نمایش ها: 0 نویسنده: ویرایشگر سایت زمان انتشار: 2024-10-08 مبدا: محل
در دنیای مواد صنعتی ، به ویژه در تولید لوله ، مسئله قدرت مواد مهم است. دو ماده ای که اغلب در مقایسه هستند عبارتند از آلیاژهای نیکل و فولاد ضد زنگ. هر دو به دلیل مقاومت در برابر خوردگی عالی و دوام شناخته شده اند ، اما وقتی صحبت از قدرت می شود ، به خصوص در برنامه های لوله ، جواب همیشه ساده نیست.
آلیاژهای نیکل و فولاد ضد زنگ به دلیل خاصیت منحصر به فرد آنها در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال ، ویژگی های قدرت آنها ، به ویژه در شکل لوله ، بسته به چندین عامل می تواند به میزان قابل توجهی متفاوت باشد. این مقاله با هدف بررسی این سؤال است: آیا آلیاژ نیکل از فولاد ضد زنگ قوی تر است ، به خصوص هنگام در نظر گرفتن قدرت لوله؟
برای درک تفاوت های قدرت بین آلیاژهای نیکل و فولاد ضد زنگ ، ابتدا باید ترکیبات شیمیایی آنها را بررسی کنیم.
آلیاژهای نیکل در درجه اول از نیکل تشکیل شده اند ، با مقادیر قابل توجهی کروم و غالباً مولیبدن. محتوای نیکل در این آلیاژها به طور معمول از 30 ٪ تا 75 ٪ متغیر است که میزان کروم از 0 ٪ تا 35 ٪ و مولیبدن از 0 ٪ تا 32 ٪ متفاوت است.
انواع مختلفی از آلیاژهای نیکل وجود دارد که هر کدام ترکیب منحصر به فرد خود را دارند:
1. مونل: یک آلیاژ نیکل مس
2. INCONEL: آلیاژ نیکل کروم
3. Incoloy: یک آلیاژ نیکل-کروم-آهن
4. Hastelloy: یک آلیاژ نیکل-مولیبدن-کرومیوم
از طرف دیگر ، فولاد ضد زنگ در درجه اول آلیاژ مبتنی بر آهن است. این ماده حاوی حداقل 10.5 ٪ کروم است که یک لایه محافظ اکسید کروم روی سطح تشکیل می دهد و مقاومت در برابر خوردگی را ایجاد می کند. محتوای نیکل موجود در فولاد ضد زنگ بسته به درجه می تواند از 0 ٪ تا 30 ٪ باشد.
نمرات متداول فولاد ضد زنگ شامل موارد زیر است:
1. 304: حاوی 18 ٪ کروم و 8 ٪ نیکل
2. 316: حاوی 16 ٪ کروم ، 10 ٪ نیکل و 2 ٪ مولیبدن
3. 321: مشابه 304 اما با تیتانیوم تثبیت شد
میزان آهن در فولاد ضد زنگ به طور معمول از 45 ٪ تا 86 ٪ متغیر است ، به طور قابل توجهی بالاتر از آلیاژهای نیکل است.
هنگام بحث در مورد استحکام مواد ، این مهم است که تعریف کنیم منظور ما از 'قدرت' است. در علم مواد ، قدرت می تواند به خواص مختلفی اشاره کند ، اما ما در درجه اول روی استحکام کششی و قدرت عملکرد تمرکز خواهیم کرد.
قدرت در علوم مواد به توانایی یک ماده در مقاومت در برابر بار اعمال شده بدون خرابی اشاره دارد. این می تواند از چند طریق اندازه گیری شود ، از جمله استحکام کششی (حداکثر استرس یک ماده می تواند در حالی که قبل از شکستن کشیده می شود) مقاومت کند) و استحکام عملکرد (استرس که در آن یک ماده شروع به تغییر شکل پلاستیک می کند).
هنگام مقایسه مقاومت کششی آلیاژهای نیکل و فولاد ضد زنگ ، می فهمیم که آلیاژهای نیکل اغلب لبه ای دارند ، به خصوص در دماهای بالا.
