مواد و آلياژهاي مورد استفاده در ساخت مخازن

مواد و آلياژهاي مورد استفاده در ساخت مخازن

 

اهداف مقاله

◊ آشنايي با موادي كه در ساخت مخازن يا اجزاي آنها بكار ميروند.
◊ شناخت عوامل موثر در انتخاب مواد

براي طراحي مخازن تحت فشار ابتدا بايد مواد ساختماني مشخص شوند . اين كار پيش نياز آناليزتنش است . انتخاب مواد تحت تاثير عوامل مختلفي است كه استحكام مكانيكي و مقاومت در برابرخوردگي از مهمترين آنها هستند. براي انتخاب مواد ساخت تجهيزات فرآيندي و تعادل برقراركردن ميان خصوصيا تي نظير قيمت، مقاومت در برابر خوردگي يا استحكام مكانيكي بايد به نكات زير توجه داشت:

۱) طبيعت شرايط كاري
نوع بارگذاري، دماي كاري و طبيعت سيال بكار رفته و…

۲) مشخصات مواد
مقاومت و ساير خصوصيات مكانيكي نظير ازدياد و كاهش سطح ، مقاومت برشي، سختي ومقاومت فرسايش، خزش و استحكام شكست و …

۳) عوامل فرآيندي
اثر روشهاي ساخت نظير نورد، برش و … عمليات حرارتي و قابليت جوشكاري

۴) رفتار در محيط
مقاوت در برابر خوردگي يا ساير عوامل مخرب در محيط، اثر ات خاص روي مواد و شناسايي خواص ويژه مواد كه به احتمال شكست ماده مرتبط هستند.

۵) هزينه
ايجاد تعادل ميان ملاحظات قيمت و طول عمر وخطر شكست

۶) دسترسي تجاري

نوع مواد و خصوصيات اصلي آنها

موادي كه عموماً در ساخت مخازن فرآيندي بكار مي روند ممكن است بصورت زير دسته بندي شوند:

۱) فولاد
كربني، كم آلياژ، روكش شده با فولاد ضد زنگ يا ساير فلزات.

۲) غير آهني:
آلومينوم، مس، نيكل، سرب و آلياژهاي آنها

۳) فلزات خاص:
تيتانيوم، زيركونيم

۴) مواد غير فلزي:
پلاستيك، بتن

فولاد كربني

اين گروه از فولادها نسبتاً ارزان هستند و بيشترين كاربرد را در ساخت مخازن فرآيندي وسيستمهاي پايپينگ دارند . اين فولادها آلياژ كم كربن با درصد كربن كمتر از ۰٫۲۵ درصد به اضافه مقداري M N و Si هستند.
فولاد با ۰٫۴ درصد كربن براي پيچها و مهره ها بكار مي رود . بسته به ميزان اكسيژن گيري، فولاد ممكن است Semi-Killed، Rimmed یا Killed باشد.
فولادهاي Rimmed بخاطر عدم همگني شيميايي بندرت در ساخت مخازن فرآيندي بكار مي روند.
فولادهاي semi-killed از نظر اكسيژن گيري بين دو گروه rimming ، killed قرار دارند. اين فولاد ارزان ترين نوع فولاد است كه براي كارهاي سبك وعمومي بكار مي رود.
تقريباً تمام ورقهايي كه در ساخت مخازن فرآيندي براي كارهاي سبك بكار مي روند (تاضخامت ۲۵mm ) از نوع semi-killed هستند.
فولادهاي كشته سيليكوني كه بصورت كامل اكسيژن گيري شده اند همگن تر هستند و براي ساخت مخازن ضخيم تر و پر كار تر بكار مي روند . اغلب AL به مقدار كم اضافه مي شود تا مقاومت در برابر برش ماده را افزايش دهد.
فولادهاي كربني در دماي محيط داراي استحكام متوسط ، قابليت چكش خواري خوب، فرم پذيري و جوشكاري آسان هستند. تنش كششي اين فولادها با بالارفتن دما كاهش مي يابد.

