1. مقدمه
آهن انعطاف پذیر در مقابل فولاد ضد زنگ دو ماده مهندسی پرکاربرد در بسیاری از بخش های صنعتی است.
از سیستم های آب شهری گرفته تا تجهیزات پردازش شیمیایی, این مواد از زیرساخت های مهم و بهره وری صنعتی پشتیبانی می کنند.
انتخاب مواد مناسب می تواند به طور چشمگیری بر عملکرد سیستم تأثیر بگذارد, هزینه, و قابلیت اطمینان چرخه عمر.
در این مقاله یک مقایسه دقیق و معتبر از آهن انعطاف پذیر و فولاد ضد زنگ ارائه شده است, تجزیه و تحلیل مکانیکی آنها, شیمیایی, گرمی, اقتصادی, و خصوصیات محیطی برای هدایت انتخاب مواد آگاهانه.
2. آهن انعطاف پذیر چیست?
آهن, همچنین به عنوان شناخته می شود چدن چدن یا آهن گرافیت کروی (آهن SG), نوعی چدن است. در ریزساختار و عملکرد مکانیکی آن اساساً با آهن خاکستری سنتی متفاوت است.
در حالی که آهن خاکستری حاوی گرافیت پوسته ای است که آن را شکننده می کند, آهن انعطاف پذیر حاوی کروی (گره دار) گرافیت, که به طور قابل توجهی سختی و انعطاف پذیری آن را تقویت می کند - از این رو نام دوک اتو کردن.
تغییر شکل گرافیت از پوسته به کروی با اضافه کردن مقدار کمی منیزیم حاصل می شود (به طور معمول 0.03-0.05 ٪) یا سریم در طی فرآیند ریخته گری.
این اصلاح مهم باعث می شود آهن انعطاف پذیر مزایای قابلیت استفاده و ماشینکاری را با قدرت مکانیکی بهبود یافته و مقاومت در برابر ضربه ترکیب کند.
ریزساختار و ترکیب
ترکیب شیمیایی معمولی آهن انعطاف پذیر شامل:
- کربن: 3.2-3.6 ٪
- سیلیکون: 2.2-2.8 ٪
- منگنز: 0.5 ٪
- منیزیم: 0.03-0.05 ٪
- گوگرد & فسفر: در سطح پایین نگه داشته می شود (0.02 ≤)
ماتریس پایه ممکن است متفاوت باشد:
- آهن فریتیک: انعطاف پذیری بیشتر, مقاومت کمتری.
- آهن خیابانی مروارید: مقاومت بالاتر و مقاومت در برابر سایش.
- آهن انعطاف پذیر (ادی): گرمای بیشتر برای عملکرد برتر (استحکام کششی > 1,200 MPA).
مزایای آهن انعطاف پذیر
- قابلیت بازیگری عالی و ماشینکاری.
- نسبت قدرت به وزن.
- مقرون به صرفه برای تولید با حجم بالا.
- می تواند شوک و ارتعاشات را جذب کند.
- عملکرد خوب تحت بارگذاری چرخه ای.
کاربردهای معمولی آهن انعطاف پذیر
آهن انعطاف پذیر به طور گسترده ای در آن استفاده می شود:
- سیستم های لوله کشی آب و فاضلاب.
- اجزای خودرو (لشکر میل لنگ, گره های فرمان).
- ماشین آلات کشاورزی و سنگین.
- محل تجهیزات دنده, بدنهای پمپ, و سیلندرهای کمپرسور.
- زیرساخت شهرداری (روکش منهول, دریچه, هیدروس).
3. فولاد ضد زنگ چیست?
فولاد ضد زنگ یک آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی است که در درجه اول از آن تشکیل شده است اتو کردن (با), کروم (کلوچه), و مقادیر مختلف نیکل (در), کربن (جف), و سایر عناصر آلیاژ مانند مولیبدن (مس), منگنز (منگنه), وت نیتروژن (حرف).
ویژگی تعریف کننده آن حضور است حداقل 10.5% کروم, که یک فیلم اکسید کروم منفعل را روی سطح تشکیل می دهد, محافظت از آن در برابر زنگ زدگی و حمله شیمیایی.
در اوایل قرن بیستم توسعه یافته است, فولاد ضد زنگ در صنایعی که نیاز به مقاومت بالا دارند ضروری شده است, بهداشت, و مقاومت در برابر خوردگی, اکسیداسیون, و گرما.