1. آلیاژهای نیکل (به عنوان مثال ، INCONEL 625)
INCONEL 625 ، یک آلیاژ نیکل محبوب ، دارای مقاومت کششی از 103-160 KSI (714-1103 MPa) بسته به درمان آن است.
2. فولاد ضد زنگ (به عنوان مثال ، 304 درجه)
304 فولاد ضد زنگ ، یکی از رایج ترین نمرات ، دارای مقاومت کششی در حدود 73.2 KSI (505 MPa) است.
این مقایسه نشان می دهد که آلیاژهای نیکل ، به ویژه آلیاژهای با کارایی بالا مانند Inconel ، در واقع می توانند از نظر استحکام کششی قوی تر از نمرات استیل ضد زنگ باشند.
قدرت عملکرد آلیاژهای نیکل نیز به طور کلی بالاتر از فولادهای ضد زنگ آستنیتی است. این بدان معنی است که آلیاژهای نیکل می توانند قبل از شروع به تغییر شکل پلاستیکی در برابر فشارهای بالاتر مقاومت کنند.
قدرت هر دو آلیاژ نیکل و فولاد ضد زنگ می تواند به طور قابل توجهی تحت تأثیر عناصر آلیاژ آنها باشد. به عنوان مثال ، افزودن مولیبدن در هر دو ماده می تواند قدرت آنها را افزایش دهد. آلیاژهای نیکل اغلب حاوی مقادیر بیشتری از این عناصر تقویت کننده هستند که در بسیاری از موارد به قدرت برتر آنها کمک می کند.
یکی از مهمترین تفاوت ها بین آلیاژهای نیکل و فولاد ضد زنگ ، عملکرد آنها در دماهای بالا است.
در دمای اتاق ، هر دو آلیاژ نیکل و فولاد ضد زنگ عملکرد خوبی دارند ، در حالی که آلیاژهای نیکل اغلب استحکام بالاتری را نشان می دهند. با این حال ، تفاوت ممکن است به همان اندازه که در دماهای بالاتر قرار می گیرد ، برجسته نباشد.
1. حفظ قدرت برتر آلیاژ نیکل
آلیاژهای نیکل واقعاً در محیط های درجه حرارت بالا می درخشند. آنها مقاومت و مقاومت در برابر خوردگی خود را در دماهای بسیار بالاتر از بیشتر فولادهای ضد زنگ حفظ می کنند. به عنوان مثال ، Inconel 625 می تواند ضمن حفظ یکپارچگی ساختاری خود ، در دماهای تا 1800 درجه فارنهایت (982 درجه سانتیگراد) کار کند.
2. محدودیت های استیل ضد زنگ
در حالی که برخی از درجه های فولاد ضد زنگ می توانند در دماهای نسبتاً بالا عملکرد خوبی داشته باشند ، اما به طور کلی شروع به از دست دادن مقاومت و مقاومت در برابر خوردگی در دماهای پایین تر از آلیاژهای نیکل می کنند. به عنوان مثال ، 304 فولاد ضد زنگ حداکثر دمای کار در حدود 1697 درجه فارنهایت (925 درجه سانتیگراد) دارد که فراتر از آن عملکرد آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
این حفظ مقاومت در برابر درجه حرارت بالا یکی از مهمترین دلایلی است که آلیاژهای نیکل اغلب از طریق فولاد ضد زنگ در کاربردهای درجه حرارت بالا انتخاب می شوند ، به ویژه در صنایعی مانند هوافضا ، فرآوری شیمیایی و نفت و گاز.
در حالی که به طور مستقیم با قدرت مرتبط نیست ، مقاومت در برابر خوردگی یک عامل مهم در انتخاب مواد برای لوله ها است و می تواند به طور غیرمستقیم بر قدرت یک ماده با گذشت زمان تأثیر بگذارد.
