پروفیل های فولادی مقاوم در برابر حرارت

امروزه صنایع مختلفی از فولاد ضد زنگ و پروفیل های فولادی مقاوم استفاده می‌کنند. گرچه مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی به مرور زمان کاهش می‌یابد، با این حال دوام آن‌ها در برابر گرما و زنگ زدگی از جمله ویژگی‌های اصلی این مواد می‌باشد.
بهتر است به خاطر داشته باشید که چندین فاکتور احتمالی وجود دارد که می‌تواند بر عملکرد پروفیل ها ی  فولادی تولید شده از انواع آلیاژها تاثیر بگذارد. به عنوان مثال ممکن است که سازه‌های فولادی پس از اینکه در دمای بالاتر از 1000 درجه فارنهایت قرار می‌گیرند، استحکام کششی خود را از دست بدهند.

افزایش حرارت سازه‌های فولادی

مسئله دیگر درباره افزایش حرارت سازه‌های فولادی این است که گسترش حرارتی فلزی می‌تواند در آن‌ها ایجاد شود. به همین دلیل هرچند بسیاری از محصولات تولید شده از فولاد ضد زنگ در برابر آتش و دما مقاوم می‌باشند، با این حال لازم است که نهایت دقت و توجه برای حفظ و نگهداری از آن‌ها به عمل آورده شود.

آتش همواره یکی از خطرات ویران کننده در جهان به شمار می‌آید. یک شعله کوچک آتش می‌تواند به آتش‌سوزی‌های بزرگ و حتی یک انفجار تبدیل شود. علاوه بر آن آتش می‌تواند دودمان یک ساختمان را بر باد دهد و ویرانی و تخریب‌های بسیاری را به جا بگذارد.

دلیل استفاده از پروفیل مقاوم به حرارت

چرا مهندسین استفاده از انواع پروفیل های فولادی را در ساخت و ساز ترجیح می‌دهند؟ هنگامی که مهندسین و معماران در مرحله طراحی سازه قرار می‌گیرند، لازم است که توجه دقیقی داشته باشند و موادی را انتخاب کنند که می‌تواند از آتش جلوگیری کند و یا موجب کاهش آن شود.

یک سنت دیرینه درباره مقاوم ساختن سازه‌ها و ساختمان‌ها، استفاده از فولاد ضد زنگ و پروفیل های  فولادی مقاوم در آن‌ها می‌باشد. بسیاری از آزمایشات آتش‌سوزی توسط موسسه نیکل برای مقایسه نحوه آتش‌سوزی انواع فلزات مختلف انجام شده است.

این بررسی‌ها نشان داده است که پروفیل مقاوم در برابر حرارت نسبت به فولاد آلومینیوم و گالوانیزه از مقاومت بیشتری برخوردار می‌باشد. در تمام موارد فولاد ضد زنگ حتی پس از مدت زمان طولانی در معرض آتش‌سوزی و تحت دمای شدید جان سالم به در برده و از امنیت بیشتری برخوردار می‌باشد.

از آنجایی که پروفیل های فولادی ضد زنگ نمی‌توانند آتش بگیرند، به جلوگیری از انتشار آتش‌سوزی در یک ساختمان کمک خواهند کرد. از سویی دیگر فولاد ضد زنگ برای مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا و حفظ قدرت در آن شرایط انتخاب می‌شود. میزان مقاومت پروفیل مقاوم در برابر حرارت عمدتا به میزان کروم در فولاد بستگی خواهد داشت.

پروفیل نسوز (پروفیل مقاوم در برابر حرارت) چیست ؟

محافظت از سازه و ساختمان یکی از اصول حرفه ای و نقاط قوت در ساخت و ساز است که در مقابل خطرات و حوادث مقاوم باشد. حریق یکی از ویران کننده ترین حوادث و خطرات ممکنه است. به همین جهت مقاوم سازی سازه ها در مقابل آتش بدون شک از اصول اولیه جوامع مهندسی است. هنگامی که مهندسان و معماران در مرحله طراحی یک سازه قرار دارند، باید توجه زیادی داشته باشند و موادی را انتخاب کنند که بتوانند از خطرات احتمالی از جمله آتش سوزی را مهار و حتی از آن جلوگیری کنند. در صورتی که فلزات و مواد به طور صحیح انتخاب نشوند، پس از پایان پروژه، عواقب سختی گریبان گیر افراد خواهد شد.

وقتی صحبت از مصالح ساختمانی با مقاومت بالا می شود، تعداد کمی از مصالح به آنچه فولاد می تواند ارائه دهد نزدیک می شوند. فولاد از دیرباز به عنوان یکی از قوی ترین مصالح ساختمانی شناخته شده و با توانایی تحمل ضربه زیاد و وزن زیاد، در کنار انعطاف پذیری بسیار بالا، قابل استفاده و دسته بندی است. یکی دیگر از ویژگی های مهم فولاد، مقاومت در برابر حرارت بالا است که امکان استفاده از آن را در صنایع صنعتی و ساختمانی و استفاده در تولید محصولات فراهم می کند..

شاخص ‌ترین مشخصه پروفیل های مقاوم به حرارت، مقاومت بالایی است که در برابر دماهای خیلی زیاد دارند، پروفیل هایی که بتوانند دمای حدود ۶۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه را تاب بیاورند، ساختارشان بهم نریزد، در برابر سایش و خوردگی نیز مقاوم باشند؛  پروفیل  نسوز است که در واقع یک زیر دسته از انواع آلیاژ استیل یا فولاد زنگ نزن است. این آلیاژ با دارا بودن عناصر آلیاژی مثل نیکل و کروم خواص مورد نیاز را برآورده می کند.

فرمول ترکیبات پروفیل مقاوم در برابر حرارت

همان ‌طور که قبلاً هم گفتیم پروفیل  مقاوم به حرارت برای داشتن ویژگی‌ های خاصی که برای آن عنوان کردیم باید از ترکیبی از آلیاژها ساخته شود. این آلیاژها شامل کروم، کروم- نیکل، نیکل- کروم و … هستند که هر کدام بخشی از ویژگی ‌های منحصر به‌ فرد فولاد مقاوم به حرارت را ایجاد می‌ کنند. در هر نوع فولادی بسته به نوع کاربرد آن مقدار آلیاژهای استفاده شده متفاوت است. تنوع ترکیب شیمیایی در بین آلیاژها باعث ایجاد پیچیدگی در ریز ساختار پروفیل های  تولید شده خواهد شد. در نتیجه مکانیسم‌ های مختلف تقویتی در بین آلیاژها وجود دارد و مقاومت به پارگی ناشی از نیروی خزش نیز افزایش می ‌یابد. در ادامه نقش هر کدام از این آلیاژها در فولاد مقاوم به حرارت را برایتان توضیح می ‌دهیم:

آلیاژ کروم

علت استفاده از کروم در پروفیل های نسوز ایجاد مقاومت در این پروفیل ها نسبت به خوردگی در برابر انواع گازهای مخرب در محل بهره‌ برداری می‌ باشد. معمولاً برای ایجاد این ویژگی خاص حدود 8 الی 30 درصد آلیاژ کروم در ترکیب فولاد مقاوم به حرارت استفاده می ‌شود. علت اینکه از درصدهای پایین برای ترکیب این آلیاژ استفاده می‌ کنند این است که هر چه مقدار آن در فولاد بیشتر شود خاصیت انعطاف‌ پذیری یا همان شکل ‌پذیری فولاد را کاهش داده و علاوه بر آن مقاومت پروفیل  را نسبت به دماهای بالا بیشتر می ‌کند. پس هر چه دمای محیط مصالح و یا تجهیزاتی که قرار است با این نوع پروفیل  ساخته شود بیشتر باشد باید مقدار کمتری کروم در آن استفاده گردد.

 آلیاژ کروم – نیکل

آلیاژ کروم – نیکل به آلیاژی گفته می‌ شود که میزان کروم آن بیشتر از نیکل باشد. اگر پروژه یا تجهیزاتی که قرار است با فولاد نسوز ساخته شوند، مانند برخی از کارخانه‌ های تولیدی که با گازهای احیا کننده و یا اکسید گوگرد سر و کار داشته باشند، از آلیاژ کروم – نیکل برای مقاومت بیشتر پروفیل نسبت به این گازها استفاده می ‌شود. برای اینکه ضعیف‌ ترین آلیاژ کروم – نیکل تشکیل شود باید مقدار کروم بیشتر از 18% و مقدار نیکل بیشتر از 8% باشد. مزیت فولادهایی که آلیاژ کروم – نیکل زیادی دارند انعطاف ‌پذیری بالای آن‌ ها حتی در دماهای خیلی زیاد است.

