ورق استیل نسوز و کاربردهای آن در صنایع حرارتی

ورق استیل نسوز یک متریال تخصصی برای صنایع حرارتی و محیط‌هایی با دمای خیلی بالاست. بر اساس مقاله «حفاظت در برابر آتش» از مؤسسه آمریکایی ساخت‌وساز استیل (AISC):

استیل ماده‌ای بادوام، غیرقابل اشتعال و مقاوم در برابر آتش است. هنگامی که به‌درستی طراحی و ساخته شود، سازه‌های استیل در صورت وقوع آتش‌سوزی و قرار گرفتن در معرض دماهای بالا، می‌توانند یکپارچگی ساختار خود را حفظ کنند.

 

این ورق‌ها حاوی عناصر آلیاژی مانند کروم و نیکل هستند که در دماهای بالا تغییر شکل نمی‌دهند یا از استحکام‌شان کم نمی‌شوند. این باعث شده در صنایعی مانند پتروشیمی، خودروسازی و کوره‌های صنعتی به‌کار روند. برای انتخاب درست آن‌ها باید گریدها و استانداردهای بین‌المللی را خوب شناخت. اگر به چنین آلیاژی نیاز دارید برای مشاوره یا خرید ورق استیل با شماره تلفن ۰۲۱-۹۱۰۳۶۴۵ تماس بگیرید. برای آشنایی با کاربردها، مزایا و نکات خرید این ورق همراه ما باشید.

 

ورق استیل نسوز چیست؟

ورق استیل نسوز نوعی استیل آلیاژی است که تحمل دماهای بسیار بالا تا ۵۰۰ تا ۱۱۵۰ درجه سانتی‌گراد را دارد بدون اینکه استحکامش کم شود یا حتی تغییر شکل پیدا کند. این ورق‌ها مخصوص جاهایی طراحی شده‌اند که مقاومت به حرارت، اکسیداسیون و خزش، خیلی مهم است. وجود عناصری مانند کروم، نیکل و سیلیکون یک لایه محافظ روی سطح فلز ایجاد می‌کند که نمی‌گذارد در دمای بالا زنگ بزند یا پوسته‌پوسته شود. علت اینکه در کوره‌های صنعتی، تجهیزات پالایشگاهی و قطعات توربوشارژر خودروها کاربرد پیدا کرده همین موضوع است. ورق‌های استیل نسوز در گریدهای مختلفی مانند SUS310S و آلیاژهای نیکل‌دار تولید می‌شوند که تحمل دماهای خاصی را دارند.

ساختار متالورژیکی ورق استیل نسوز

ساختار متالورژیکی ورق استیل نسوز شامل آلیاژهای آستنیتی، فریتی و پایه نیکل است که خوردگی حرارتی، مقاومت به خزش و جلوگیری از شکنندگی در دماهای بالا را خوب تحمل می‌کنند. 

ساختار آستنیتی 

استیل های آستنیتی مانند SUS310S بیشترین کاربرد را در محیط‌های خیلی داغ دارند. این استیل نسوز با ساختار مکعبی مرکز سطحی (FCC) خود در دماهای بالا پایدار باقی می‌ماند. این استیل حاوی مواد زیر است: 

• کروم (Cr): ایجاد لایه اکسیدی محافظ برای مقاومت در برابر اکسیداسیون 
• نیکل (Ni): بهبود انعطاف‌پذیری و کاهش انبساط حرارتی 
• کربن (C) و نیتروژن (N): افزایش استحکام و مقاومت به خزش 

ساختار فریتی 

استیل فریتی، ساختاری مکعبی مرکز ‌بدن (BCC) دارند که به پوسته شدن مقاوم‌اند اما در دماهای بالا استحکام مکانیکی‌شان کمتر است. 

آلیاژهای پایه نیکل

این آلیاژها بیشترین مقاومت را در برابر خزش دارند و چون مولیبدن (Mo) و تنگستن (W) بیشتری دارند عملکرد حرارتی‌شان بهتر است.

