متریال و آلیاژهای صنعت پایپینگ

۱۳۹۹/۰۵/۲۸ ۱۰:۲۰:۰۱
متریال و آلیاژهای صنعت پایپینگ

پایپینگ چیست ؟

پایپینگ علم لوله کشی و قرار دادن اقلام مکانیکی در مسیر عبور سیال می باشد که به واسطه نقشه خوانی انجام می شود ، سیستم پایپینگ وظیفه انتقال سیال از مبدا به مقصد نهایی را دارد . در سیستم پایپینگ هیچ گونه فرآیندی بروی سیالات انجام نمی شود و انجام فرآیند بروی سیالات به عهده دستگاه های مکانیکی از جمله پمپ ، کمپرسور ، مبدل ها و ... می باشد .

از همین رو و با توجه به نوع سیالات و میزان خورندگی و فشار آن ها می بایست آلیاژ هایی را مورد استفاده قرار داد که باعث خرابی و آسیب رسیدن به سیستم پایپینگ نشوند . پایپ کالا در مقاله جدید خود اقدام به تشریح انواع آلیاژهای متفاوت نموده است که با توجه به نوع سیال و میزان حساسیت آن می توان از این آلیاژها استفاده نمود .

انواع متریال

در مرحله اول و با توجه به تجریه صنعت پایپینگ و لوله کشی می توان متریال ها را به دو دسته کلی فلزات و غیر فلزات تقسیم بندی نمود .
- ابتدا در مورد انواع آلیاژهای فلزی صحبت خواهیم کرد که با توجه به میزان عناصر فلزی موجود در آن می توان به دو دسته کلی فلزات آهنی و فلزات غیر آهنی تقسیم بندی نمود :
- آلیاژهای غیر فلزی نیز به دو دسته سرامیک ها و پلیمرها تقسیم بندی می شوند .

انواع فلزات

همانگونه که گفتیم ، فلزات نیز به دودسته فلزات آهنی و فلزات غیر آهنی تقسیم بندی می شوند که در ادامه به دسته بندی آن ها اشاره خواهیم نمود :

- فلزات آهنی 

فلزات آهنی به آن دسته از فلزاتی اطلاق می گردد که فلز پایه و اصلی آن ها آهن می باشد و با توجه به دسته بندی های متفاوت دارای انواع عناصر دیگر می باشد . فلزات آهنی به صورت به دو دسته فولادها ( Steel ) و چدن ها ( Cast Iron ) تقسیم بندی می شوند که کاربردهای بسیار زیادی در صنعت پایپینگ و لوله کشی تاسیساتی و صنعتی دارند .

1- فولاد ها ( Steel )

فولادها بعد از فلز آهن که پایه اصلی و اساسی آن ها می باشد ، کربن نیز از بقیه عناصر بیشتر به چشم میخورد . از فولادها برای سیالاتی که دارای دما و فشار زیادی هستند استفاده می شود و مخصوص سیالاتی همچون آب دما وفشار بالا ، بخار و مشتقات نفتی مانند نفت ، گاز و مواد پتروشیمی می باشد . انواع لوله های فولادی را مشاهده کنید.
فولادها نیز خود دارای دسته بندی های متفاوتی می باشند که درادامه به بررس آن ها خواهیم پرداخت :

دسته بندی انواع فولادها

1- Plain Carbon Steel

این دسته از فولادها زمینه اصلی کربن را دارند که خوئ نیز دارای دو دسته بندی کربن استیل ( Carbon Steel ) و کربن استیل کم دما ( Low Temperature Carbon Steel ) می باشند . لازم به ذکر می باشد که نوع کربن استیل بسیار رایج تر بوده و برای مصارف تاسیساتی و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد .
آلیاژ کربن استیل با توجه به میزان درصد کربن به دسته های متفاوتی تقسیم بندی می شوند ، میزان کربن بسیار تاثیر گذار در خاصیت آلیاژ کربن استیل می باشد .