هر دو آلیاژ نیکل و فولاد ضد زنگ بخش عمده ای از مقاومت در برابر خوردگی آنها در برابر کروم است. کروم یک لایه اکسید منفعل را روی سطح مواد تشکیل می دهد و آن را از خوردگی بیشتر محافظت می کند.
آلیاژهای نیکل به طور کلی مقاومت در برابر خوردگی برتر را در مقایسه با فولاد ضد زنگ ، به ویژه در محیط های تهاجمی تر ارائه می دهند. این به دلیل محتوای نیکل بالاتر آنها و اغلب محتوای مولیبدن بالاتر است.
محیط های مختلف می توانند این مواد را متفاوت تحت تأثیر قرار دهند:
- در محیط های دریایی ، آلیاژهای نیکل مس مانند مونل فوق العاده خوب عمل می کنند.
- در محیط های بسیار اکسیداسیون ، هر دو آلیاژ با نیک بالا و فولادهای ضد زنگ می توانند عملکرد خوبی داشته باشند.
- در کاهش محیط ها ، به ویژه آنهایی که حاوی گوگرد هستند ، آلیاژهای نیکل اغلب از فولاد ضد زنگ بهتر عمل می کنند.
مقاومت در برابر خوردگی برتر آلیاژهای نیکل می تواند به قدرت طولانی مدت آنها در محیط های خورنده کمک کند ، زیرا کمتر احتمال دارد که با گذشت زمان تضعیف مرتبط با خوردگی را تجربه کنند.
فراتر از اندازه گیری قدرت ساده ، سایر خصوصیات مکانیکی هنگام مقایسه آلیاژهای نیکل و فولاد ضد زنگ ، به ویژه برای کاربردهای لوله ، مهم هستند.
هر دو آلیاژ نیکل و فولاد ضد زنگ به طور کلی کاملاً انعطاف پذیر هستند ، به این معنی که می توانند تحت استرس کششی بدون شکستگی تغییر شکل دهند. این خاصیت برای لوله هایی که ممکن است نیاز به مقاومت در برابر نوسانات فشار داشته باشند بسیار مهم است.
آلیاژهای نیکل اغلب می توانند سطح سختی بالاتری نسبت به فولادهای ضد زنگ آستنیتی داشته باشند ، که می تواند در کاربردهای مقاوم در برابر سایش مفید باشد.
مقاومت در برابر خستگی برای مواد مورد استفاده در برنامه های بارگذاری چرخه ای بسیار مهم است. آلیاژهای نیکل ، به ویژه گونه های سخت بارش ، که اغلب در مقایسه با فولادهای ضد زنگ مقاومت در برابر خستگی برتر دارند.
خزش ، گرایش یک ماده برای تغییر شکل دائمی در فشارهای مکانیکی مداوم ، برای کاربردهای درجه حرارت بالا از اهمیت ویژه ای برخوردار است. آلیاژهای نیکل به طور کلی مقاومت در برابر خزش برتر را در مقایسه با فولادهای ضد زنگ ، به ویژه در دمای بالا نشان می دهند.
هنگام در نظر گرفتن استحکام لوله های آلیاژ نیکل در مقابل لوله های استیل ضدزنگ ، عوامل مختلفی به کار می روند.
با توجه به استحکام بالاتر آنها ، به ویژه در دمای بالا ، لوله های آلیاژ نیکل اغلب می توانند فشارهای بالاتر را نسبت به لوله های استیل ضد زنگ در ابعاد مشابه تحمل کنند.
استحکام برتر آلیاژهای نیکل ممکن است ضمن حفظ رتبه فشار یکسان ، دیواره های لوله ای نازک تری را فراهم کند. این می تواند در برنامه های حساس به وزن یا جایی که فضا در حق بیمه است ، سودمند باشد.
آلیاژهای نیکل و فولاد ضد زنگ می توانند جوش داده شوند ، اما آلیاژهای نیکل اغلب به تکنیک های تخصصی جوشکاری نیاز دارند. استحکام مفصل جوش برای استحکام کلی لوله بسیار مهم است و برای حفظ قدرت ذاتی مواد باید از روشهای جوشکاری مناسب پیروی شود.
