ورق ساخت مخازن تحت فشار و گریدهای آن

ورق مخازن تحت فشار، ورق های مقاوم و مستحکم برای حمل سیالات با حرارت زیاد هستند. در نیروگاه های عظیم، صنایع شیمیایی و حتی فضاپیماها، این مخازن به عنوان قلب تپنده سیستم، وظیفه ذخیره و انتقال سیالات تحت فشار را بر عهده دارند. اما چه چیزی باعث می شود این مخازن در برابر فشارهای عظیم و شرایط سخت مقاومت کنند؟ در این مقاله، به دنیای پیچیده انواع ورق ساخت مخازن تحت فشار و گریدهای مختلف آن می پردازیم.

ویژگی های ورق مورد استفاده برای مخازن

با توجه به اینکه قیمت آهن آلات هر روزه در حال افزایش است انتخاب ورق مناسب برای ساخت مخازن می تواند کمک کند تا علاوه بر کاهش قیمت مخزن،‌ کیفیت مخزن ساخته شده به بیشترین حد ممکن باشد. اما ورق ساخت مخازن تحت فشار باید چه ویژگی هایی را داشته باشد؟ در ادامه با ما همراه باشید تا به این سوال پاسخ دهیم.

ویژگی های ورق ساخت مخزن تحت فشار

• چقرمگی: ورق ساخت مخزن باید چقرمگی بالایی داشته باشند تا در برابر انرژی و ضربه های ناگهانی مقاومت کند.
• استحکام کششی: این ورق ها باید توانایی تحمل فشارهای بالا را بدون شکست داشته باشند.
• استحکام تسلیم: نقطه ای که ورق، تحت فشار تغییر شکل می دهد ولی نمی شکند، نشان دهنده استحکام تسلیم است. لازم است استحکام تسلیم ورق ساخت مخزن بالا باشد.
• فرم پذیری: قابلیت تغییر شکل ورق بدون شکست، یکی از ویژگی های کلیدی برای ساخت مخازن است.
• مقاومت به خستگی: ورق ساخت مخزن تحت فشار باید در برابر تنش های تکراری و خستگی مقاوم باشد.
• ترکیب شیمیایی مناسب: درصد دقیق عناصری مانند کربن و منگنز برای عملکرد بهینه ضروری است.

بهترین ورق ها برای ساخت مخازن تحت فشار

در ادامه بهترین ورق ها برای ساخت مخازن تحت فشار را معرفی می کنیم.

ورق A516 و گریدهای مورد استفاده 

ورق A516 یک ورق فولادی با کیفیت بالا است که مطابق استاندارد ASME تولید می شود و به طور خاص برای استفاده در مخازن تحت فشار و دیگ های بخار طراحی شده است. این ورق به دلیل ترکیب شیمیایی بهینه (کربن: 0.22%، منگنز: 1.14%، سیلیسیم: 0.24%) و خواص مکانیکی مطلوب، مقاومت، چقرمگی و جوش پذیری بالایی دارد. 

قیمت ورق a516 به گرید آن بستگی دارد:

• گرید 55: مناسب برای دماهای پایین و متوسط با استحکام کششی 55-75 MPa.
• گرید 60: استحکام کششی 60-80 Mpa و جوش پذیری عالی.
• گرید 65: استحکام کششی 65-85 Mpa و چقرمگی و جوش پذیری خوب.
• گرید 70: استحکام کششی 70-90 Mpa و مقاومت عالی در دماهای پایین.

ورق A283 و گریدهای مورد استفاده 

ورق A283 یک ورق ساخت مخازن تحت فشار با کیفیت متوسط است. این ورق به دلیل ترکیب شیمیایی متعادل (کربن: حداکثر 0.24%، منگنز: حداکثر 0.90%، سیلیسیم: 0.15-0.40%) و خواص مکانیکی مناسب، از جمله استحکام کششی و تسلیم مطلوب، جوش پذیری خوب و مقاومت در برابر خوردگی، به عنوان یک ماده ساختاری پرکاربرد شناخته می شود. ورق A283 در چهار گرید اصلی تولید می شود: 

• گرید A: کمترین میزان کربن و بیشترین قابلیت جوش پذیری و انعطاف پذیری.
• گرید B: میزان کربن متوسط و تعادل بین استحکام و جوش پذیری.
• گرید C: میزان کربن بالاتر و استحکام و سختی بیشتر.
• گرید D: بالاترین میزان کربن و بیشترین استحکام و سختی.

قیمت ورق a283 با توجه به گرید آن مشخص می شود. 