تطبیق پذیری مواد, طول عمر طولانی, و بازیافت پذیری آن را به یکی از پرکاربردترین مواد مهندسی امروزه تبدیل می کند.
نمرات و طبقه بندی های فولاد ضد زنگ
فولادهای ضد زنگ به طور کلی در طبقه بندی می شوند پنج خانواده اصلی, هرکدام با ترکیب ها و خواص متمایز:
نوع | ساختار | نمرات کلیدی | ویژگی های اصلی |
وابسته به اوستن | FCC (غیر عجیبی) | 304, 316, 321, 310 | مقاومت در برابر خوردگی عالی, قابلیت جوشکاری خوب و شکل گیری |
وابسته به فری | سال قبل از میلاد (مغناطیسی) | 430, 409, 446 | مقاومت در برابر خوردگی متوسط, مقرون به صرفه, قابلیت جوشکاری محدود |
وابسته به مارتنز | باکتری (مغناطیسی) | 410, 420, 440جف | سختی زیاد, مقاومت در برابر خوردگی متوسط, مناسب برای ابزارهای برش |
دوتایی | مخلوط (وابسته به اوستن + فریت) | 2205, 2507 | استحکام بالا, مقاومت در برابر ترک خوردگی استرس عالی |
سخت شدن (PH) | متغیر | 17-4PH, 15-5PH | استحکام بالا, سختی, قابل درمان با حرارت |
مزایای فولاد ضد زنگ
- مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون برجسته.
- خواص مکانیکی عالی در هر دو درجه حرارت پایین و زیاد.
- سطح بهداشتی - Ideal برای پزشکی, غذا, و کاربردهای دارویی.
- جذابیت زیبایی شناسی بالا با اتمام سطح مختلف (صیقلی, قلم مو, و غیره).
- طول عمر طولانی و 100% بازیافت.
کاربردهای معمولی از فولاد ضد زنگ
فولاد ضد زنگ در صنایع مانند ضروری است:
- غذا و نوشیدنی: مخازن فرآوری, کارد و چنگال, تجهیزات آشپزخانه.
- پزشکی: سازهای جراحی, کاشت, تجهیزات بیمارستان.
- شیمیایی و پتروشیمی: رگهای فشار, مبدلهای حرارتی.
- ساخت و ساز: نرده, روکش دار, پشتیبانی ساختاری.
- دریایی: اتصالات قایق, ساختارهای دریایی, پمپ.
- انرژی: اجزای راکتور هسته ای, قطعات توربین بادی.
4. مقایسه خصوصیات مکانیکی: آهن انعطاف پذیر در مقابل فولاد ضد زنگ
انتخاب مواد مهندسی مناسب نیاز به درک کاملی از عملکرد مکانیکی در شرایط خدمات دارد.
هر دو آهن وت فولاد ضد زنگ خواص مکانیکی قوی را ارائه دهید, اما آنها برای محیط های مختلف استرس مناسب هستند, سطح خستگی, و انتظارات عملکرد.
جدول مقایسه: خصوصیات مکانیکی
دارایی | آهن 60-40-18 | آهن 100-70-03 | فولاد ضد زنگ 304 | فولاد ضد زنگ 316 |
استحکام کششی (MPA) | 414 (60 ksi) | 690 (100 ksi) | 505-720 | 520-750 |
قدرت عملکرد (MPA) | 276 (40 ksi) | 483 (70 ksi) | 215–290 | 240-300 |
کشیدگی (%) | 18% | 3% | 40% | 30% |
سختی (برینل, HBW) | 170–230 | 241–302 | 150- 200 | 160–210 |
مقاومت در برابر ضربه | عالی | معتاد | خیلی بلند | خیلی بلند |
قدرت خستگی (MPA) | 160–230 | 240-300 | 240-350 | 250-400 |
تراکم (g/cm³) | 7.0 پوند | 7.1 پوند | 7.9 | 8.0 |
هدایت حرارتی (w/m · k) | 50 پوند | 36 پوند | 16 پوند | 14 پوند |
5. مقاومت در برابر خوردگی آهن انعطاف پذیر در مقابل فولاد ضد زنگ
- فولاد ضد زنگ: یک لایه اکسید کروم منفعل را تشکیل می دهد که در برابر اکسیداسیون و خوردگی مقاومت می کند. 316 ضد زنگ به ویژه در برابر کلریدها و محیط های اسیدی مقاوم است.
