کدام فلز برای کاربرد در کوره بهترین است؟

مقدمه:

بسیاری از کاربردهای تولیدی مدرن شامل استفاده از کوره های داغ برای تکمیل عملیات تصفیه قطعات فلزی است. این که آیا قطعات در حال بازپخت، دارای پوشش داغ یا استریل هستند و یا قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض دمای بالا بسیار رایج است. مسئله این است که هر ظرفی که برای نگه داشتن قطعات از طریق این کوره های فوق گرم استفاده می شود، قطعاً خودش نیز در معرض آن دماها قرار می گیرد. سبدهایی که قرار است قطعات را در شرایطی مانند کوره نگه دارند، باید از موادی ساخته شوند که بتوانند دمای شدید را تحمل کنند. ورق های استیل اغلب تحمل دمای بالایی دارند، اما بهترین ورق استیل برای کاربردهای دمای بالا کدام است؟
پاسخ نه تنها به دمای دقیقی که کاربرد به آن می رسد بستگی دارد، بلکه به مدت زمانی که سبد در معرض دماهای بالا قرار می گیرد نیز وابسته خواهد بود. به همین دلیل است که برای بسیاری از آلیاژهای فلزی هم دمای استفاده متناوب و هم دمای کاری مداوم را مشخص می کنند.

دمای سرویس مداوم و متناوب آلیاژهای ورق استیل:

هنگام تعیین یک فلز برای یک کاربرد کوره، اغلب لازم است بدانیم که آیا آلیاژ برای چند ثانیه، چند دقیقه یا یک ساعت یا بیشتر در معرض دما قرار می گیرد یا خیر. قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت و دوره ای که با خارج کردن از کوره برای خنک شدن قطع می شود، قرار گرفتن در معرض متناوب نامیده می شود، در حالی که غوطه ور شدن طولانی مدت در کوره، قرار گرفتن در معرض مداوم نامیده می شود.
مسئله این است که یک آلیاژ فلزی ممکن است تحمل متفاوتی برای قرار گرفتن در معرض دماهای بالا داشته باشد، بسته به اینکه قرار گرفتن در معرض آن پیوسته یا متناوب باشد. در اینجا چند نمونه از محدودیت های دمایی ورق استیل پیوسته و متناوب آورده شده است:

ورق استیل گرید 304:

پیوسته: 1700 درجه فارنهایت (925 درجه سانتیگراد)
متناوب: 1600 درجه فارنهایت (870 درجه سانتیگراد)

ورق استیل گرید 309:

پیوسته: 2000 درجه فارنهایت (1095 درجه سانتیگراد)
متناوب: 1800 درجه فارنهایت (980 درجه سانتیگراد)

ورق استیل گرید 310:

پیوسته: 2100 درجه فارنهایت (1150 درجه سانتی گراد)
متناوب: 1900 درجه فارنهایت (1025 درجه سانتیگراد)

ورق استیل گرید 316:

پیوسته: 1700 درجه فارنهایت (925 درجه سانتیگراد)
متناوب: 1600 درجه فارنهایت (870 درجه سانتیگراد)

ورق استیل گرید 410:

پیوسته: 1300 درجه فارنهایت (705 درجه سانتی گراد)
متناوب: 1500 درجه فارنهایت (815 درجه سانتیگراد)

ورق استیل گرید 420:

پیوسته: 1150 درجه فارنهایت (620 درجه سانتی گراد)
متناوب: 1350 درجه فارنهایت (735 درجه سانتیگراد)

ورق استیل گرید 430:

پیوسته: 1500 درجه فارنهایت (815 درجه سانتیگراد)
متناوب: 1600 درجه فارنهایت (870 درجه سانتیگراد)

ممکن است متوجه یک روند عجیب و بالقوه مخالف برای آلیاژهای ورق استیل سری 300 شده باشید که در اینجا فهرست شده است. به طور خاص، حداکثر دمای استفاده توصیه شده مداوم آنها بالاتر از محدودیت دمای استفاده دوره ای و متناوب آنها است. طبیعی است که فرض کنیم قرار دادن فلز در معرض دماهای بالا برای مدت کوتاه‌تری نسبت به قرار گرفتن در معرض طولانی‌تر فشار کمتری بر آن وارد می‌کند.
با این حال، قرار گرفتن در معرض کوره متناوب یک عامل استرس متفاوت از خود گرما را معرفی می کند. پدیده ای که به عنوان "چرخه حرارتی" شناخته می شود. هنگامی که یک قطعه فلز به سرعت بین دمای شدید تغییر می کند، چندین اتفاق می تواند رخ دهد. همانطور که فلز گرم می شود، می تواند منبسط شود، سپس ممکن است با سرد شدن منقبض شود. علاوه بر این، آلیاژهای فولادی در شرایط کوره می توانند در سراسر سطوح خود رسوب ایجاد کنند. این رسوب نوعی ماده پوسته پوسته ساخته شده از آهن و اکسید آهن است که جایگزین لایه بیرونی فلز می شود.
هنگامی که به طور مکرر بین دماهای بالا و پایین چرخانده می شود، آلیاژ می تواند شروع به ترک خوردن و شکافتن کند و شکل فلز را ضعیف نماید. این می تواند به دلیل تفاوت در ضریب انبساط بین هسته فولادی ضد زنگ فلز و سطح مقیاس آن رخ دهد. به عبارت ساده تر، داخل فلز با یک سرعت منبسط یا منقبض می شود ولی سرعت سرد شدن روی سطح با سرعتی دیگر رخ خواهد داد. این تفاوت باعث می شود که فلز شروع به شکستن لایه به لایه کند تا در نهایت از بین برود.

کدام فلز برای کاربرد در کوره بهترین است؟

انتخاب بهترین آلیاژ برای استفاده برای کارهای فرآوری مرتبط با کوره، نه تنها به دماهایی که آلیاژ می تواند برای استفاده متناوب و یا مداوم داشته باشد، بلکه به هزینه آن آلیاژ در مقابل عملکرد آن بستگی دارد. برای مثال، Inconel 600® را در نظر بگیرید. این آلیاژی است که برای استفاده در شرایط دمایی شدید ساخته شده است. این آلیاژ دارای دمای عملیاتی پیوسته در حدود 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه سانتیگراد) است. با این حال، ممکن است تفاوت هزینه قابل توجهی بین آلیاژ با نام تجاری Inconel® و ورق استیل عمومی تر وجود داشته باشد که می تواند به شدت بر هزینه خرید فلز تأثیر بگذارد، بدون اینکه تأثیر زیادی بر عمر مفید یا تطبیق پذیری آن داشته باشد.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی