واکنش استیل در دمای بالا و نزدیک ذوب

واکنش استیل در دمای بالا و نزدیک ذوب

محدوده دمایی برای استیل

به خاطر وجود عنصر کروم در استیل این فلز در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاوم است.  کروم  بر مقاومت استیل در برابر حرارت هم تاثیرگذار است (استنلس استیل دما بالا). به همین دلیل، استنلس ‌استیلی که از حداقل 18% کروم تشکیل شده باشد (استنلس استیل دما بالا)، می‌تواند در گریدهای 304، 316 و 330 و تا دماهای 870 درجه سانتی‌گراد و حتی بالاتر نیز مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین فاکتورهای مختلفی نیز می‌توانند بر ذوب شدن استنلس ‌استیل در آتش تاثیرگذار باشند. فاکتورهای زیر می‌توانند به ‌صورت مستقیم بر مقدار مقاومت استیل در دمای بالا تاثیر بگذارند:

نوع آلیاژ فولاد زنگ نزن

مدت زمانی که قطعه استیل در معرض آتش و دمای بالا قرار می‌گیرد

نوع مواد شیمیایی موجود در محیط

شکل هندسی و ضخامت قطعه

رفتار استنلس ‌استیل در دماهای بالا

گریدهای مختلف استیل، در دمای بالا رفتار و میزان تحمل متفاوتی دارند. بعضی از آنها برای دما بالا مناسب‌تر هستند و برخی دیگر در دماهای بالا دچار افت در برخی خواص می‌شوند. به عنوان مثال در بعضی آلیاژها، مقاومت به خوردگی کاهش قابل توجهی پیدا می‌کند. برخی از گریدهای استیل نیز با افزایش دمای کاری دچار افت خواص مکانیکی می‌شوند. زمانی که ورق استیل در دماهای بالا و نزدیک به ذوب قرار می‌گیرد، رفتار آن تغییر می‌کند و همین رفتار می‌تواند به‌ صورت مستقیم بر کاربرد استیل تاثیرگذار باشد.

باید اشاره کرد که میزان تحمل استیل در برابر حرارت به میزان عناصر الیاژی موجود در آن بستگی دارد. زمانی که به دمای ذوب شدن استنلس ‌استیل نزدیک می‌شویم، انبساط حرارتی در فلز رخ می‌دهد. این انبساط حرارتی می‌تواند باعث شود تا استنلس ‌استیل شکل خود را از دست دهد و با خمش یا کمانش مواجه شود. از سوی دیگر، داغ شدن استنلس استیل دما بالا می‌تواند استحکام کششی آن را نیز به خطر بیندازد. یعنی وقتی  دمای استیل افزایش پیدا می‌کند، مقاومت آن در برابر خوردگی کم می‌شود و به ‌نوعی خزش در آن پدید می‌آید. همچنین باید اشاره کرد که دماهای بالا می‌توانند مقاومت استیل را در برابر اکسیداسیون به خطر بیندازد. از این ‌رو، فلز مستعد زنگ‌زدگی بیشتر، پوسته پوسته شدن می باشد.

مقاومت به خوردگی استیل در دمای بالا

خواص مکانیکی و خوردگی، یا تحمل دمایی استیل با افزایش دما کاهش می‌یابد. اما آلیاژها و گریدهای مختلف استیل مقاومت‌های مختلفی در برابر حرارت از خود نشان می‌دهند. برخی از گریدها مانند استیل 310 که با نام استیل نسوز نیز شناخته می‌شود در دماهای بالا مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون دارند.

مقاومت در برابر پوسته شدن

تحمل دمایی استیل ترکیبی از مقاومت آن در برابر خوردگی و پایداری آن در حفظ استحکام و خواص مکانیکی است. مقاومت در برابر پوسته شدن به میزان کروم موجود در ساختار استیل بستگی دارد. با افزایش میزان کروم موجود در استیل می‌توان مقاومت بهتری در برابر خوردگی و در برابر پوسته شدن در دمای بالا انتظار داشت.

مقایسه محدوده دمایی آلیاژهای 304، 316 و 330

تفاوت این گریدها به تفاوت میزان عناصری که در آن‌ها به ‌کار رفته است، بستگی دارد. ما در این قسمت قصد داریم این موضوع را بررسی کنیم که با نزدیک ‌شدن به دمای ذوب شدن استنلس ‌استیل در آتش، هر کدام از این عناصر چه رفتاری نشان می‌دهند .

تحمل دمایی گرید 304

هنگامی که استنلس ‌استیل 304 به عنوان پُر کاربردترین گرید استیل، در دماهایی بین 870 تا 925 درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد،  مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون از خود نشان می‌دهد. با این ‌وجود، اگر مقاومت در برابر رطوبت مد نظر باشد، بهتر است که از استفاده مداوم این فلز در محدوده دمایی 425 تا 860 درجه سانتی‌گراد خودداری شود. به‌ عبارت‌ دیگر، استنلس استیل دمای بالا می‌تواند با حفظ خواص خود برای مدت کوتاهی در دماهای 870 تا 925 درجه سانتی‌گراد مورد استفاده قرار بگیرد. در صورتی که این محدوده دمایی همچنان برقرار باشد، باعث می‌شود که مقاومت فلز در برابر رطوبت کاهش پیدا کند و گرید 304 در معرض آسیب‌های خوردگی و زنگ‌زدگی قرار بگیرد. دمای ذوب استنلس استیل 304 بین 1399 تا 1454 درجه سانتی‌گراد است. طبیعی است که هر چه به این دما نزدیک‌تر شویم، استحکام کششی آن کاهش پیدا می‌کند.

تحمل دمایی گرید 316

از استنلس ‌استیل 316 می‌توان در محیط‌هایی استفاده کرد که احتمال خوردگی و بخصوص خوردگی کلریدی بسیار زیاد است. دلیل این امر این است که مقاومت در برابر خوردگی این گرید در مقایسه با گرید 304 بیشتر است. محدوده ذوب این آلیاژ 1371 تا 1399 درجه سانتی‌گراد است. از این ‌رو، دمای ذوب آن تقریباً بین 10 تا 40 درجه سانتی‌گراد کمتر از استیل با گرید 304 است. به همین دلیل، آلیاژ گرید 316 نسبت به آلیاژ گرید 304 برای استفاده در دماهای بالاتر کمی نامطلوب‌تر خواهد بود. در دماهای بالا مقاومت این فلز نیز در برابر خوردگی فلزات و زنگ‌زدگی کاهش پیدا می‎کند و گرید 316 مستعد خزش و شکست می‌شود.

تحمل دمایی گرید 330

بدون شک، در میان سه گرید اشاره شده از استنلس استیل دما بالا، گرید 330 به عنوان مقاوم ‌ترین استیل در برابر آتش شناخته می‌شود. از این ‌رو می‌توان از آن به ‌عنوان یک آلیاژ مقاوم در برابر حرارت‌های بالا نام برد. استیل 330 به دلیل مشخصات مقاوم به حرارت در کوره‌ها و سبدهای عملیات حرارتی بسیار کاربرد دارد و از جمله آلیاژهای پُر نیکل و گران قیمت استیل است. از آنجایی که دو عنصر کروم و نیکل در این گرید حضور دارند، استنلس ‌استیل 330 می‌تواند دماهای نزدیک به 1094 درجه سانتی‌گراد را تحمل کند. این دما نزدیک به دمای ذوب شدن استنلس ‌استیل در آتش است.

دلیل استقامت استیل نسوز در درجه حرارت بالا

دلیل اصلی استقامت بالای استیل نسوز در درجه حرارت بالا، وجود عنصر کروم در ساختار آن است. کروم، با ترکیبات مختلف در محدوده‌های مختلف دمایی، استقامت در برابر خوردگی و استقامت گرمایشی را حمایت می‌کند. این عنصر، در دماهای بالاتر، به‌ویژه در محدوده‌های 850 تا 1100 درجه سانتیگراد، توانایی مقاومت بالایی را در برابر شرایط حرارتی بالا ارائه می‌دهد. بنابراین، به دلیل دمای ذوب استیل نسوز در کاربردهایی که با دماهای بالا سر و کار دارند، مانند محفظه‌های سمانتاسیون و بویلرهای صنعت نفت، از استقامت بالایی برخوردار است. علاوه بر کروم، مقادیر معینی از عناصری مانند وانادیوم، آلومینیوم و تنگستن نیز می‌توانند به استقامت و پایداری استیل نسوز در دماهای بالا کمک کنند. اما به‌طور کلی، وجود کروم و نیکل به نسبت‌های مشخص، به‌عنوان عناصر اصلی، عامل اصلی استقامت بالای این نوع استیل در برابر درجه حرارت بالاست.

کاربرد ورق استیل نسوز

 انواع ورق استیل، با توجه به خواصی که ارائه می‌دهند، دارای کاربردهای متفاوتی هستند. برخی از کاربردهای ورق استیل نسوز عبارتند از:

 کوره‌های صنعتی پخت سرامیک، کریستال و …

 دیگ‌های بخار

 لوله‌های بخار

 صنایع پتروشیمی

 خطوط گاز  مبدل‌های حرارتی

 قطعات در معرض دمای بالا در موشک و هواپیما  

تجهیزات نیروگاهی