- آهن: مستعد اکسیداسیون و خوردگی گالوانیک; اغلب با استفاده از پوشش های اپوکسی محافظت می شود, روکش روی, یا محافظت از کاتدی.
6. مقاومت حرارتی و شیمیایی
انتخاب مواد برای محیط های سخت به شدت به پایداری حرارتی و دوام شیمیایی بستگی دارد.
آهن انعطاف پذیر و استیل ضد زنگ به دلیل ترکیبات و ریزساختارها در این جنبه ها تفاوت قابل توجهی دارند.
مقاومت حرارتی
جنبه | آهن | فولاد ضد زنگ (304 / 316) |
دامنه درجه حرارت بالا | برای نمرات استاندارد تا 300-450 درجه سانتیگراد; نمرات مقاوم در برابر گرما (با ماه, در) تا 600 درجه سانتیگراد (به عنوان مثال, ASTM A476) | عالی: 304 پایدار >600درجه سانتیگراد; مقاومت اکسیداسیون تا 870 درجه سانتیگراد; 316 حداکثر 900 درجه سانتیگراد با MO اضافه |
حفظ قدرت در بالا | 70 ٪ مقاومت کششی در دمای 300 درجه سانتیگراد; 50 ٪ در دمای 400 درجه سانتیگراد برای 60-40-18 درجه | >500 مقاومت کششی MPA در دمای 600 درجه سانتیگراد (304); 40% احتباس قدرت در دمای 800 درجه سانتیگراد (316) |
رفتار با دمای پایین | شکننده زیر 0 درجه سانتیگراد در نمرات استاندارد; نمرات Ni-Alloyed (80-55-06) سختی را حفظ کنید (تأثیر چارپی 27 J در -40 درجه سانتیگراد) | فولادهای ضد زنگ آستنیتی در دمای کرایوژنیک انعطاف پذیر باقی می مانند (304 حفظ کردن >40% کشیدگی در -196 درجه سانتیگراد) |
ضریب انبساط حرارتی (CTE) | کم: 11-12 × 10 ⁻⁶ /درجه سانتیگراد (20-100 درجه سانتیگراد), به حداقل رساندن استرس حرارتی | بالاتر: 304 ~ 17.3 × 10 ⁻⁶ /درجه سانتیگراد, 316 ~ 16.0 × 10 ⁻⁶ /درجه سانتیگراد; وابسته به فری 430 پایین (10.4 × 10 ⁻⁶ /درجه سانتیگراد) اما کمتر انعطاف پذیر است |
مقاومت شیمیایی
ماده شیمیایی | آهن | فولاد ضد زنگ (304 / 316) |
مقاومت در برابر اسید | بی رویه فقیر (خوردگی تا 2 MM/سال در 5% H₂so₄); پوشش های مورد نیاز (حکیم, پوشش) | در اسیدهای رقیق و غلیظ بسیار عالی است (304 مقاومت در برابر 65% hno₃; 316 با MO برای کلریدها بهتر است) |
مقاومت قلیایی | خوب در قلیایی خفیف; لایه هیدروکسید آهن محافظ را تشکیل می دهد; پایدار در دمای اتاق | به طور کلی مقاوم; مستعد ابتلا به آغوش سوز آور در گرم, قلیایی متمرکز (304/316); نمرات فریتیک مقاوم تر است |
مقاومت نمک/کلرید | CORRODES در آب دریا (0.2-0.5 میلی متر در سال محافظت نشده); برای کاهش خوردگی در زیر به پوشش های محافظ نیاز دارد 0.01 MM/سال | 304 در برابر کلریدهای خفیف مقاومت می کند اما در آب دریا گودال است; 316 بسیار مقاوم در برابر گودال در محیط های کلرید (<0.005 MM/سال) |
7. ماشینکاری و قابلیت استفاده از آهن انعطاف پذیر در مقابل فولاد ضد زنگ
توانایی شکل دادن, ماشین, و پیوستن به مواد در ساخت بسیار مهم است, به طور مستقیم بر کارآیی تولید تأثیر می گذارد, پیچیدگی جزئی, و هزینه های کلی.
