امروزه در صنایع مختلف نام فولاد یا استیل ضدزنگ را زیاد می شنویم. این فولاد با توجه به خواصی که دارد دارای کاربرد گسترده‌ای در صنعت می‌باشد. یکی از کاربردهای استیل ضدزنگ در ساخت انواع لوله استیل و اتصالات است. در این مقاله به معرفی لوله استیل و انواع آن می پردازیم. استیل یا فولاد ضدزنگ یک آلیاژ است که از در هم آمیختن فولاد (که خود ترکیب آهن و کربن است) و درصد کمی از عنصر کروم یا دیگر عناصر مانند کبالت، نیکل و یا آلومینیوم به دست می آید. اضافه کردن عنصر کروم به فولاد باعث ایجاد تغییراتی می شود که در نتیجه آن، مقاومت مواد در برابر خوردگی بیشتر می گردد. این فولاد کاملاً قابل بازیافت است و از نظر محیطی جزء مواد خنثی و بی اثر محسوب می شود. فولاد ضدزنگ یا استیل ضدزنگ نیاز به تعمیر و نگهداری خاصی ندارد، در برابر اکسیداسیون مقاوم است و در تماس با فلزات دیگر، بر آن ها اثر نمی گذارد. در نتیجه از آن در طیف وسیعی از مصارف استفاده می شود. از جمله این مصارف می توان به مصارف حمل و نقل، انرژی، تحقیقات، ساختمان، پزشکی، غذا و لجستیک اشاره کرد.
لوله استیل در واقع یک استوانه طویل توخالی می باشد که از جنس استیل یا فولاد ضدزنگ و در مقاطع مختلف (گرد، بیضی، مربع یا مستطیل) درست شده است. این لوله را می توان توسط دو روش کاملاً مجزا به صورت بدون درز و یا به صورت جوش داده شده ساخت. طول، قطر و ضخامت این لوله ها متغیر است. معمولاً از مقادیر قطر خارجی لوله (OD) و ضخامت دیواره آن (WT) برای شناسایی و خریداری آن استفاده می شود. مقادیر قطر خارجی لوله (OD) و ضخامت دیواره آن (WT) را می توان برحسب اینچ یا میلی متر بیان کرد.
اغلب مردم فکر می کنند که steel pipe و steel tube دو نوع لوله شبیه هم هستند ولی در واقع با هم تفاوت دارند. لوله استیل steel pipe دارای سطح مقطع گرد است ولی سطح مقطع لوله استیلsteel tube می تواند به اشکال گرد، بیضی، مربع و یا مستطیل باشد. لوله استیل steel pipe را از ابتدا برای انتقال گازها، مایعات و سیالات و بدون در نظر گرفتن نوع صنعتی که در آن به کار می رود، ساخته اند. از لوله استیل steel tube نیز علاوه بر انتقال گاز و سیالات در کاربردهای بسیار گسترده تری از جمله مصارف پزشکی، هوافضا، صنعتی، نظامی، ساخت و ساز، معماری و حمل و نقل هم استفاده می شود.
همان طور که در بخش های قبلی اشاره شد، از لوله استیل به خاطر کیفیت بالایی که دارد در مصارف بسیار گسترده استفاده می شود. این لوله ها را می توان از جهات مختلف طبقه بندی کرد و هرکدام را بررسی نمود. در این بخش به بررسی برخی از این طبقه بندی ها می پردازیم.
آلیاژ، به ترکیب دو یا چند عنصر برای به دست آوردن خواص بهتر و جدیدتر گفته می شود. لوله استیل را نیز می توان با آلیاژهای مختلفی از فولاد یا استیل ضدزنگ ساخت. در این بخش به برخی از آن ها اشاره می کنیم.
این نوع لوله پرفروش ترین و پرمصرف ترین لوله استیل یا فولاد ضدزنگ آستنیتی در جهان است. این لوله مقاومت بالا در برابر خوردگی مخصوصاً در فضاهای باز و مرطوب دارد، به راحتی ضدعفونی می شود، هزینه تولید کمی دارد و فرآیند ساخت و تولیدش آسان می باشد. همچنین مقاومت در برابر گرما و سرما در این لوله بالا است و دارای ضخامت های متفاوتی می باشد. مزایای لوله استیل 304 به شرح زیر است:
ترکیب شیمیایی لوله استیل 304 به این صورت می باشد که 18 درصد کروم، 8 درصد نیکل، حداکثر 2 درصد منگنز و به صورت تعادلی آهن دارد. کربن موجود در این آلیاژ مقاومت را بالا می برد، کروم به افزایش انعطاف پذیری کمک می کند و نیکل آن را در برابر زنگ زدگی حفظ می نماید. برخی از پرکاربردترین مصارف این لوله عبارتند از صنایع خودروسازی، لوله کشی ها، سیستم های گرمایشی، واحدهای برودتی، حفاظ و نرده ها و غیره.
ذکر این نکته حائز اهمیت است که از این آلیاژ برای کاربردهایی که در آن دما بین 800 تا 1640 درجه فارنهایت می باشد، استفاده نمی شود. زیرا در این دما، استیل مستعد بارش و یا ته نشینی کربیدی می گردد. اما فولاد ضدزنگ 340L این محدودیت را ندارد زیرا درصد کربن کمتری دارد و به راحتی می توان آن را در ساخت و تولید لوله هایی که قرار است در دماهای بالا کاربرد داشته باشند، استفاده کرد.
لوله استیل 316
آلیاژ فولاد 316، از عناصر: کروم 16 درصد، نیکل 10 درصد و مولیبدن زیر 2 درصد تشکیل شده است. این آلیاژ بعد از فولاد 304 در رده دوم در بین فولادهای ضدزنگ آستنیتی می باشد. مولیبدن به فولاد 316 مقاومت بالاتری را در برابر خوردگی (مخصوصاً خوردگی های حفره ای و شکافی در محیط های کلرید مانند دریا) نسبت به فولاد 304 می دهد. همچنین آلیاژ فولاد 316 از قابلیت ماشین کاری، شکل دهی و جوشکاری عالی برخوردار است. در این نوع از فولاد اگر عملیات جوشکاری در مقاطع نازک انجام شود، دیگر نیازی به عملیات حرارتی آنیل کردن پس از جوشکاری نیست. ساختار آستنیتی در فولاد 316 باعث ایجاد خاصیت چقرمگی عالی حتی تا نزدیک دمای برودتی برای این فلز می شود. از لوله استیل 316 در مصارف مختلف مانند موارد زیر استفاده می شود:
این نوع از فولاد، یک آلیاژ فریتی است که نمی توان روی آن عملیات حرارتی اعمال کرد. از ویژگی های این آلیاژ می توان به مقاومت بالا در برابر اکسید شدن، سولفیداسیون و خوردگی در محیط های با دمای بالا یعنی چیزی بین 1500 تا 2100 درجه فارنهایت اشاره کرد. البته باید گفت که هرچه دما بالاتر باشد، مقاومت این آلیاژ کمتر خواهد بود. این آلیاژ در برابر مس مذاب، مقاوم است و هدایت حرارتی خوبی دارد. از عناصر به کار رفته در فولاد یا استیل ضدزنگ 446 می توان به آهن 73 درصد، کروم 23 تا 27 درصد، منگنز 1.5 درصد، سیلیکون 1 درصد، نیکل 0.25 درصد، کربن 0.20 درصد، فسفر 0.040 درصد و سولفور 0.030 درصد اشاره کرد. برخی کاربردهای لوله استیل 446 نیز شامل موارد زیر می باشد:
لوله استیل 201 یک آلیاژ آستنیتی است که از ترکیب کروم، منگنز و نیکل با فولاد حاصل می شود. در این آلیاژ، نیتروژن و منگنز تا حدودی جایگزین نیکل شده اند. این آلیاژ خصوصیات خوبی در شرایط آنیل و سرد کاری دارد، بنابراین در طیف وسیعی از صنایع دارای کاربرد است. آلیاژ استیل ضدزنگ 201 در شرایط آنیل کردن، غیر مغناطیسی می باشد ولی در شرایط سرد کاری خاصیت مغناطیسی پیدا می کند. عناصر موجود در این آلیاژ عبارتند از: کربن 0.15 درصد، کروم 16 تا 18 درصد، نیکل 3.5 تا 5.5 درصد، منگنز 5.5 تا 7.5 درصد، سیلیکون 1 درصد، نیتروژن 0.25 درصد، فسفر 0.060 درصد و سولفور 0.030 درصد.
