنگام جوشکاری

4- محدود کردن حرارت ورودی و اندازه جوش برای پرهیز از ترک گرم فلز جوش

 

عملیات حرارتی پس از جوشکاری فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی:

اگر فولادهای سوپر آستنیتی 6% Mo نیاز به آنیل یا تنش زدایی داشته باشند، آنها باید آنیل کامل شده و در آب کوئنچ شود. آنیل محلول سازی در دمای 1150°C–1250°C به همراه کوئنچ معمولا استفاده می شود؛ این به یکنواخت کردن خواص محل اتصال جوش کمک خواهد کرد. عملیات حرارتی که در آن فولاد زنگ نزن 6% Mo در محدوده دمایی (705-1040°C) قرار می گیرد، فولاد را در معرض رسوب فاز سیگما، کاهش مقاومت به خوردگی و چقرمگی قرار خواهد داد. بر اساس ترکیب آلیاژ، تنش زدایی در دمای حداکثر 600°C برای چند ساعت، ممکن است در موارد خاص مورد استفاده قرار گیرد. در تمام موارد، سازنده باید از پیشنهادات تولید کننده استفاده کند.

مقاومت به خوردگی جوش فولادهای زنگ نزن سوپر آستنیتی

عواملی که منجر به کاهش مقاومت به خوردگی جوش فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی می شوند و اقدامات لازم جهت غلبه بر آن ها عبارتند از:

1- ریز جدایش مولیبدن در نواحی موضعی که معمولا هنگامی که از فرآیند GTAW اتوماتیک استفاده می شود، رخ می دهد.

2- نواحی ترکیب نشده. حرارت ورودی جوشکاری بالا می تواند نوارهایی از فلز پایه را در مناطق مجاور خط ذوب ایجاد کند، که ذوب شده اند اما با فلز پرکننده ترکیب نشده اند. این مشکل با کنترل حرارت ورودی و جلوگیری از سوختگی جوش برطرف می شود.

3- شیار ها، ترک ها و ریزدرزها. مناطق خوردگی شیاری می توانند در ابتدا یا انتهای پاس های جوشکاری، بین پاس های جوشکاری یا زیر قطرات جوش ایجاد شوند.

4- حساس شدن و رسوب کاربید. آلیاژهای با مقدار کربن کم (<0.02%) این مشکل را ندارند. افزایش مقدار مولیبدن و نیتروژن مقدار کربن یا حرارت ورودی قابل تحمل را افزایش می دهد.

 5- رسوب فازهای بین فلزی مانند فازهای سیگما و چی.

6- آلودگی های سطحی که می توان آن را با ساینده ها یا اسیدشویی یا حلال های مناسب از بین برد.

7- پوسته های اکسید سطحی یا رنگ که با فرآیند پوسته زدایی برطرف نشده اند.

 

 

8- ترکیب گاز محافظ. افزودن نیتروژن به اندازه 3 تا 5 درصد حجمی به مشعل و گاز های پشتی مقاومت به خوردگی را بهبود می بخشد.

 

9- برای بهینه ساختن مقاومت به خوردگی در فلز جوش به خصوص در جوشکاری ماشینی باید این اقدامات انجام گیرد: آنیل پس از جوشکاری، تمیز کاری سطح پس از جوشکاری، اسید شویی برای بهبود مقاومت به خوردگی و پسیو کردن سطح.

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

Superaustenitic stainless steels
فولاد زنگ نزن سوپر آستنیتی
فولاد استنلس استیل سوپر آستنیتی
برچسب ها: زنگ نزنمبدل حرارتیانتخاب موادفولاد زنگ نزنخوردگیفولاد
راه اندازی سایت مشعل شرکت پاکمن
سایت مشعل شرکت پاکمن با هدف بهبود در شیوه ی انتخاب مشعل، راه اندازی شد . جهت کسب ...بیشتر
حضور شرکت پاکمن در نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجاری از کشورهای اسلامی
عنوان: نمایشگاه بین‌المللی معدن، ساختمان و صنایع وابسته با حضور 10 هیات تجا ...بیشتر
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...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