قابلیت استفاده: شکل دادن به پیچیدگی و کارآیی
قابلیت بازیگری به توانایی یک ماده در پر کردن قالب ها به طور یکنواخت اشاره دارد, بدون نقص جامد کنید (به عنوان مثال, تخلخل, انقباض), و دقت بعدی را در حین خنک کننده حفظ کنید.
این خاصیت به ویژه برای تولید پیچیده بسیار حیاتی است, قطعات نزدیک به شکل شبکه, جایی که ریخته گری نیاز به پردازش گسترده را کاهش می دهد.
آهن: یک اسب بخار بازیگران
آهن انعطاف پذیر ذاتاً یک ماده ریخته گری است, برای فرآیندهای ریخته گری بهینه شده است. قابلیت بازیگری آن به دلیل استثنایی است:
- نقطه ذوب کم: ذوب آهن انعطاف پذیر در 1،150-1،200 درجه سانتیگراد, به طور قابل توجهی پایین تر از فولاد ضد زنگ است (1,400-1،530 درجه سانتیگراد).
این باعث کاهش مصرف انرژی در هنگام ذوب شده و طراحی قالب را ساده می کند, از آنجا که درجه حرارت پایین استرس حرارتی را بر روی قالب ها به حداقل می رساند (به عنوان مثال, قالب های شن و ماسه یا سرمایه گذاری). - سیالیت بالا: شکل مذاب آهن انعطاف پذیر به راحتی در حفره های قالب پیچیده جریان می یابد, ایده آل برای هندسه های پیچیده - مانند وسایل دنده, بدنهای, یا پروانه های پمپ با دیوارهای نازک یا کانال های داخلی.
- جامد سازی کنترل شده: گره های گرافیت آهن انعطاف پذیر (از طریق منیزیم یا درمان سریم تشکیل شده است) در مقایسه با آهن خاکستری ، انقباض را در حین خنک کننده کاهش دهید, کاهش خطر ترک یا تخلخل.
این امکان تولید مداوم بزرگ را فراهم می کند, اجزای دیواره ضخیم (به عنوان مثال, فلنج های لوله تا 2 قطر متر) با حداقل نقص.
مشترک روش های ریخته گری برای آهن انعطاف پذیر شامل ریخته گری شن و ماسه (80% تولید), سرمایه گذاری سرمایه گذاری, و ریخته گری گریز از مرکز (برای لوله ها).
ASTM A536, استاندارد اصلی آهن انعطاف پذیر, نمرات را مشخص می کند (به عنوان مثال, 60-40-18, 80-55-06) بهینه سازی شده برای قابلیت استفاده در برنامه های کاربردی.
فولاد ضد زنگ: چالش های ریخته گری و نمرات تخصصی
فولاد ضد زنگ کمتر از آهن انعطاف پذیر ذاتاً ریخته می شود, اما پیشرفت در فناوری ریخته گری استفاده از آن را در بخش های پیچیده گسترش داده است. چالش های آن ناشی از:
- نقطه ذوب بالا: درجه حرارت بالا برای ذوب فولاد ضد زنگ (1,400-1،530 درجه سانتیگراد) هزینه های انرژی را افزایش می دهد و قالب های مقاوم در برابر گرما را می طلبد (به عنوان مثال, قالب های سرامیکی یا نسوز), افزایش هزینه های ابزار.
- خطر اکسیداسیون: فولاد ضد زنگ مذاب مستعد اکسیداسیون است, که می تواند اجزاء را معرفی کند (ذرات اکسید) در قسمت آخر, تضعیف ساختار آن.
این نیاز به محافظ گاز بی اثر دارد (به عنوان مثال, آرگون) در حین ریخته گری, افزودن پیچیدگی فرآیند. - انقباض و تخلخل: دامنه جامد سازی فولاد ضد زنگ گسترده تر از آهن انعطاف پذیر است, افزایش خطر انقباض و تخلخل.
این نیاز به طراحی قالب دقیق دارد (به عنوان مثال, برای تغذیه فلز مذاب در هنگام خنک کننده) و کنترل فرآیند سخت تر.
با وجود این چالش ها, نمرات فولاد ضد زنگ بازیگران (به عنوان مثال, ASTM A351 CF8, CF3, cf8m) برای بهبود قابلیت بازیگران مهندسی شده اند. به عنوان مثال:
- cf8 (معادل فرفورژه 304) و CF3 (304سعادت) نمرات بازیگران آستنیتی با محتوای کربن کم هستند, کاهش بارش کاربید و بهبود سیال.