آلیاژ نیکل – کروم

برعکس آلیاژ کروم- نیکل، در آلیاژهای نیکل – کروم مقدار نیکل بیشتر است. از این آلیاژ در فولادهایی که باید در درجه حرارت ‌های خیلی زیاد استحکام بالایی داشته باشند و یا بتوانند در برابر گازهایی مانند کربن و نیتروژن دوام بیاورند استفاده می‌ شود. در این فولادها کروم بیشتر از 10% و نیکل بیشتر از 23% می ‌باشد.

آلیاژ نسوز مولیبدن

مولیبدن آلیاژ اصلی فولاد مقاوم به حرارت است که برای تولید پروفیل های فریتی مقاوم در برابر خزش برای دمای تا 530 درجه سانتی ‌گراد ساخته می ‌شوند. محصولات و تجهیزات ساخته شده از این نوع پروفیل بیشتر شامل لوله ‌های بدون درز برای دیگ‌ های آب و سوپرهیترها، درام‌ های دیگ بخار، جمع کننده‌ ها، پمپ‌ ها و مخازن تحت فشار برای دمای بالا و همچنین شافت های سنگین توربین بخار با قطر بیش از 2 متر و وزن بیش از 100 تن می‌ باشد. همچنین از این نوع پروفیل در روتور توربین نیز استفاده می‌ شود. توربین ‌های بخار بزرگ برای کارکرد ایمن و اقتصادی به فولادهایی مقاوم در برابر خزش نیاز دارند.

از پتانسیل تقویت‌ کننده مولیبدن نمی ‌توان به‌ طور کامل استفاده کرد، زیرا با افزایش محتوای مولیبدن، شکل‌ پذیری خزشی پروفیل به شدت کاهش می ‌یابد. محدودیت دیگر در استفاده از فولادهای مولیبدن تجزیه کاربیدهای آهن بالاتر از 500 درجه سانتی‌ گراد است که به‌ عنوان گرافیت سازی شناخته می ‌شود. یک راه برای حل کردن هر دو مشکل، استفاده از آلیاژ ترکیبی مولیبدن با کروم است. در حقیقت، فولادهای کروم مولیبدن اولین فولادهایی بودند که اجازه دادند دمای بخار در نیروگاه‌ها بیش از 500 درجه سانتی‌ گراد باشد. فولادهای جدید توسعه یافته با نامه ‌ای 7CrMoVTiB10-10 (T / P24) و T / P23 دارای خواص مقاومت بسیار بالایی هستند. مقاومت آن‌ ها به میزان قابل توجهی با آلیاژهای اضافی مانند تیتانیوم، وانادیوم و بور در مورد T / P24 و تنگستن، وانادیوم، نیوبیوم و بور در نوع T / P23 افزایش می ‌یابد.

مقاومت پروفیل مقاوم در برابر حرارت

یکی از خواص کلیدی هر آلیاژ فولادی این است که آن‌ها در برابر اکسیداسیون بسیار مقاوم می‌باشند. درجه حرارت بالا می‌تواند مقاومت پروفیل های  فولادی ساخته شده از آلیاژهای فولادی 304 را به خطر بیندازد، نتیجه این امر باعث می‌شود تا زنگ‌زدگی در آن‌ها افزایش و ضریب اطمینان ساختاری آن‌ها کاهش یابد. به عبارت بهتر شما می‌توانید فولاد آلیاژی 304 را تا دمای 1.598 درجه فارنهایت برای مدت کوتاهی و بدون اثرگذاری بد در آن‌ها تحت حرارت قرار داد..

در برخی موارد ممکن است که منجر به افزایش خوردگی در آن شده و مقاومت فلز را به خطر بیندازد، در نتیجه پروفیل های فولادی مقاوم، در برابر رطوبت به سرعت تحت تاثیر قرار خواهند گرفت..