ورق A285 و گریدهای مورد استفاده 

ورق A285 یک ورق فولادی کربنی با کیفیت متوسط است که به طور خاص برای ساخت مخازن تحت فشار طراحی شده است. این ورق به دلیل وزن کم، استحکام خوب، قابلیت جوش پذیری بالا و مقاومت در برابر حرارت، در صنایع مختلفی مانند نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد دارد. ورق A285 به روش نورد گرم تولید می شود و در سه گرید اصلی A، B و C عرضه می گردد:

• گرید A: کمترین میزان کربن (حدود 0.17%).
• گرید B: میزان کربن متوسط (حدود 0.22%).
• گرید C: بالاترین میزان کربن (حدود 0.28%).

هر گرید با توجه به ویژگی های خود، در ساخت مخازن تحت فشار و تجهیزات صنعتی که نیاز به مقاومت در برابر فشار دارند استفاده می شود.

ورق 304L و گریدهای مورد استفاده 

ورق استیل 304 نوعی فولاد زنگ نزن آستنیتی است که برای ساخت مخازن تحت فشار کاربرد دارد. کروم و نیکل در ساختار آن وجود دارند و امکان جایگزینی نیکل با منگنز هم هست. گریدهای این ورق ساخت مخزن تحت فشار به شرح زیر هستند:

• 304: گرید استاندارد با حداکثر 0.08% کربن، تعادل بین استحکام و مقاومت به خوردگی.
• 304L: نسخه کم کربن (حداکثر 0.03%)، مناسب برای جوشکاری قطعات ضخیم بدون نیاز به عملیات حرارتی پس از جوشکاری.
• 304H: نسخه پرکربن (0.04-0.10%)، طراحی شده برای استفاده در دماهای بالا با استحکام بیشتر.

ورق 316L و گریدهای مورد استفاده 

ورق استیل 316 نوعی فولاد زنگ نزن آستنیتی است که به دلیل افزودن مولیبدن (2-3%)، مقاومت بالایی در برابر خوردگی، به ویژه در محیط های کلریدی و اسیدی دارد. این ویژگی ها آن را برای ساخت مخازن تحت فشار در کاربردهایی مانند صنایع شیمیایی، دریایی و تجهیزات پزشکی مناسب می سازد.

گریدهای مرتبط با استیل 316 عبارت اند از:

• 316L: نسخه کم کربن (حداکثر 0.03%)، مناسب برای جوشکاری و محیط های حساس به خوردگی بین دانه ای.
• 316H: نسخه پرکربن (حداقل 0.04%)، طراحی شده برای استفاده در دماهای بالا با استحکام بیشتر.
• 316Ti: حاوی تیتانیوم برای بهبود پایداری در دماهای بالا و مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای.
• 316N: حاوی نیتروژن بیشتر برای افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی.

قیمت ورق استیل 316 در گریدهای مختلف متفاوت است.

ورق A537 و گریدهای مورد استفاده 

ورق فولادی A537 نوعی فولاد آلیاژی نورد گرم است که با عملیات حرارتی کوئنچ و تمپر تولید می شود و عمدتاً در ساخت مخازن تحت فشار و بویلرها در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی کاربرد دارد. ترکیب شیمیایی این ورق شامل کربن، منگنز و سیلیسیم است که به آن خواص مکانیکی مطلوبی می بخشد. A537 در سه کلاس زیر عرضه می شود:

• کلاس 1 (Class 1): دارای استحکام کششی و تسلیم مناسب برای کاربردهای عمومی در ساخت مخازن تحت فشار.
• کلاس 2 (Class 2): با استحکام کششی و تسلیم بالاتر نسبت به کلاس 1، مناسب برای شرایط کاری با فشار و دمای بالاتر مانند ساخت مخازن تحت فشار.
• کلاس 3 (Class 3): دارای بالاترین استحکام کششی و تسلیم در بین سه کلاس، مناسب برای کاربردهای خاص با نیازهای مکانیکی بیشتر.

قیمت ورق توضیح داده شده وابسته به گرید، کارخانه تولید کننده، کیفیت و … است.

ورق 17MN4 و گریدهای مورد استفاده 

ورق فولادی 17Mn4، مطابق با استاندارد DIN آلمان، نوعی ورق آتشخوار است که به دلیل ترکیب شیمیایی خاص خود، مقاومت بالایی در برابر حرارت و فشار دارد. این ورق عمدتاً در ساخت مخازن حرارتی، دیگ های بخار پرفشار، اتصالات انتقال مایعات داغ و تاسیسات صنایع نفت، گاز و پتروشیمی استفاده می شود. 

گریدهای مختلف ورق 17Mn4 عبارتند از:

• گرید A: مناسب برای ساخت لوله های بخار و تجهیزات فشار قوی.
• گرید B: دارای مقاومت کششی بالا و مقاومت مناسب در برابر خوردگی.
• گرید C: طراحی شده برای قطعاتی که نیاز به مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند.
• گرید D: مناسب برای قطعاتی با نیاز به مقاومت کششی و خوردگی بالا.

