برای سازه های باربر در معرض رطوبت، مواد شیمیایی یا محیط های شور، لوله مربع فولادی ضد زنگ در درجه های آستنیتی 304 یا 316 بهترین ارزش طولانی مدت را ارائه می دهد. . یک لوله مربعی 50×50×2.5 میلیمتر 304 ظرفیت لنگر خمشی بیش از 1470 نیوتنمتر (براساس قدرت تسلیم 205 مگاپاسکال) ارائه میکند و نرخ خوردگی یکنواخت زیر 0.05 میلیمتر در سال را در اتمسفرهای صنعتی نشان میدهد، در حالی که فولاد کربنی بدون پوشش در شرایط مشابه نیاز به تعویض در 8 تا 12 سال دارد. بخشهای مبتنی بر دادههای زیر به مهندسان و سازندگان کمک میکند تا به طور مؤثر لوله مربعی فولادی ضد زنگ را انتخاب، اندازه و کار کنند.
خواص مکانیکی و درجه های رایج
لوله مربع فولادی ضد زنگ در چندین خانواده متالورژی موجود است. گریدهای آستنیتی (304، 316) بالاترین ترکیبی از استحکام، شکل پذیری و جوش پذیری را ارائه می دهند. ، در حالی که گریدهای فریتی (430) هزینه کمتری دارند اما مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهند. جدول زیر محدودیت های مکانیکی کلیدی در مشخصات ASTM A554 (لوله جوشی) را خلاصه می کند.
| درجه | قدرت تسلیم (0.2% افست) مگاپاسکال | مقاومت کششی MPa | ازدیاد طول (% در 50 میلی متر) | سختی (حداکثر HRB) |
|---|---|---|---|---|
| 304 / 304 لیتر | 205 | 515 | 40 | 90 |
| 316 / 316 لیتر | 205 | 515 | 40 | 90 |
| 430 (فریتی) | 205 | 450 | 22 | 85 |
برای کاربردهای ساختاری که به شکل پذیری خوب نیاز دارند، لوله مربع فولاد ضد زنگ 304 به طور گسترده ای مشخص شده است با حداقل استحکام تسلیم 205 مگاپاسکال و چقرمگی ضربه ثابت تا 20- درجه سانتیگراد. در تنظیمات بسیار خورنده (دریایی، پردازش شیمیایی)، 316 با افزودن مولیبدن مقاومت حفرهای عالی با مقدار PREN (معادل مقاومت حفرهای) 24-26 در مقابل 18-20 برای 304 ایجاد میکند.
استانداردهای ابعادی و محاسبه وزن
لوله مربع فولادی ضد زنگ معمولاً با ابعاد ISO 6362، EN 10219 یا ASTM A554 تولید می شود. ضخامت دیوار معمولاً بین 1.0 میلی متر تا 6.0 میلی متر و طول ضلع بیرونی از 10 میلی متر تا 200 میلی متر متغیر است. . جرم نظری در هر متر (کیلوگرم بر متر) را می توان با استفاده از چگالی فولاد ضد زنگ (7930 کیلوگرم بر متر مکعب) و سطح مقطع مربع توخالی به طور دقیق محاسبه کرد:
وزن (کیلوگرم بر متر) = 0.00793 × [S² - (S - 2×t)²] که در آن S = ضلع بیرونی (میلی متر)، t = ضخامت دیواره (میلی متر)
ساده سازی: وزن = 0.03172 × t × (S - t) . به عنوان مثال، یک لوله 40×40×2.0 میلی متر وزن دارد: 0.03172 × 2.0 × (40 - 2.0) = 2.41 کیلوگرم بر متر. جدول زیر وزن های مرجع برای اندازه های رایج را ارائه می دهد.
| سمت بیرونی (میلی متر) | ضخامت دیوار (میلی متر) | وزن در هر متر (کیلوگرم بر متر) | سطح مقطع (mm²) |
|---|---|---|---|
| 20×20 | 1.5 | 0.88 | 111 |
| 25×25 | 1.5 | 1.12 | 141 |
| 30×30 | 2.0 | 1.78 | 224 |
| 40×40 | 2.0 | 2.41 | 304 |
| 50×50 | 2.5 | 3.77 | 475 |
| 60×60 | 3.0 | 5.42 | 684 |
| 80×80 | 4.0 | 9.64 | 1216 |
هنگام سفارش، بررسی کنید که آیا لوله برای تولید شده است یا خیر تحمل "مربع" ± 1 درجه در زوایای گوشه و پیچش ≤ 1 میلی متر در هر متر طول . این پارامترها به طور مستقیم بر تناسب در قاب های مدولار و مجموعه های جوش داده شده تأثیر می گذارد.