- Low Carbon Steel : C < 0.15

- Mild Steel : 0.16 < C < 0.3

- Medium Carbon Steel : 0.31 < C < 0.6

- High Carbon Steel : 0.61 < C < 1

- Ultra High Carbon Steel : C > 1.01

اثرات میزان تغییر کربن در فولادها چیست ؟
- هرچقدر میزان درصد عنصر کربن در فولاد بیشتر شود ، میزان استحکام ، قدرت – سختی و شکنندگی فولاد بالاتر می رود .
- هرچقدر میزان درصد عنصر کربن در فولاد کمتر شود باعث افزایش قابلیت های جوش پذیری و شکل پذیری می شود .

2- Alloy Steel

این دسته از فولادها به صورت آلیاژی بوده و برای پروژه های صنعتی که سیال آن ها در دماهای پایین جریان دارد مورد استفاده قرار می گیرد . این آلیاژ فولاد را در اصطلاح LTCS نیز می نامند .
عموما آلیاژ alloy steel با توجه به عناصر موجود به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند :
- Cr – mo steel : این آلیاژ دارای عناصر پایه مولیبدن و کروم می باشد که مقدار مولیبدن به 0.5 درصد و میزان کروم به 1.25 درصد می رسد . از این آلیاژ برای دماهای بالا استفاده می شود .
- Ni Steel : این آلیاژ از Alloy Steel دارای 3.1/2 نیکل می باشد و مخصوص برای دماهای پایین می باشد .

3- Stainless Steel

آلیاژ استنلس استیل نیز از رایج ترین و پرکاربرد ترین آلیاژهای فولاد می باشد که در مصارف صنعتی و پروژه های صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد . از استنلس استیل برای سیالاتی مانند سیالات بهداشتی و خوراکی ، سیالات خورنده مانند آب دریا که حاوی مقدار زیادی کلر باشد استفاده می شود .

لوله های استیل 304

آلیاژ استنلس استیل دارای آلیاژهای متفاوتی می باشد که در ادامه به بررسی و معرفی هر یک خواهیم پرداخت :
- Ferritic
محدوده ترکیبی عناصر مهم عبارتند از : ( C < 0.1 % ) - ( NI = 0 - 4 % ) – ( Cr = 11 - 30 % )
این آلیاژ از استنلس استیل کمترین قیمت را در میان سایر آلیاژهای استنلس استیل را دارد . از مزیت های مهم این گرید از استیل ها می توان به استحکام بالای مکانیکی نسبت به فولاد های کم کربن معمولی اشاره نمود . چکش خواری و فرم پذیری استیل های فریتی کم می باشد اما مطلوب است .

استیل های فریتی دارای استحکام پایین تری نسبت به سایر انواع استیل ها می باشد همچنین مقاومت در برابر خوردگی استیل های فریتی نسبت به سایر استیل ها پایین تر می باشد ودارای حد تحمل دمای 550 درجه سانتی گراد می باشد .
- Austenitic
محدوده ترکیبی عناصر مهم عبارتند از : ( C < 0.15 % ) - ( NI = 8 - 20 % ) – ( Cr = 15 - 27 % )
از ویژگی بارز استیل های آستنیتی می توان به توانایی بالای شکل پذیری آن اشاره نمود . استیل های آستنیتی در حالت عادی دارای خاصیت مغناطیسی نمی باشند اما با اضافه کردن مقادیر خاصی از عناصر می توان مغناطیس پذیر نمود .

استیل های آستنیتی به صورت داکتیل بوده و دارای مقاومت پایین تری نسبت به سایر گروه های استنلس استیل می باشد . دارای حد تحمل دمایی 475 درجه سانتی گرادی می باشد و می توان به عنوان استیل با قابلیت ضد خوردگی بالا استفاده نمود .
این نوع از استیل دارای چهار کلاس به شرح زیر می باشد که در ادامه هر گرید را به تفکیک بیان می کنیم :

کلاس A : گریدهای 301 و 302 و 304 و 304L و 321
کلاس B : گریدهای 305 و 348
کلاس C : گریدهای 314 و 308 و 309 و 310
کلاس D : گریدهای 316 و 316 L و 317 و 317L

- Martensitic
محدوده ترکیبی عناصر مهم عبارتند از : ( C < 0.1 % ) - ( NI = 0 - 6 % ) – ( Cr = 11 - 18 % )
این نوع از آلیاژ استیل به علت وجود کربن بین نشینی در شبکه اتمی خود از سختی بالایی برخوردار می باشد و قابلیت عملیات حرارتی را نیز دارد . استیل های مارتنزیتی تا دمای 650 درجه سانتی گراد را تحمل می نماید .
از ویژگی های بارز این استیل می توان به استحکام مکانیکی بالا ، سختی بالا ، خستگی بالا و خزش بالا می باشد .
- Duplex
محدوده ترکیبی عناصر مهم عبارتند از : ( C < 0.08 % ) - ( NI = 4 - 7 % ) – ( Cr = 18 - 27 % ) به همراه مقادیر کمی از عناصر N و Cu
- Precipitation hardening
محدوده ترکیبی عناصر مهم عبارتند از : ( C < 0.15 % ) - ( NI = 3 - 27 % ) – ( Cr = 12 - 28 % ) به همراه مقادیر کمی از عناصر N , Cu , B , Ti , Al

موارد مصرف فولادها

از فولاد برای تولید لوله ، اتصالات و شیرآلات و فلنج ها استفاده می شود که در ادامه به بررسی آن ها خواهیم پرداخت :
لوله
لوله های فولادی برای انتقال سیالات از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می شوند و با توجه به نوع سیال و میزان خورندگی آن و همچنین دما و فشار آن انتخاب می شوند .

لوله های کربن استیل ( Carbon Steel Pipe )

لوله های کربن استیل که دارای ظاهری سیاه رنگ می باشند که عموما در شاخه های 6 متری تولید و عرضه می گردند ، لوله های کربن استیل دارای دو روش تولید لوله می باشند که عبارتند از : روش تولید لوله مانیسمان و روش تولید لوله درزدار .

لوله ماینسمان کربن استیل

لوله مانیسمان به لوله ایی اطلاق می گردد که هیچ گونه درزجوش در راستای طول لوله وجود ندارد و به نام لوله های بدون درز نیز شناخته می شوند . قیمت لوله مانیسمان را مشاهده کنید .

موارد مصرف

- لوله کشی موتورخانه تاسیسات ساختمانی
- لوله کشی برای عبور نفت و گاز و مواد پتروشیمی بدون خورندگی سیال
- لوله کشی سیستم آتش نشانی

لوله کربن استیل

لوله درزدار کربن استیل

لوله های درزدار به لوله های کربن استیلی گفته می شود که از ورق های فولادی رول شده ساخته می شوند و لبه های ورق ها به یکدیگر جوش داده می شوند .
موارد مصرف

- لوله کشی گاز رسانی ساختمان 

- انتقال آب با فشار پایین

- لوله کشی آب رسانی ( لوله های گالوانیزه درزدار )

لوله کربن استیل درزدار

 

لوله های Low Temperature Carbon Steel

از لوله های LTCS برای پروژه های صنعتی استفاده می شود .

لوله های استنلس استیل ( Stainless Steel Pipe )

همانطور که گفتیم از لوله های استنلس استیل برای سیالات بهداشتی ، خوراکی و همچنین سیالاتی که میزان خوردگی بالایی دارند استفاده می شود . برای سیالاتی که حاوی مقادیر زیادی کلراید باشند می بایست از لوله های استنلس استیل استفاده نمود مانند انتقال آب دریا .

اتصالات

اتصالات فولادی برای کاربردهایی همچون تغییر جهت جریان ، انشعاب گرفتن و تغییر سایز مورد استفاده قرار میگیرند . اتصالات فولادی به صورتی دسته بندی می شوند که با توجه به روش ساخت و استانداردهای آلیاژی با یکدیگر متفاوت می باشند .
در مورد اتصالات و آلیاژهای آن در مقاله دیگری در آینده صحبت خواهیم کرد .

فلنج

فلنج ها قطعات دیسکی شکل می باشند که برای برقراری اتصال میان لوله ها با شیرآلات ، لرزه گیر ها و ... مورد استفاده قرار میگیرند . فلنج های فولادی از نظر نوع ساخت و آلیاژ به دو روش فورجینگ و ریخته گری تقسیم بندی می شوند که در مقالات بعدی به صورت کلی در مورد آن ها صحبت خواهیم نمود .