کاربرد های پروفیل نسوز چیست؟

پروفیل  نسوز، بر اساس میزان مقاومت در برابر حرارت و خواص مکانیکی مورد نیاز پروفیل؛ برای بخش های مختلفی کاربرد و کارایی های دارد. فولاد نسوز را می توان در دسته آلیاژهای استنلس استیل که مصرف زیادی در صنایع پتروشیمی و گاز و سایر صنایع مادر کشور دارد قرار داد. برای تولید انواع لوله های مختلف در انواع مقاومت ها استفاده بیشتری کرد ترکیبات وآلیاژ هایی که در تولید انواع فولاد نسوز  استفاده شده است میتوان به کربن، آهن اشاره نمود که مقدار هریک در سخت و نرم شدن پروفیل  نسوز موثر میباشد.

استفاده از فولاد مقاوم تر در برابر حرارت، ممکن است به دلیل ترد بودن،گران مضر نیز باشد. این فولاد نباید در معرض شعله قرار گیرد و از تماس مستقیم آن با کربن باید جلوگیری شود. پروفیل  مقاوم در برابر حرارت که در قالب ورق نسوز، توری، لوله، میلگرد و… تولید می شود در زمینه های بسیار متنوع و گوناگونی به کار می رود.

مثال هایی از کاربرد این نوع فولاد در صنعت عبارتند از:

• دیواره داخلی کوره ذوب فلزات
• تولید دیگ بخار
• مخازن تحت فشار
• تولید دیگ موتور هواپیما و موشک
• برخی انواع پیچ و مهره ها
• مقاومت بالا نسبت به خزش و خستگی در دماهای خیلی زیاد
• استحکام در برابر فرسایش و ساییدگی
• مقاومت بالا نسبت به بخار آب

مزایا و معایب پروفیل مقاوم در برابر حرارت

این محصول مقاومت سازه را بسیار افزایش می دهند ، اما آیا آنها مورد نیاز پروژه شما هستند؟ محصولات فولادی با دوام و سبک تر از چوب یا بتن هستند ، اما در معرض خوردگی یا زنگ زدگی هستند.

پروفیل های فولادی معمولاً در برابر رطوبت ، آتش سوزی و در برابر آب و هوا مقاوم هستند و نیازی به دفع هر نوع آفات یا حشرات نیست. اما در مناطقی که آب و هوا خاص یا آب دریا وجود دارد ، نیاز به کار بیشتری در برابر زنگ زدگی و خوردگی دارند.

برخی از بهترین دلایل استفاده از این محصول ، قیمت مناسب ، پایدار و بادوام بوده و به درستی طراحی و ساخته می شوند و در صورت لزوم ، ساخت آنها سریع و آسان است. این محصول در بسیاری از صنایع مانند بخش های صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند اگرچه بتن تقویت شده یک محصول عالی است ، اما اغلب هنگام ساخت ساختمان های بزرگ باز مانند سوله های ذخیره سازی و فضاهای کارخانه از آنها استفاده می شود.

سخن پایانی

در نتیجه، مقاله حاضر به بررسی و تبیین مزایا و کاربردهای پروفیل‌های نسوز در صنایع مختلف پرداخت. این پروفیل‌ها به عنوان یکی از مهم‌ترین مواد مصرفی در صنایع هوافضا، خودروسازی، نفت و گاز و صنعت ساخت و ساز شناخته شده‌اند.

با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد پروفیل‌های نسوز، از جمله مقاومت در برابر حرارت و خوردگی، مقاومت به سایش، پایداری در برابر تغییرات محیطی و کاهش صداها، استفاده از این پروفیل‌ها بهبود قابل توجهی در کارایی و عملکرد صنایع فوق‌الذکر داشته است.

بنابراین، بررسی کاربردهای پروفیل‌های نسوز در صنایع مختلف نشان می‌دهد که این مواد به علت مزایای فوق‌الذکر، بهبود قابل توجهی در کارایی و عملکرد صنایع حاضر و همچنین کاهش هزینه‌ها و زمان‌های تعمیر و نگهداری داشته است.