 

انواع گریدهای مقاوم به حرارت

ورق‌های استیل نسوز در گریدهای مختلفی تولید می‌شوند که هرکدام برای دمای کاری خاص، مقاومت به اکسیداسیون و ویژگی‌های مکانیکی متفاوتی طراحی شده‌اند. جدول زیر مقایسه‌ای از مهم‌ترین گریدهای آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی و آلیاژهای پایه نیکل ارائه می‌دهد:

گرید	نوع ساختاری	حداکثر دمای کاری (°C)	ویژگی‌های کلیدی	کاربردها
304/304L	آستنیتی	870	مقاومت بالا در برابر خوردگی، چقرمگی خوب	تجهیزات غذایی، مبدل‌های حرارتی
309	آستنیتی	1000	مقاومت اکسیداسیونی عالی	اجزای کوره، مبدل‌های حرارتی
310	آستنیتی	1150	استحکام بالا در دمای بالا	سبدهای عملیات حرارتی، قطعات مشعل
321	آستنیتی	870-900	مقاوم در برابر رسوب کاربید، مناسب برای جوشکاری	اگزوز هواپیما، اجزای کوره
405	فریتی	650	پایدار در جوشکاری، مقاومت متوسط	محیط‌های خورنده ضعیف
430	فریتی	815	انعطاف‌پذیری خوب، مقاومت به اکسیداسیون متناوب	صنایع خودروسازی و تزئینی
446	فریتی	1150	حاوی کروم بالا، مقاوم در برابر پوسته شدن	کوره‌های صنعتی
4713/4724	فریتی	850	مقاومت به شوک حرارتی	مبدل‌های حرارتی
4736/4742/4762	فریتی	1150+	مقاوم در برابر فلزات مذاب	صنایع شیمیایی
410	مارتنزیتی	815	سخت‌شونده با عملیات حرارتی، استحکام بالا	قطعات مقاوم به تنش
420	مارتنزیتی	650	سختی و مقاومت به خوردگی بالا	تجهیزات پزشکی، چاقو
آلیاژهای نیکل	پایه نیکل	1200+	مقاومت عالی به خزش و اکسیداسیون	صنایع هوافضا، پتروشیمی

 

چرا استیل نسوز؟

• مقاومت در برابر حرارت بالا:  استیل نسوز می‌تواند در دماهای بسیار بالا بدون تغییر شکل یا از دست دادن خواص خود، کار کند.
• مقاومت در برابر خوردگی:  لایه اکسیدی محافظی که روی سطح استیل نسوز تشکیل می‌شود، از آن در برابر خوردگی ناشی از عوامل محیطی مانند رطوبت، اسیدها و مواد شیمیایی محافظت می‌کند.
•   استحکام بالا :  استیل نسوز دارای استحکام مکانیکی بالایی است و در برابر سایش و ضربه مقاوم است.
•   طول عمر بالا:  به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت، استیل نسوز دارای طول عمر بسیار بالایی است.
•   ظاهر زیبا:  استیل نسوز به دلیل براق بودن و ظاهر آینه‌ای، جلوه زیبایی به محصولات می‌بخشد.

انواع ورق استیل نسوز

ورق‌های استیل نسوز بر اساس ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که هر کدام کاربردهای خاصی دارند. برخی از مهم‌ترین انواع ورق استیل نسوز عبارتند از:

• استیل نسوز سری 300:  این سری از استیل‌های نسوز، آستنیتی بوده و دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی و حرارت هستند.
• استیل نسوز سری 400:  این سری از استیل‌های نسوز، فریتی بوده و دارای مقاومت مغناطیسی و چقرمگی بالایی هستند.
• استیل نسوز مارتنزیتی:  این نوع استیل نسوز، دارای سختی بالا و مقاومت به سایش است.

کاربردهای ورق استیل نسوز

ورق استیل نسوز به دلیل خواص منحصر به فرد خود، در صنایع مختلفی کاربرد دارد. برخی از مهم‌ترین کاربردهای این ورق عبارتند از:

• صنایع غذایی:  ساخت تجهیزات آشپزخانه صنعتی، مخازن نگهداری مواد غذایی و ظروف پخت و پز
• صنایع شیمیایی:  ساخت مخازن، لوله‌ها و اتصالات برای انتقال مواد شیمیایی خورنده
• صنایع دارویی:  ساخت تجهیزات تولید دارو و تجهیزات پزشکی
• صنایع نفت و گاز:  ساخت لوله‌ها و اتصالات برای انتقال سیالات داغ و خورنده
• صنایع خودروسازی:  ساخت قطعات خودرو مانند اگزوز و قطعات موتور
• صنایع ساختمانی:  ساخت نمای ساختمان، پوشش سقف و کف، و ساخت آسانسور
• صنایع انرژی:  ساخت مبدل‌های حرارتی، کوره‌ها و دیگ‌های بخار

ورق استیل نسوز، به دلیل مقاومت بالای خود در برابر حرارت، خوردگی و اکسیداسیون، به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما مانند هر ماده دیگری، ورق استیل نسوز نیز دارای مزایا و معایبی است که آگاهی از آن‌ها برای انتخاب صحیح و بهینه این ماده بسیار مهم است.