انتخاب بین آلیاژ نیکل و لوله های استیل ضد زنگ اغلب به نیازهای خاص کاربردی کاهش می یابد.
لوله های آلیاژ نیکل اغلب برای:
1. محیط های درجه حرارت بالا ، مانند موتورهای جت یا کوره های صنعتی
2. تنظیمات بسیار خورنده ، مانند گیاهان پردازش شیمیایی
3. صنایع خاص مانند نفت و گاز ، که در آن لوله ها ممکن است در معرض درجه حرارت بالا و مواد خورنده قرار بگیرند
لوله های استیل ضد زنگ بیشتر در:
1. برنامه های کاربردی عمومی که در آن مقاومت در برابر خوردگی متوسط مورد نیاز است
2. صنایع غذایی و آشامیدنی ، جایی که مقاومت در برابر پاکیزگی و خوردگی مهم است
3. تولید دارویی ، جایی که خلوص و سهولت تمیز کردن بسیار مهم است
در حالی که عملکرد بسیار مهم است ، هزینه اغلب یک عامل تعیین کننده در انتخاب مواد است.
آلیاژهای نیکل به دلیل محتوای بالاتر نیکل و فرآیندهای تولید پیچیده تر ، به طور کلی گران تر از فولاد ضد زنگ هستند.
ساخت لوله های آلیاژ نیکل به دلیل نیاز به تکنیک ها و تجهیزات تخصصی جوشکاری می تواند گران تر باشد.
با وجود هزینه های اولیه بالاتر ، لوله های آلیاژ نیکل ممکن است به دلیل طول عمر طولانی تر و کاهش نیاز به جایگزینی ، به ویژه در محیط های سخت ، در دراز مدت برای برخی از برنامه های کاربردی مقرون به صرفه تر باشند.
انتخاب بین آلیاژ نیکل و لوله های استیل ضد زنگ باید شامل توجه به موارد زیر باشد:
اگر برنامه شامل درجه حرارت بالا ، به ویژه بالاتر از 1000 درجه فارنهایت (538 درجه سانتیگراد) باشد ، آلیاژهای نیکل اغلب انتخاب بهتری هستند.
برای محیط های بسیار خورنده ، به ویژه آنهایی که شامل کاهش اسیدها هستند ، آلیاژهای نیکل به طور کلی عملکرد بهتری را ارائه می دهند.
برنامه های فشار بالاتر ممکن است از قدرت برتر آلیاژهای نیکل بهره مند شوند.
اگر برنامه به عملکرد شدید آلیاژهای نیکل احتیاج نداشته باشد ، هزینه کمتری از فولاد ضد زنگ ممکن است آن را به انتخاب اقتصادی تر تبدیل کند.
در پایان ، هنگام پرسیدن 'آیا آلیاژ نیکل قوی تر از فولاد ضد زنگ است؟ ' ، پاسخ به طور کلی بله است ، به خصوص هنگام در نظر گرفتن مقاومت در دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی. آلیاژهای نیکل به طور معمول استحکام کششی بالاتری ، عملکرد با درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر خوردگی برتر را در مقایسه با بیشتر فولادهای ضد زنگ ارائه می دهند.
با این حال ، قدرت فقط یک عامل در هنگام انتخاب بین آلیاژ نیکل و لوله های استیل ضد زنگ است. الزامات خاص برنامه ، از جمله دمای عملیاتی ، محیط خورنده ، نیازهای فشار و محدودیت های بودجه ، همه باید در فرایند انتخاب نقش داشته باشند.
در حالی که آلیاژهای نیکل ممکن است قوی تر باشند ، فولاد ضد زنگ برای بسیاری از برنامه ها یک انتخاب عالی و اقتصادی تر است. نکته مهم این است که نیازهای خاص برنامه خود را با دقت ارزیابی کنید و مطالبی را انتخاب کنید که بهترین تعادل عملکرد و مقرون به صرفه بودن را برای وضعیت خاص شما ارائه می دهد.