2- چدن ها ( Cast Iron )

چدن های از آلیاژهایی می باشد که در گذشته در لوله ها بسیار پر مصرف بوده و امروزه در شیرآلات تاسیساتی بسیار پرمصرف می باشد .
چدن ها در آلیاژ لوله برای تخلیه فاضلاب های صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند و به صورتی می باشند ابتدا و انتهای لوله ها به صورت فلنجدار می باشد .

انواع چدن

چدن ها با توجه به مقادیر عناصر به کار رفته دارای انواع مختلفی می باشند که در ادامه به ذکر آن ها خواهیم پرداخت :

- White iron
- Gray iron
- Ductile iron
- Malleable iron

چدن ها از عناصر اصلی پایه آهن می باشد که عناصر اصلی تشکیل دهنده آن آهن ، کربن و سیلیسیم می باشد و همچنین به مقادیر کمتری ، ترکیبی از عناصر منگنز ، فسفر ، گوگرد وجود دارد .
در چدن ها بخش قابل توجهی از کربن ، در هنگام انجماد آن آزاد می شود و چگونگی تشکیل این کربن آزاد ، نوع چدن را مشخص می کند .
حال در ادامه نحوه آزاد شدن متفاوت کربن را بررسی می کنیم :

- اگر کربن اضافی به صورت کاربید آهن ( سمنتیت ) ظاهر شود ، چدن را چدن سفید ( White Iron ) می نامند .

- اگر کربن اضافی به صورت گرافیت ورقه رسوب کند ، چدن را چدن خاکستری ( Gray Iron ) می نامند . چدن های خاکستری با نماد آلیاژی GG25 نیز شناخته می شوند .

- اگر کربن اضافی به صورت گرافیت کروی رسوب کند ، چدن را چدن داکتیل ( Ductile Iron ) می نامند . چدن های داکتیل با نماد آلیاژی GGG40 نیز شناخته می شوند .

- در صورتی که با عملیات حرارتی مناسب چدن سفید، کاربید آهن را تجزیه کرده و کربن آزاد را به صورت توده های متراکم (برفکی شکل) از خوشه های گرافیت کربن تمپر شده در ریز ساختار رسوب دهند، چدن حاصل را چدن با کربن تمپر شده یا چدن چکش خوار یا مالیبل (Malleable Iron) می گویند.

خصوصیت

چدن خاکستری

چدن داکتیل

چدن مالیبل

چدن سفید

فولاد کربنی با ۰٫۳% کربن

قابلیت ریخته گری

۵

۵

۴

۳

۲

قابلیت ماشین کاری

۵

۴

۴

۱

۳

جذب ارتعاش

۵

۴

۴

۲

۲

قابلیت سختی پذیری سطحی

۵

۵

۵

۲

مدول الاستیسیته

۳

۵

۴

۵

مقاومت به ضربه

۱

۴

۳

۵

مقاومت به سایش

۳

۴

۲

۵

۱

مقاومت به خوردگی

۵

۵

۴

۴

۲

نسبت مقاومت به وزن

۱

۵

۲

۳

هزینه ساخت

۵

۴

۳

مقایسه خصوصیات چدن ها و فولاد ریختگی با ۰٫۳% کربن – عدد ۱ بدترین و ۵ بهترین است

اقلام تاسیساتی و صنعتی چدنی

اقلام هایی همچون لوله ، اتصالات و شیرآلاتی می باشند که با آلیاژ چدنی در تاسیسات و صنعت به کار گرفته می شوند .

لوله و اتصالات چدنی

لوله و اتصالات چدنی در گذشته بسیار مورد توجه بوده اند و امروزه به جز در موارد خاصی دیگر از لوله و اتصالات چدنی استفاده نمی شود . امروزه برای تخلیه و راهنمای فاضلاب های صنعتی از لوله و اتصالات چدنی استفاده می شود .
لوله و اتصالات چدنی از دو آلیاژ چدن داکتیل و چدن خاکستری مورد استفاده می باشند و اتصال آنها اغلب به صورت فلنجدار می باشد .