صنایع پتروشیمی

انواع ورق استیل نسوز در پتروشیمی برای تحمل دمای بالا و محیط‌های خورنده استفاده می‌شوند. از جمله کاربردهای کلیدی می‌توان به لوله‌های کاتالیستی در ریفرمرها، کویل‌های کوره‌های کراکینگ اتیلن و مانیفولدهای کوره‌های پیرولیز اشاره کرد که نیاز به مقاومت بالا در برابر تنش حرارتی دارند. 

کوره‌های صنعتی

کاربردهای ورق استیل نسوز برای تجهیز کوره‌های صنعتی در نوک مشعل‌ها، شیلدهای حرارتی، غلطک‌های کوره‌های پوششی و نگهدارنده‌های لوله‌های جابجایی حرارت است، زیرا تا 1150 درجه سانتی‌گراد ساختارشان را حفظ می‌کنند. 

صنایع خودروسازی

ورق استیل نسوز در این حوزه، برای پوسته‌های توربوشارژر و سیستم‌های اگزوز استفاده می‌شوند، زیرا تا دمای 800 درجه سانتی‌گراد را بدون تغییر شکل و اکسیداسیون تحمل می‌کنند. 

مزایای ورق استیل نسوز

• مقاومت بالا در برابر حرارت:  

استیل نسوز می‌تواند در دماهای بسیار بالا بدون تغییر شکل یا از دست دادن خواص خود، کار کند.

ورق‌های استیل نسوز در بازه 500 تا 1150 درجه سانتی‌گراد بدون تغییر شکل و افت استحکام مکانیکی عمل می‌کنند. حضور کروم، نیکل و سیلیکون باعث ایجاد لایه اکسیدی محافظ شده و مقاومت در برابر اکسیداسیون را افزایش می‌دهد. همچنین، این ورق‌ها مقاومت خزشی بالایی دارند که مانع از تخریب ساختاری در معرض دمای طولانی‌مدت می‌شود.

• مقاومت بالا در برابر خوردگی:  

لایه اکسیدی محافظی که روی سطح استیل نسوز تشکیل می‌شود، از آن در برابر خوردگی ناشی از عوامل محیطی مانند رطوبت، اسیدها و مواد شیمیایی محافظت می‌کند.

• استحکام بالا:

استیل نسوز دارای استحکام مکانیکی بالایی است و در برابر سایش و ضربه مقاوم است.

• طول عمر بالا:  

به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت، استیل نسوز دارای طول عمر بسیار بالایی است.

ورق استیل نسوز چون به پوسته شدن، خوردگی و خوردگی حرارتی مقاوم است در محیط‌های سخت دوام خوبی دارد. افزودن کربن و نیتروژن باعث افزایش استحکام خزشی شده و از شکنندگی در دمای بالا جلوگیری می‌کند، که در تجهیزاتی مانند کوره‌های صنعتی و سیستم‌های اگزوز خودرو اهمیت زیادی دارد.

• ظاهر زیبا:  

استیل نسوز به دلیل براق بودن و ظاهر آینه‌ای، جلوه زیبایی به محصولات می‌بخشد.

• قابلیت بازیافت:  

ورق استیل نسوز قابل بازیافت بوده و به حفظ محیط زیست کمک می‌کند.

معایب ورق استیل نسوز

• قیمت بالا:  

به دلیل فرآیند تولید پیچیده و مواد اولیه با کیفیت بالا، قیمت ورق استیل نسوز نسبت به سایر فلزات بالاتر است.

• وزن بالا:  

چگالی بالای استیل نسوز، وزن محصولات ساخته شده از آن را افزایش می‌دهد که می‌تواند در برخی کاربردها محدودیت ایجاد کند.

• دشواری در جوشکاری:  

جوشکاری برخی از انواع استیل نسوز به دلیل تشکیل اکسید کروم، نیاز به مهارت و تجهیزات خاصی دارد.

• هدایت حرارتی بالا:  

استیل نسوز گرما را به خوبی هدایت می‌کند که در برخی کاربردها مانند عایق حرارتی می‌تواند محدودیت ایجاد کند.

• انبساط حرارتی:  

استیل نسوز با افزایش دما منبسط می‌شود که باید در طراحی تجهیزات در نظر گرفته شود.