این آلیاژ مقاومت کمتری نسبت به موارد قبل در برابر خوردگی، پوسیدگی و زنگ زدگی دارد، آلیاژ 201 با عملیات حرارتی سخت نمی گردد، در دمای 1850 تا 1950 درجه فارنهایت آنیل می شود و بعد از آن باید آن را با جریان آب یا هوای سریع، خنک کرد. با توجه به این خصوصیات، از لوله استیل 201 برای فضاهای باز یا فضاهایی که در آن ها شرایط خوردگی فلز بیشتر است، استفاده نمی شود. از جمله کاربردهای این لوله ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
لوله های استیل با توجه به نوع روشی که طی آن تولید می شوند، به صورت زیر دسته بندی می گردند:
لوله استیل مانیسمان همان طور که از اسمش پیدا است، هیچ گونه درزی روی آن وجود ندارد و هیچ گونه عملیات جوشکاری برای تولید آن انجام نگرفته است. در واقع می توان گفت که این لوله را از یک بلوک یا شمش جامد فولادی تهیه می کنند. بدین صورت که این بلوک به شکل گرد در می آید، سوراخ می شود و سوراخ در سرتاسر طول آن ادامه می یابد. به بیان دیگر، می توان روش ساخت لوله استیل بدون درز یا مانیسمان را به خمیر بازی کودکان تشبیه کرد. به این صورت که اول استوانه ای از خمیر ساخته می شود. سپس انگشت روی مقطع استوانه قرار می گیرد. در نهایت نیز با فشار آوردن، سوراخی در امتداد استوانه ایجاد می گردد و یک لوله بدون درز ساخته می شود.
لوله استیل مانیسمان بسیار همگن است و بنابراین نسبت به لوله های درزدار مقاومت بالاتری در برابر خوردگی و فشار از خود نشان می دهد. همین امر باعث شده در شرایط محیطی حاد، از این نوع لوله استفاده شود. قیمت تمام شده این نوع از لوله استیل در مقابل نوع درزدار آن، بالاتر است. این تفاوت قیمت لوله استیل نیز به دلیل سخت تر بودن فرآیند ساخت آن و مقاومت بالاتر لوله استیل مانیسمان می باشد.
از لوله استیل مانیسمان در خطوط حمل مواد شیمیایی، خطوط حمل نفت و گاز، ردیابی حرارتی کارخانه، دریچه های ایمنی موجود در زیر دریا و غیره استفاده می شود.
لوله استیل درزدار یا جوش کاری شده از ورق یا رول فولاد یا استیل ضدزنگ ساخته می شود. عملیات ساخت این لوله به این صورت است که ابتدا ورق را به شکل لوله در می آورند. سپس در طول لوله، لبه های این ورق را با جوش کاری به هم متصل می کنند. ساخت این لوله را می توان با روش های فرم دهی گرم یا سرد تکمیل کرد. فرم دهی سرد باعث ساخت لوله ای به مراتب صاف تر با تلرانس محکم تر می شود. درز روی لوله را نیز می توان به صورت مهره ای رها کرد یا با استفاده از روش های نورد سرد، روی آن بیشتر کار کرد. این فرایند سبب می شود که بتوان لوله ای با قطر بزرگ تر و ضخامت دیواره نازک تر تولید کرد. باید به یاد داشت که لوله استیل درزدار استحکام لوله مانیسمان را ندارد و در مکان هایی که فشار زیادی وجود ندارد، استفاده می شود.
از مزایای استفاده از لوله استیل درزدار می توان به قیمت لوله تولیدی و در دسترس بودن تمامی طول ها (متناسب با کاربرد موردنظر) اشاره کرد. از این نوع لوله ها بیشتر در صنعت خودرو، صنعت داروسازی، صنایع مواد غذایی و آشامیدنی، سوزن هایپودرمیک، صنایع دریایی و صنعت ساختمان سازی استفاده می شود.
تصمیم گیری راجع به اینکه فرد کدام یک از انواع لوله استیل را باید انتخاب کند، در درجه اول به کاربردی که از آن محصول انتظار دارد، بر می گردد. مشخصات لوله موردنظر باید با خصوصیاتی که مورد نیاز پروژه است، مطابقت داشته باشد.
جمع بندی
لوله استیل یکی از پرکاربردترین المان ها در صنعت است که کاربردهای گسترده ای از صنایع غذایی گرفته تا صنعت هوافضا دارد. این گستردگی کاربرد به دلیل خصوصیات و ویژگی های فلزی است که این لوله ها از آن ساخته شده اند. لوله استیل از انواع و درجات مختلف استیل یا فولاد ضدزنگ ساخته می شود که مقاومت خوبی در برابر خوردگی، زنگ زدگی و پوسیدگی از خود نشان می دهد.