شیرآلات چدنی

یکی از پرکاربردترین استفاده از آلیاژ چدن در شیرآلات می باشد . شیرآلات چدنی کاربرد بسیاری در تاسیسات ساختمانی ( موتورخانه ) آب و فاضلاب و بخش یوتیلیتی نفت و گازی دارند .
شیرآلات چدنی عموما با دو آلیاژ چدن خاکستری و چدن داکتیل ساخته و تولید می گردند که بر طبق استانداردهای موجود بر اساس استاندارد آلیاژی زیر ساخته می گردند :

- آلیاژ چدن خاکستری با استاندارد GG25
- آلیاژ چدن داکتیل با استاندارد GGG40

شیرآلات چدنی برای انتقال آب مورد استفاده قرار میگرند و در برخی مواقع و با توجه به دما و فشار پایین برای بخار نیز کاربرد دارند .

فلزات غیر آهنی

پس از بررسی جامع فلزات آهنی و کاربرد هر یک از انواع فلزات آهنی ، قصد داریم که در مورد فلزات غیر آهنی صحبت کنیم و دسته بندی های متنوع آن را مورد بررسی قرار دهیم :
فلزات غیر آهنی همانطور که از نامشان مشخص می باشد برای فلزاتی می باشد که عنصر پایه آن آهن ( Fe ) نمی باشد و با توجه به دسته بندی های مختلفی که دارد عناصر پایه متفاوتی خواهد داشت که در ادامه به بررسی تمامی دسته بندی های این بخش خواهیم پرداخت :
1- آلیاژ فلز غیر آهنی که فلز پایه آن مس ( Copper ) می باشد که با نام Copper base نیز شناخته می شود.
فلزات غیر آهنی با پایه مس به چند دسته کلی تقسیم بندی می شود که در ادامه به ذکر آن ها خواهیم پرداخت :

- Brass ( برنج ) : این دسته از فلزات غیر آهنی پایه مسی به صورت ترکیبی از عناصر Cu – Zn می باشد .

- Bronze ( برنز ) : این دسته از فلزات غیر آهنی پایه مسی به چند زیر دسته بر اساس فلزات پایه تقسیم بندی می شوند :

 ترکیب Cu – Sn
 ترکیب Cu – Si
 ترکیب Cu – Al

- Copper Nickel ( نیکل مس ) : این دسته از فلزات آهنی به صورت زیر دسته بندی می شوند :

 ترکیب 70% Cu – 30% Ni
 ترکیب 90% Cu – 10% Ni

2- آلیاژ فلز غیر آهنی که فلز پایه آن نیکل ( Nickel ) می باشد که با نام Nickel base نیز شناخته می شود.

فلزات غیر آهنی با پایه نیکل به چند دسته کلی تقسیم بندی می شود که در ادامه به ذکر آن ها خواهیم پرداخت :

- Monel ( مونل ) : این دسته از فلزات غیر آهنی پایه نیکل به صورت ترکیبی از عناصر Ni – Cu می باشد .

- Inconel ( اینکونل ) : این دسته از فلزات غیر آهنی پایه نیکل به صورت ترکیبی از عناصر Ni – Cr می باشد .

- Incoloy : این دسته از فلزات غیر آهنی پایه نیکل به صورت ترکیبی از عناصر Ni – Cr – Fe می باشد .

- Hastellay : این دسته از فلزات غیر آهنی پایه نیکل به صورت ترکیبی از عناصر Ni – Co – Cr – Mo – W – Fe می باشد .

3- آلیاژ فلز غیر آهنی که فلز پایه آن تیتانیوم ( Titanium ) می باشد که با نام Titanium base نیز شناخته می شود. فلزات غیر آهنی با پایه تیتانیوم به دو دسته کلی تقسیم بندی می شود که در ادامه به ذکر آن ها خواهیم پرداخت :

- Unalloyed Titanium
- Titanium alloy

تا به اینجا در مورد تمامی آلیاژهای فلزی صحبت کردیم و مشاهده نمودیم که در صنعت پایپینگ از کدام آلیاژها استفاده می شود ، در مقالات بعدی در مورد آلیاژهای غیر فلزی صحبت خواهیم نمود .
پایپ کالا ، حس بازار متفاوت

عضویت در خبرنامه
با عضویت در خبر نامه پایپ کالا مگ ، هر هفته یک ایمیل حاوی مطالب جدید دریافت خواهید کرد.
ارسال نظر
ارتباط با کارشناسان پایپ کالا