- cf8m (316 متناسب) شامل مولیبدن برای مقاومت در برابر خوردگی افزایش یافته است, با قابلیت کاستنی برای اجزای پردازش شیمیایی بهینه شده است (به عنوان مثال, بدنهای).
روش های ریخته گری برای فولاد ضد زنگ شامل سرمایه گذاری سرمایه گذاری (برای قطعات با دقت بالا مانند ابزارهای پزشکی) وت ریخته گری (برای اجزای بزرگتر مانند پمپ).
هر چند, برای دستیابی به تحمل های محکم ، از جنس استنلس استیل ریخته گری به طور معمول به ماشینکاری پس از ریختگی بیشتر از آهن انعطاف پذیر نیاز دارد.
قابلیت تغییر: سهولت برش و سایش ابزار
ماشینکاری به چگونگی برش یک ماده به راحتی اشاره دارد, حفر شده, یا با ابزار ماشین آلات شکل گرفته است, اندازه گیری شده توسط عواملی مانند زندگی ابزار, سرعت برش, و پایان سطح. این مستقیماً بر زمان تولید و هزینه های ابزار تأثیر می گذارد.
آهن: ماشینکاری برتر
آهن انعطاف پذیر به دلیل ماشینکاری عالی مشهور است, بهتر از همه فولادهای ضد زنگ. دلایل اصلی شامل:
- روغن کاری گرافیتی: گره های گرافیتی در آهن انعطاف پذیر به عنوان روان کننده های داخلی در حین برش عمل می کنند, کاهش اصطکاک بین ابزار و قطعه کار.
این باعث کاهش سایش ابزار می شود و سرعت برش بالاتر را امکان پذیر می کند (تا 200 m/min برای نمرات متوسط کربن). - سخت شدن کار کم: برخلاف فولاد ضد زنگ, آهن انعطاف پذیر تحت استرس مکانیکی در هنگام ماشینکاری به طور قابل توجهی سخت نمی شود, جلوگیری از "گله" (انتقال مواد به ابزار) و حفظ نیروهای برش مداوم.
- تشکیل تراشه مطلوب: آهن انعطاف پذیر کوتاه تولید می کند, تراشه های شکننده که به راحتی از بین می روند, کاهش نیاز به سیستم های حذف تراشه و به حداقل رساندن آسیب سطح به قطعه کار.
شاخص های ماشینکاری (نسبت به 1018 فولاد کربن = 100) برای آهن انعطاف پذیر از 70-90, بستگی به درجه دارد. به عنوان مثال:
- درجه ASTM A536 60-40-18 (استحکام کششی 414 MPA) دارای شاخص ماشینکاری 85 پوند است.
- نمرات با مقاومت بالاتر (به عنوان مثال, 120-90-02) شاخص های کمی پایین تر دارند (70 پوند) به دلیل افزایش سختی اما هنوز بیشتر از همه فولادهای ضد زنگ بهتر است.
فولاد ضد زنگ: چالش های ماشینکاری
ماشینکاری فولاد ضد زنگ بر اساس درجه متفاوت است اما به طور کلی فقیرتر از آهن انعطاف پذیر است, رانده شده توسط:
- سخت شدن کار زیاد: فولادهای ضد زنگ آستنیتی (به عنوان مثال, 304, 316) هنگام برش به سرعت سخت شوید, تشکیل سخت, لایه مقاوم در برابر سایش در رابط کاربری ابزار.
این باعث افزایش نیروهای برش و سایش ابزار می شود, محدود کردن سرعت برش (به طور معمول 50-100 متر در دقیقه برای 304). - هدایت حرارتی کم: فولاد ضد زنگ گرما را ضعیف می کند, به دام انداختن گرما در نوک ابزار و ایجاد خرابی ابزار زودرس (به عنوان مثال, ابزارهای کاربید بیش از حد گرمای و تخریب).
- تراشه های سخت: نمرات آستنیتی طولانی تولید می کند, تراشه های رشته ای که در اطراف ابزارها می پیچند, نیاز به شکن های تخصصی تراشه و سیستم های خنک کننده برای جلوگیری از لکه دار کردن.
شاخص های ماشینکاری این چالش ها را منعکس می کنند:
- عتیقه 304 دارای شاخص ماشینکاری 40 پوند است (در مقابل. 1018 فولاد), در حالی که 316 (با مولیبدن) حتی پایین تر است (30 پوند).