مقاومت در برابر خوردگی در محیط های مختلف
لایه اکسید کروم غیرفعال روی لوله مربعی فولاد ضد زنگ دوام عالی را ارائه می دهد، اما محیط های خاص نیاز به انتخاب دقیق درجه دارند. جدول زیر نرخ خوردگی 304 و 316 را در برابر رسانه های تهاجمی رایج مقایسه می کند.
| محیط / شرایط آزمایش | درجه 304 (mm/year) | درجه 316 (mm/year) | فولاد کربن (میلی متر در سال) |
|---|---|---|---|
| غوطه وری 3.5% NaCl، 25 درجه سانتی گراد، 30 روز | 0.045 | 0.008 | 0.62 |
| جو صنعتی (SO2 0.5 mg/m³) | 0.015 | 0.007 | 0.35 |
| تست حفره ای FeCl3 6% (ASTM G48) | حفرهگذاری > 72 ساعت شروع شد | بعد از 120 ساعت سوراخ شدن وجود ندارد | حفره شدید در عرض 8 ساعت |
کاربردهای دریایی و ساحلی
برای لوله مربع فولاد ضد زنگ در معرض اسپری نمک، درجه 316 به شدت توصیه می شود . دادههای حاصل از قرار گرفتن در معرض طولانیمدت ساحلی (ISO 12944-6) نشان میدهد که 304 میتواند پس از 5 تا 7 سال دچار خوردگی شکافی در زیر واشر یا مناطق گیره شود، در حالی که 316L تقریباً پس از 15 سال بدون حمله باقی میماند. از حداقل ضخامت دیواره 2 میلی متر برای کاهش خطر سوراخ شدن موضعی استفاده کنید.
مواد شیمیایی و فرآوری مواد غذایی
در محیط های اسیدی (PH 3-5، اسیدهای آلی)، لوله مربعی درجه 304 در برابر خوردگی تا 60 درجه سانتی گراد مقاومت می کند. فراتر از آن یا در حضور کلریدها، به 316 ارتقا دهید. پرداخت سطح نیز مهم است: روکش آسیاب 2B (Ra ≤ 0.5μm) قابلیت تمیز کردن و مقاومت در برابر سوراخ شدن را تا 30% بهبود می بخشد. در مقایسه با پوشش نورد گرم شماره 1.
بهترین روش های ساخت: جوشکاری و برش
کار با لوله مربع فولادی ضد زنگ نیاز به تکنیک های خاصی برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت مکانیکی دارد. در زیر دستورالعملهای کلیدی با پشتوانه دادههای صنعت آورده شده است.
توصیه های جوشکاری
- جوشکاری TIG (GTAW) با پرکننده 308 لیتری (برای 304) یا پرکننده 316 لیتری (برای 316) مقاومت در برابر خوردگی را تضمین می کند. . برای جلوگیری از شکرک زدن سطح داخلی از گاز پشتیبان آرگون استفاده کنید.
- حداکثر دمای بین گذر: 150 درجه سانتیگراد برای گریدهای آستنیتی . بیش از این می تواند منجر به بارش کاربید و کاهش مقاومت حفره ای شود.
- ورودی گرما: محدود به ≤ 1.5 کیلوژول بر میلی متر برای ضخامت دیوار ≤ 3 میلی متر. این اعوجاج را کاهش می دهد و نمایه مربعی را حفظ می کند.
برش و ماشینکاری
ارهکاری سرد یا ارهزنی نواری دقیق با تیغههای دو فلزی (TPI 10-14 برای دیوارهای 2-4 میلیمتری) لبههایی تمیز میدهد. از چرخ های برش ساینده که گرمای اصطکاکی بیش از حد تولید می کنند که می تواند سطح را سخت کند، خودداری کنید. پس از برش، همیشه با استفاده از برس فولادی ضد زنگ یا خمیر ترشی، رنگ حرارتی را تمیز کنید و مکانیکی کنید. برای بازیابی لایه غیرفعال. در آزمایشها، مناطق متاثر از حرارت با اکسیداسیون تیمار نشده، 40 تا 60 درصد کاهش پتانسیل حفرهای را متحمل میشوند.
- لوله را به طول برش دهید و 1 میلی متر اضافی برای تکمیل باقی بگذارید.
- لبه های داخل و خارج را با سوهان یا سوهان کاربید جدا کنید.
- با محلول 15 تا 20 درصد اسید نیتریک (یا جایگزین مبتنی بر سیتریک) به مدت 30 دقیقه در دمای 50 درجه سانتیگراد غیرفعال کنید، سپس بشویید.
- برای اطمینان از تمیزی، تست آب شکنی را انجام دهید.
معیارهای عملکرد ساختاری
لوله مربعی فولاد ضد زنگ اغلب در قاب های باربر، نرده ها و تکیه گاه های معماری استفاده می شود. مثال زیر ظرفیت خمشی آن را برای یک تیر معمولی 2.5 متری ساده نشان می دهد.
مثال: لوله مربعی 50×50×2.5 میلی متر، درجه 304 (قدرت تسلیم 205 مگاپاسکال) . مدول مقطع (S) = 7160 mm³. حداکثر گشتاور خمشی M = σ_y × S = 205 × 7،160 = 1،467،800 N·mm ≈ 1،468 N·m. برای بار نقطه مرکزی در دهانه 2.5 متر، حداکثر بار مجاز F = 4M / L = (4 × 1468) / 2.5 = 2349 نیوتن ≈ 239 کیلوگرم . این یک ضریب ایمنی حدود 2.5 در برابر خرابی نهایی در هنگام استفاده از محدودیت بار سرویس معمولی 95 کیلوگرم (به ازای استانداردهای هندریل) می دهد.
در فشرده سازی، یک ستون 1 متری 50×50×2.5 میلی متر 304 دارای بار کمانش اویلر (ثابت پین) بیش از 85 کیلو نیوتن است، به این معنی که می تواند با خیال راحت بیش از 5000 کیلوگرم را قبل از اینکه ناپایداری الاستیک حیاتی شود تحمل کند. برای طراحی عملی، هنگام کار با لوله مربع فولادی ضد زنگ در شرایط سرویس دینامیکی یا خورنده، همیشه از ضریب طراحی 2.0-3.0 استفاده کنید. .