راهنمای انتخاب و خرید ورق استیل نسوز

مهندسان و خریداران با این راهنما مناسب‌ترین ورق استیل نسوز را براساس دمای کاری، مقاومت به خوردگی، استحکام مکانیکی و هزینه انتخاب می‌کنند تا به مشکلات فنی و هزینه‌های مازاد برنخورند.

شناخت استانداردهای بین‌المللی

ورق استیل نسوز معمولاً از انواع استنلس استیل آستنیتی است و در کنار گریدهای مقاوم به خوردگی مانند 304 و 316 قرار می‌گیرد. اگر در حال انتخاب ورق استنلس استیل مقاوم به حرارت برای یک کوره صنعتی، مبدل حرارتی یا سیستم اگزوز خودرو هستید، باید ابتدا استانداردهای بین‌المللی را بشناسید. این استانداردها تضمین می‌کنند که ورق انتخابی شما در دمای بالا تغییر شکل نداده، زنگ نزند و پوسته نشود.

ASTM (استاندارد آمریکا)

گریدهای 310S و 321 را برای دماهای بالا تعریف می‌کند. مثلاً در کوره‌های ذوب فلزات از 310S استفاده می‌شود چون تحمل دماهای بالای 1100°C را دارد.

EN (استاندارد اروپایی)

ورق استیل نسوز با گرید EN 1.4845 (310S) برای کاربردهای صنعتی مانند خطوط تولید سیمان که در معرض حرارت مداوم هستند، مناسب است.

JIS (استاندارد ژاپن)

ورق استیل نسوز با گرید SUSUS310S که در توربین‌های گازی و بویلرها استفاده می‌شود.

ISO (استاندارد جهانی)

مشخصات آلیاژهای نسوز را تعیین می‌کند تا در صنایع مختلف، از پتروشیمی تا خودروسازی، قابلیت استفاده داشته باشند.

نکات مهم در خرید

برای خرید ورق استیل نسوز، اول شرایط کارتان را دقیق ارزیابی کنید. مثلاً اگر ورق را برای یک کوره صنعتی می‌خواهید، محصول مورد نظرتان با کسی که آن را برای سیستم اگزوز خودرو می‌خواهد، فرق می‌کند. همچنین اگر کیفیت و عملکرد ورق استیل برایتان مهم است به برند توجه کنید. مثلاً وقتی برند تیسکو را می‌خرید باید همه جوانب خرید از تیسکو مانند استانداردهای بین‌المللی، اصالت کالا، ترکیب شیمیایی، ضخامت، قیمت و شرایط گارانتی‌اش را بپذیرید. در کل هنگام خرید حتماً عوامل زیر را لحاظ کنید:

بازه دمایی عملکرد

گرید310S  تا 1150°C و321  تا 870°C  را تحمل می‌کند. اگر در صنایع پتروشیمی کار می‌کنید که کوره‌ها دماهای فوق‌العاده بالایی دارند، 310S را توصیه می‌کنیم.

مقاومت در برابر خوردگی و پوسته شدن

در صنایع غذایی یا داروسازی که ورق‌ها با بخار و اسیدها در تماس‌اند، گرید 316Ti که تیتانیوم دارد و در مقابل مواد شیمیایی مقاوم است را انتخاب کنید.

استحکام مکانیکی و مقاومت به خزش

در مبدل‌های حرارتی و تجهیزات نیروگاهی، خزش در دماهای بالا یک نگرانی بزرگ است. آلیاژهایی با درصد بالاتر نیکل، مانند Incoloy 800H (EN 1.4876) در چنین شرایطی بهترین انتخاب هستند.

دسترسی به متریال

قبل از خرید بررسی کنید که آیا ابعاد، ضخامت و پرداخت سطحی موردنظر شما در بازار موجود است یا باید آن را سفارش دهید؟ برخی گریدهای خاص، مانند Inconel 601، در ایران کمیاب‌ترند و هزینه بالایی دارند.

هزینه در برابر عملکرد

تولید استنلس استیل با گریدهای مختلف، بسته به میزان نیکل و کروم موجود در ترکیب‌شان با قیمت متفاوتی انجام می‌شود. اگر بودجه شما محدود است و نیاز به مقاومت متوسط در برابر حرارت دارید، ورق استیل 430 (فریتی) گزینه اقتصادی‌تری است. یا مثلاً ورق 309 و 304 ارزان‌تر از ورق 310 هستند، چراکه میزان عناصر آلیاژی‌شان کمتر است. اما اگر اولویت شما عملکرد در دماهای بالا و طول عمر طولانی است، باید به سراغ آلیاژهای نیکل‌دار گران‌تر بروید.

 

نوع پرداخت سطحی

در کوره‌های صنعتی، ورق استیل نسوز با پرداخت 1D  (نورد گرم، آنیل و اسیدشویی) توصیه می‌شود، زیرا سطح زبر آن چسبندگی بهتری برای عایق‌ها دارد. در مقابل، برای تجهیزات آشپزخانه صنعتی که باید راحت تمیز شوند، پرداخت 2B (نورد سرد، آنیل و اسیدشویی) را انتخاب کنید.

لحاظ کردن این نکات انتخاب ورق استیل نسوزی که مد نظر دارید را آسان‌تر می‌کند. همچنین باید توجه داشته باشید که در صنایع پتروشیمی و کوره‌های حرارتی اغلب در کنار چنین آلیاژ مقاومی باید از اجزای مناسب دیگری مثل میلگردهای استیل نسوز به‌کار برد، زیرا همه سیستم باید مقاومت مکانیکی بالایی به دماهای بالا داشته باشند.

روش‌های نگهداری و بهینه‌سازی عملکرد ورق استیل نسوز

برای افزایش دوام و حفظ عملکرد ورق استیل نسوز باید خوب از آن نگهداری کرد. تمیزکاری منظم با آب گرم و شوینده‌های ملایم، آلودگی‌ها را پاک می‌کند، اما از مواد ساینده یا شیمیایی قوی مضر برای سطح استفاده نکنید. همچنین پس از شستشو، ورق را سریع خشک کنید تا هیچ لکه آب و تغییر رنگی در سطح ایجاد نشود.

 

یکی روش مفید برای افزایش مقاومت ورق استیل نسوز به خوردگی، پاسیو کردن (Passivation) یا همان تقویت لایه محافظ اکسیدی است. علاوه بر این برای ممانعت از بروز خوردگی گالوانیکی، نباید بگذارید ورق استیل با فلزات نامتشابه یا مواد خورنده تماس پیدا کند. پرهیز از تغییرات دمایی ناگهانی نکته‌ای است که عملکرد ورق‌تان را تضمین می‌کند، زیرا شوک حرارتی مهمترین عامل ترگ‌خوردگی است. همیشه با پولیش‌های مخصوص استیل، سطح را از آلودگی‌ها تمیز کنید. اگر به دنبال خرید ورق‌های استیل نسوز باکیفیت هستید، همین حالا به سایت آمرداد استیل مراجعه کنید و برای مشاوره یا خرید ورق استیل با شماره تلفن ۰۲۱-۹۱۰۳۶۴۵ تماس بگیرید.

سوالات متداول

1- ورق استیل نسوز کدام گرید است؟

ورق استیل نسوز معمولاً از گریدهای 310S، 321 و 316 تشکیل می‌شود. گرید 310S چون کروم (٪۲۵) و نیکل (٪۲۰) بالایی دارد به حرارت و اکسیداسیون مقاوم است. گرید 321 حاوی تیتانیوم بوده و در برابر کاربید زایی در دماهای بالا مقاومت بالایی دارد.

2- آیا ورق استیل نسوز در دماهای زیر صفر هم کاربرد دارد؟

بله، ورق استیل نسوز با گریدهایی مانند 310S و 316 با ساختار آستنیتی، بدون شکنندگی دماهای بسیار پایین (تا -250°C)  را تحمل می‌کنند.

3- قیمت ورق استیل نسوز به چه عواملی بستگی دارد؟

در واقع این ترکیب شیمیایی، ضخامت، ابعاد، استانداردهای تولید، نوسانات بازار فلزات و میزان عرضه و تقاضا هستند که قیمت را تعیین می‌کنند.

منابع

1. https://www.aisc.org/why-steel/resources/fire-protection
2. https://nickelinstitute.org/media/1699/high_temperaturecharacteristicsofstainlesssteel_9004_.pdf
3. https://www.essentracomponents.com/en-us/news/solutions/access-hardware/understanding-stainless-steel-grades
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Stainless_steel
5. https://www.nickelinstitute.org/media/1783/roleofstainlesssteelsinindustrialheatexchangers_9005_.pdf
6. https://www.montanstahl.com/blog/heat-resistant-stainless-steels-production-alloys-characteristics/
7. https://www.xometry.com/resources/materials/types-of-stainless-steel/
8. https://patents.google.com/patent/US20150083283A1/en
9. https://www.nipponsteel.com/en/tech/report/nssmc/pdf/106-16.pdf
10. https://www.metaltek.com/blog/heat-resistant-stainless-steel-material-profiles-part-1/