- فولادهای ضد زنگ فریتیک (به عنوان مثال, 430) عملکرد بهتر (60 پوند) به دلیل پایین بودن محتوای نیکل, اما هنوز هم از آهن انعطاف پذیر عقب مانده است.
هزینه های ابزار برای فولاد ضد زنگ 2-3 برابر بیشتر از آهن انعطاف پذیر است, به عنوان ابزار کاربید یا سرامیک (به جای فولاد پر سرعت) برای مقاومت در برابر گرما و سایش لازم است.
قابلیت جوشکاری: پیوستن به مواد ایمن
قابلیت جوشکاری تعیین می کند که چگونه می توان یک ماده را از طریق جوش بدون ترک خوردگی به راحتی پیوست, تخلخل, یا از دست دادن خصوصیات مکانیکی.
آهن: چالش های جوشکاری
آهن انعطاف پذیر به دلیل محتوای زیاد کربن بسیار دشوار است (2.5-4.0 ٪) و ساختار گرافیتی:
- مهاجرت کربن: در حین جوشکاری, کربن می تواند در منطقه تحت تأثیر گرما پخش شود (خندق), تشکیل مارتنزیت شکننده, که باعث ترک خوردگی می شود.
- اکسیداسیون گرافیت: درجه حرارت بالا می تواند گرافیت را به CO/CO₂ اکسیده شود, ایجاد تخلخل در جوش.
جوشکاری موفقیت آمیز آهن انعطاف پذیر نیاز به گرم کردن دارد (200-400 درجه سانتیگراد) برای آهسته خنک کننده, عملیات حرارتی پس از جوشکاری (500-600 درجه سانتیگراد) برای خلق و خوی مارتنزیت, و فلزات پرکننده تخصصی (به عنوان مثال, آلیاژهای مبتنی بر نیکل مانند Enife-C1).
حتی با این مراحل, جوش ها اغلب از مقاومت خستگی کمتری نسبت به مواد پایه برخوردار هستند, محدود کردن استفاده از آنها در برنامه های پر فشار (به عنوان مثال, مؤلفه های ساختاری).
فولاد ضد زنگ: قابلیت جوشکاری عالی
فولاد ضد زنگ, به خصوص نمرات آستنیتی, بسیار جوش داده شده است:
- نمرات Austenitic (304, 316): میزان کم کربن آنها (0.08 ٪ برای 304; 0.03 ٪ برای 304L) و تثبیت نیکل از تشکیل مارتنزیت در HAZ جلوگیری می کند.
تیغ (گاز بی اثر تنگستن) یا میگ (گاز بی اثر) جوشکاری قوی تولید می کند, جوش های انعطاف پذیر با حداقل ترک خوردگی. - جو کنترل شده: محافظ گاز بی اثر (آرگون) از اکسیداسیون کروم جلوگیری می کند, حفظ لایه منفعل (برای مقاومت در برابر خوردگی بسیار مهم است).
فولاد ضد زنگ جوش داده شده 80-90 ~ از استحکام کششی مواد پایه را حفظ می کند, مناسب ساختن آن برای کاربردهای ساختاری (به عنوان مثال, تجهیزات پردازش مواد غذایی, بدنه های دریایی).
فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی (به عنوان مثال, 410) به دلیل سخت شدن کمتر جوش می شوند, اما پیش گرم شدن و مزاج خطرات را کاهش می دهد.
هزینه های پردازش: ریخته گری, ماشینکاری, و جوشکاری
هزینه های پردازش به نفع آهن داکتیل در بیشتر سناریوها است:
- هزینه های ریخته گری: ریخته گری آهن انعطاف پذیر 30-50 ٪ ارزان تر از ریخته گری استیل ضدزنگ است, به دلیل مصرف انرژی کمتری, قالب های ساده تر, و تعداد کمتری در رابطه با نقص.
به عنوان مثال, بدنه دریچه 10 کیلوگرم 20 تا 30 دلار برای آهن انعطاف پذیر در مقابل هزینه دارد. $40- 60 دلار برای فولاد ضد زنگ بازیگران (cf8). - هزینه های ماشینکاری: ماشینکاری آهن انعطاف پذیر 20-40 ٪ ارزان تر از فولاد ضد زنگ است, به عنوان عمر طولانی تر (ابزارهای کاربید 2-3 برابر طول می کشد) و سرعت برش سریعتر هزینه های نیروی کار و ابزار را کاهش می دهد.