ورق A36 و گریدهای مورد استفاده 

ورق فولادی A36، مطابق با استاندارد ASTM، یک فولاد کم کربن با حداکثر 0.3% کربن است که به دلیل استحکام کششی و تسلیم مناسب، شکل پذیری و جوش پذیری بالا، در صنایع مختلف و از همه بیشتر در صنایع دریایی کاربرد دارد. به همین دلیل هم به آن ورق دریایی گفته می شود. 

در استاندارد ASTM A36، تنها یک گرید برای ورق فولادی A36تعریف شده است و زیرمجموعه یا گریدهای متفاوتی برای آن وجود ندارد.

ورق st52 و گریدهای مورد استفاده 

ورق فولادی ST52، مطابق با استاندارد DIN 17100 آلمان، یک فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا است که به دلیل وجود عناصری مانند سیلیسیم و منگنز، دارای خواص مکانیکی خاصی است. این ورق به دلیل استحکام کششی بالا، جوش پذیری مناسب و مقاومت در برابر خمش و پیچش، در صنایع مختلف و همچنین برای ساخت مخازن تحت فشار کاربرد دارد.

گریدهای ورق ST52 شامل موارد زیر هستند:

• ST52-3N: این گرید ورق مخزن تحت عملیات حرارتی نرماله سازی قرار گرفته و دارای خواص مکانیکی بهبود یافته است.
• ST52-3U: این گرید ورق مخزن بدون عملیات حرارتی نرماله سازی تولید می شود و برای کاربردهایی که نیاز به استحکام بالا ندارند، مناسب است.

استانداردهای ASTM برای صفحات فولادی در مخازن تحت فشار

در ساخت مخازن تحت فشار، انتخاب ورق های فولادی با استانداردهای ASTM اهمیت دارد. استانداردهای ASTM برای ورق های فولادی مخازن تحت فشار شامل موارد زیر هستند:

• ASTM A516: برای ورق های فولادی با استحکام بالا در خمش
• ASTM A515: برای ورق های فولادی با استحکام کششی بالا
• ASTM A537: برای ورق های فولادی با استحکام کششی بالا، مقاوم در برابر خوردگی، سایش و دوام بالا در تغییرات ناگهانی دما
• ASTM A285: برای ورق های فولادی کربن استیل آتشخوار، مقاوم در برابر حرارت و دمای بالا، مقاوم در برابر فرسایش، مقاوم در برابر خوردگی. 

معرفی استانداردهای مورد استفاده برای مخازن تحت فشار

استانداردهای مورد استفاده برای مخازن تحت فشار، علاوه بر استانداردهای ASTM، شامل موارد زیر هستند:

• استاندارد ASME (American Society of Mechanical Engineers) 
• استاندارد JIS (Japanese Industrial Standards 
• استاندارد DIN (Deutsches Institut für Normung)

کاربردهای مخازن تحت فشار چیست؟

مخازن تحت فشار در موارد زیر کاربرد دارند.

• صنایع نفت و گاز: ذخیره و انتقال نفت، گاز و فرآورده های پتروشیمی.
• صنایع شیمیایی: نگهداری مواد شیمیایی تحت فشار و دماهای بالا.
• نیروگاه ها: استفاده در دیگ های بخار و سیستم های تولید انرژی.
• صنایع غذایی و دارویی: فرآیندهای استریلیزاسیون و نگهداری مواد تحت فشار.
• صنایع هوافضا: ذخیره سوخت و گازهای فشرده در فضاپیماها.
• صنایع دریایی: استفاده در کشتی ها و زیردریایی ها برای ذخیره گاز و سوخت.
• صنایع خودروسازی: ساخت مخازن گاز طبیعی فشرده (CNG).

کارخانه های تولید کننده ورق مخازن تحت فشار

کارخانه های زیر در ایران، ورق های فولادی مناسب برای ساخت مخازن تحت فشار را بر عهده دارند.

• فولاد اکسین خوزستان: تولید کننده ورق های فولادی با مقاومت بالا برای مصارف گوناگون مانند مخازن تحت فشار. 
• فولاد مبارکه اصفهان: یکی از بزرگترین تولید کنندگان ورق های فولادی در کشور. 
• فولاد کاویان اهواز: تولید کننده ورق های فولادی با ضخامت بالا. 
• فولاد گیلان: یکی از تولید کنندگان ورق های فولادی در کشور. 

جمع بندی

ورق های ساخت مخازن تحت فشار، مانند A516، A283، A285، 304L، 316L، A537، 17Mn4، A36 و ST52، به دلیل استحکام کششی، چقرمگی، مقاومت در برابر خوردگی و جوش پذیری عالی، در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی کاربرد دارند. هر ورق با گریدهای مختلف برای شرایط خاصی مانند دماهای پایین یا فشارهای بالا طراحی شده است. انتخاب ورق مناسب بر اساس ترکیب شیمیایی (کربن، منگنز، سیلیسیم) و خواص مکانیکی انجام می شود تا ایمنی و عملکرد مخازن تضمین شود.

سوالات متداول