 

فولاد كربني

فولاد كربني

فولادهاي كم آلياژ

دراين گروه ازفولادهاعناصرآلياژي كمترازده درصدهستندومعمولاًازMo، Ni، Crبعنوان عناصرآلياژي استفاده ميشود . فولادهاي كم آلياژنسبت به فولادهاي كربني معمولي دربرابرگسيختگي ناشي ازخزش داراي استحكام بالاتري هستند . درهنگام ساخت وجوشكاري اين فولادهانيازبه كنترل دقيق تري ميباشد.
بطوركلي Cr، Mo خواص مكانيكي رامخصوصاًدردماهاي بالابهبودميبخشندواين فولادهاكاربردوسيعي دردماهاي بالاپيداميكنند. ازطرف ديگر Ni خاصيت استحكام برشي رادردماهاي پايين تا ۸۰ درجه سانتی گرادافزایش میدهد.
فولادهاي كم آلياژنيكل، با۳٫۵-۲ درصدنيكل درجايي بكار ميروندكه مقاومت دربرابرشكست براثر تردشدن دردماهاي پايين مهم باشد.
گرچه اين فولادهاازنوع كربني گرانترهستنداماخواص بهبوديافته آنهااجازه ميدهدتاتنش طراحي بزرگتري بكاررودودرنتيجه درمصرف موادصرفه جويي قابل توجه اتفاق ميافتد.

فولادهاي پرآلياژ

فولادهاي پرآلياژدرصنايع نيروگاهي، هسته اي وتاسيسات شيميايي هنگامي كه لازم است مواددربرابرخوردگي مقاوم باشندوآلودگي اتفاق نيافتد،بكارميروند.
اين نوع ازفولادهادوگونه اند:

۱) فولادهاي ضدزنگ آهن دار
۲) فولادهاي ضدزنگ آستينيتيك

نوع اول فقط شاملCrبعنوان عنصرآلياژيست وميزان كرم آن ۲۵-۱۱ درصداست. اين فولادهاداراي مقاومت خوبي دربرابرخوردگي و اكسيداسيون دردماهاي بالاهستند.

فولادهاي استينيتيك تشكيل گروه بزرگي ازفولادهاي مقاوم دربرابرخوردگي راميدهندكه درصنايع مختلف شيميايي بكارميروند. مقدار Cr آنهابین ۱۸ تا ۲۵ درصدومقدار نيكل دراين فولادهابين ۸ تا ۲۵ درصدمتغيراست ميزان كربن از ۰٫۰۴ تا ۰٫۲۵ درصدمتغيراست. اين فولادهااستحكام وقابليت چكش خواري خوبي دارنداماقابليت سخت كاري بوسيله عمليات حرارتي راندارنداماسختي كششي بالايي دارند. استحكام كششي وسختي آنهابطورقابل ملاحظه اي درفرآيندهاي سردكارافزايش مييابد. همچنين به آساني فرم دهي ميشوندوجوشكاري آنهاآسان است امادرساخت آنهابايدنهايت احتياط صورت گيردتامقاومت مطلوب دربرابرخوردگي درآنهاحفظ شود.

فولادهاي روكش شده

اين فولاددرحقيقت محصول ويژه ايست كه داراي تركيبي ازمقاومت دربرابرخوردگي فولادهاي آستينيتيك، فولادهاي ضدزنگ آهن دار، نيكل ياآلياژهايش،همراه باقيمت فولادكربنيست. اين فولادتركيبي ازفلزپايه كه همان فولادكربنيست وپوشش فولادضدزنگ كه به ضخامت۵-۲میلیمتربصورت پيوسته دريك سمت آن نوردشده است.
خواص مكانيكي اين فولادبافولادكربني يكسان است درعين حال مقاومت خوردگي آن برابرباپوشش فولادضدزنگ است. البته اين درصورتيست كه پوشش بصورت همگن وسالم باضخامت كافي(معمولاً۲۰-۱۰درصدضخامت كل۵-۲میلیمتراست)اضافه شود.

 

فولاد روکش دار

فولاد روکش دار

فلزات غير آهني

فلزات غير آهني كه در ساخت مخازن يا اجزاي آنها بكار مي روند عبارتند از:
آلومينيوم، مس، نيكل و آلياژهايشان پلاتينيوم، نقره و سرب نيز به تنهايي يا بعنوان پوشش ممكن است بكار روند. علاوه بر آن تيتانيوم زيركونيوم، و … موجب بهبود كاركرد مواد مي شوند.
در جدول مشخصات فني معادل مواد در پنج استاندارد آمريكايي، اروپايي، آلماني، انگليسي و ژاپني آمده است.

 

مشخصات معادل مواد در استاندارد كشورهاي مختلف

مشخصات معادل مواد در استاندارد كشورهاي مختلف