- هزینه های جوشکاری: جوش آهن انعطاف پذیر 2-3 برابر گرانتر از جوش استیل ضدزنگ است, به دلیل درمان قبل از گرمای قبل از گرمای و زایمان تخصصی.
هر چند, این با هزینه های پایین تر ریخته گری و ماشینکاری آهن انعطاف پذیر در اکثر برنامه ها جبران می شود.
8. هزینه و در دسترس بودن آهن انعطاف پذیر در مقابل فولاد ضد زنگ
مواد اولیه و هزینه های تولید
- آهن مزایای کاهش هزینه مواد اولیه به دلیل سنگ آهن فراوان و عناصر آلیاژ ساده تر (عمدتا کربن و منیزیم).
نقطه ذوب پایین آن (1,150-1،200 درجه سانتیگراد) مصرف انرژی در هنگام ذوب و ریخته گری را کاهش می دهد, منجر به تولید مقرون به صرفه. - فولاد ضد زنگ, در درجه اول از آهن تشکیل شده است, کروم, نیکل, و مولیبدن, هزینه مواد اولیه بالاتری دارد که توسط عناصر گران قیمت آلیاژ هدایت می شود.
نقطه ذوب بالاتر آن (1,400-1،530 درجه سانتیگراد) نیازهای انرژی را افزایش می دهد, و پردازش پیچیده تر (به عنوان مثال, جو کنترل شده, قالب های نسوز) افزایش بیشتر هزینه های تولید.
هزینه چرخه عمر و نگهداری
- آهن غالباً هزینه اولیه کمتری دارد اما ممکن است به دلیل پوشش یا روکش مورد نیاز برای جلوگیری از زنگ زدگی و تخریب ، هزینه های نگهداری بالاتری را در محیط های خورنده متحمل شود..
- فولاد ضد زنگ قیمت پیش رو بالاتری را ارائه می دهد اما مقاومت در برابر خوردگی برتر و عمر خدمات طولانی تر را ارائه می دهد, کاهش فرکانس نگهداری و هزینه های مرتبط, که می تواند سرمایه گذاری اولیه را در بسیاری از برنامه ها توجیه کند.
در دسترس بودن و عوامل زنجیره تأمین
- آهن از دسترسی گسترده در سطح جهان لذت می برد, با صنایع بالغ بالغ قادر به تولید طیف گسترده ای از نمرات و اندازه های مؤلفه است.
زمان سرب به طور کلی کوتاه است, و زنجیره تأمین به خوبی تثبیت شده است. - فولاد ضد زنگ همچنین به طور گسترده ای در دسترس است, اما زنجیره تأمین می تواند تحت تأثیر نوسانات در بازارهای جهانی نیکل و کروم باشد, که قیمت گذاری و زمان سرب را تحت تأثیر قرار می دهد.
نمرات تخصصی ممکن است به دلیل کمتری از تولید نیاز به زمان تهیه طولانی تر داشته باشد.
9. استانداردها و مشخصات
استانداردهای آهن انعطاف پذیر
- ASTM A536: استاندارد اصلی که خصوصیات مکانیکی را مشخص می کند, ترکیب شیمیایی, و روش های آزمایش برای ریخته گری آهن انعطاف پذیر.
نمرات مشترک شامل 60-40-18, 80-55-06, وت 100-70-03, تعریف قدرت کششی, قدرت عملکرد, و الزامات کشیدگی. - ISO 1083: استاندارد بین المللی برای آهنین گرافیت کروی (آهن), جزئیات نمرات و خصوصیات مکانیکی.
- در 1563: پوشش های استاندارد اروپایی پوشش داده های آهنی با پروتکل های با کیفیت و تست مشخص.
استانداردهای استیل ضد زنگ
- ASTM A240: صفحه استیل ضد زنگ کروم و کروم-نیکل را پوشش می دهد, ورق, و برای کشتی های فشار و کاربردهای عمومی نوار کنید; شامل نمرات 304, 316, و دیگران.
- ASTM A276: میله ها و اشکال استیل ضد زنگ استفاده شده در ساخت را مشخص می کند.
- ASTM A351: استاندارد برای نمرات فولاد ضد زنگ بازیگران, از جمله CF8 (304 متناسب) و cf8m (316 متناسب), در دریچه ها استفاده می شود, پمپ, و لوازم جانبی.
- ISO 15510: ترکیب شیمیایی را برای فولادهای ضد زنگ در سطح بین المللی مشخص می کند.
- در 10088: استاندارد اروپایی برای ترکیب شیمیایی از جنس استنلس استیل و خصوصیات مکانیکی.
10. جدول مقایسه خلاصه
دارایی / نشان | آهن | فولاد ضد زنگ |
قدرت مکانیکی | استحکام کششی: 400-700 MPa | استحکام کششی: 520-750 MPa |
انعطاف پذیری | معتاد (کشیدگی 10-18 ٪) | عالی (کشیدگی 40-60 ٪) |
مقاومت در برابر خوردگی | معتاد; برای رسانه های سخت نیاز به پوشش دارد | عالی; مقاومت در برابر خوردگی ذاتی |
مقاومت حرارتی | دمای سرویس تا 450 درجه سانتیگراد (نمرات استاندارد) | عالی; حداکثر 900 درجه سانتیگراد برای 316 درجه |
قابلیت تغییر | عالی; گرافیت به عنوان روان کننده عمل می کند | متوسط تا فقیر; مسائل مربوط به سختگیری |
قابلیت استفاده | عالی; نقطه ذوب کم, سیالیت خوب | خوب; نقطه ذوب بالاتر, خطر اکسیداسیون |
قابلیت جوشکاری | سخت; نیاز به عملیات حرارتی قبل یا بعد از آن دارد | عالی; جوشکاری آسان با گاز بی اثر |
هزینه (مادی & پردازش) | هزینه های اولیه و ماشینکاری پایین | هزینه های اولیه و ماشینکاری بالاتر |
برنامه | لوله, قطعات خودرو, محفظه پمپاژ | فرآوری مواد غذایی, شیمیایی, دریایی, پزشکی |
استانداردها | ASTM A536, ISO 1083, در 1563 | ASTM A240, A351, ISO 15510, در 10088 |
بازیافت & پایداری | قابلیت بازیافت بالا; انرژی متوسط برای ذوب | قابلیت بازیافت بالا; شدت انرژی بالاتر |
11. پایان
هر دو آهن انعطاف پذیر در مقابل فولاد ضد زنگ مواد اساسی در مهندسی مدرن هستند. آهن مقرون به صرفه است, قوی, و ایده آل برای بازیگران و زیرساخت ها در مقیاس بزرگ.
فولاد ضد زنگ مقاومت در برابر خوردگی برتر را ارائه می دهد, پایان زیبایی, و بهداشت, مناسب ساختن آن برای محیط های بحرانی که دوام و پاکیزگی مهم است.
انتخاب مواد باید بر اساس شرایط عملیاتی باشد, اهداف هزینه, الزامات نظارتی, و انتظارات چرخه عمر.
هر ماده در حوزه های مختلف برتری دارد, و مهندسان باید عملکرد را با کاربردی متعادل کنند.
متداول
آیا آهن انعطاف پذیر می تواند فولاد ضد زنگ را در آب دریا جایگزین کند?
هیچ. آهن آهن انعطاف پذیر بدون پوشش در 0.3-0.5 میلی متر در سال در آب دریا, پایدار <5 سال. 316 فولاد ضد زنگ دوام دارد 30+ سالها بدون پوشش.
از جنس استنلس استیل قوی تر از آهن انعطاف پذیر است?
فولاد ضد زنگ استحکام کششی بالاتری دارد (515 MPA در مقابل. 414 MPA), اما آهن انعطاف پذیر استحکام عملکرد بالاتری را ارائه می دهد (276 MPA در مقابل. 205 MPA), بهتر کردن آن برای بارهای استاتیک.
که برای لوله های آب مقرون به صرفه تر است?
آهن (هزینه خام 1.5-2.5/کیلوگرم) است. است 50% ارزان تر از 304 فولاد ضد زنگ برای لوله های آب شیرین, هر چند 316 برای مناطق ساحلی با قرار گرفتن در معرض آب شور بهتر است.
آیا آهن انعطاف پذیر می تواند جوش داده شود?
بله, اما نیاز به پیش گرم شدن دارد (200-300 درجه سانتیگراد) و الکترودهای تخصصی برای جلوگیری از ترک خوردگی. اتصالات جوش داده شده 50-70 ٪ از قدرت فلز پایه را دارند.