لوله استنلس استیل چیست و انواع آن

قبل از توضیحات کامل در رابطه با لوله استنلس استیل، باید بدانیم که لوله، استوانه‌ای توخالی است که از گذشته‌های دور جهت انتقال موادی مانند آب، گاز و پسماندهای شهری مورد استفاده انسان‌ها قرار گرفته است و از مواد مختلفی مانند پلاستیک، مواد پلیمری و یا آلیاژهای مختلف فلزات ساخته می‌شود. در تعیین جنس ماده مورد استفاده برای ساخت انواع لوله، توجه به محیطی که در آن نصب و نگهداری می‌شود و هم‌چنین مشخصات ماده‌ای که لوله حامل آن است، اهمیت بالایی دارد. این عوامل سبب شد که توجه خیلی از صنایع به لوله استنلس استیل که در برابر مواد خورنده بسیار مقاوم است، بیشتر شود. با مطالعه این مقاله از آهن آنلاین، خواهیم دانست لوله استنلس استیل چیست؛ همچنین به شرح انواع و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.

در بسیاری از بخش‌های صنعت، از لوله برای حمل مواد و سیالات خورنده استفاده می‌شود که در مدت کوتاهی می‌تواند منجر به خوردگی و در نهایت شکستن شود. علاوه بر این در صنایع مواد غذایی، لوله حمل‌کننده نباید تغییر بو و مزه در مواد خوراکی را در پی داشته باشد. در چنین شرایطی از مزیت‌های لوله استنلس استیل یا لوله فولادی ضد زنگ برای این کاربردها استفاده می‌شود. البته مزیت‌های زیاد آلیاژ استنلس استیل منجر به کاربردهای متنوع و فراوان این ماده در صنایع مختلف شده است.

استنلس استیل بر خلاف فولادهای معمولی در مقابل هوا و رطوبت لک‌دار نشده و زنگ نمی‌زند. عنصر کروم در انواع مختلف این آلیاژ به میزان حداقل ۱۱ درصد وجود دارد. خاصیت مقاومت به خوردگی و مقاومت به اکسیداسیون در این فلزات باعث شده که صنعت‌گران به استفاده از آن علاقه‌مند شوند. اشکال مختلفی از این نوع فولاد در بازار وجود دارد که یکی از آن‌ها، لوله استنلس استیل است. این لوله به دلایل مختلفی کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد.

آلیاژ و لوله استنلس استیل چگونه کشف شدند؟

ویژگی‌های ممتاز استنلس استیل و اشکال مختلف آن از جمله لوله، سبب شده که با توجه به نداشتن هزینه‌های نگهداری و عمر طولانی و مفید، قیمت لوله استنلس استیل صنعتی بسیار مقرون‌به‌صرفه شود. در این بخش می‌خواهیم بدانیم در ابتدا این آلیاژ پرکاربرد، چگونه و توسط چه کسی کشف شد.

همان‌طور که اکثر ما مشاهده کرده‌ایم، فلز آهن در طولانی مدت با اکسیژن موجود در هوا ترکیب شده و طی یک واکنش شیمیایی، اکسید آهن یا زنگ آهن تولید می‌کند؛ ادامه این فرآیند فلز را از بین می‌برد. استنلس استیل نوعی از آلیاژهای آهنی به شمار می‌رود که افزودن عناصر خاص به آن، سبب شده تا از انجام چنین واکنشی تا مدت‌ بسیار طولانی‌تر از دیگر آلیاژهای آهن، مصون بماند.

توسعه و کاربرد فولاد ضدزنگ در یک دوره زمانی صد ساله رخ داد. دستاوردهای افراد مختلف در طول زمان در نهایت منجر به دستیابی به تکنولوژی ساخت فولادهای ضدزنگ شد. پیر برتیر (Pierre Berthier) برای اولین بار متوجه تاثیر کروم بر فرآیند خوردگی آلیاژهای فولاد شد و کشف کرد آلیاژهای آهن کروم در برابر برخی اسیدها مقاوم‌تر هستند. در نتیجه تلاش‌های این متالورژیست، متاسفانه ترکیب مناسبی از کربن و کروم مورد نیاز برای ایجاد خواص مطلوب آلیاژهای فولاد زنگ نزن امروزی، ایجاد نشد. سال‌ها بعد دانشمندی فرانسوی به نام Brustlein متوجه این نکته شد که برای تولید آلیاژهای فولاد با خاصیت ضدزنگ، حضور عنصر کربن باید به سطوح بسیار کم برسد. اما در آن زمان تخصص کافی برای دستیابی به چنین ترکیبی وجود نداشت. این محدودیت توسط هانس گلدشمیت آلمانی که در جهت تولید کروم بدون کربن تلاش می‌کرد، از میان برداشته شد.

نمایی از لوله استیل زنگ‌نزن

فردی به نام Portevin مطالعات خود در زمینه آلیاژی را منتشر کرد که امروزه با نام استنلس استیل ۴۳۰ شناخته شده است. دانشمندان دیگری در ایالات متحده در جهت توسعه فولادهای ضدزنگ فریتی فعالیت کردند. در نهایت در سال ۱۹۱۱ فیلیپ مونارتز آلمانی، رابطه بین محتوی کروم و مقاومت به خوردگی آلیاژ را کشف کرد. احساس نیاز به ویژگی‌ مقاومت در برابر خوردگی و حرارت‌های بالا، برای اولین بار در ساختار اسلحه احساس شد.

در سال‌های قبل از جنگ جهانی اول تولید اسلحه به شدت افزایش یافت و اکثر کشورهای توسعه‌یافته در پی یافتن راه‌هایی بودند تا کارایی و طول عمر آن را افزایش دهند. هری بریرلی (متالورژیست انگلیسی)، اولین شخصی بود که تحقیقات خود را در راه رسیدن به آلیاژی از فولاد که مقاومت بالایی در برابر فرسایش ناشی از درجه حرارت بالا در قطر داخلی لوله تفنگ داشته باشد، به نتیجه رساند. او با افزودن مقداری کروم به فولاد، به مقایسه آلیاژ به دست آمده با فولادهای کربنی استاندارد پرداخت. بریرلی پس از ماه‌ها نگهداری از فلزات در شرایط یکسان و مشابه، شاهد زنگ زدن اکثر آن‌ها بود. در حالی که فولاد حاوی کروم که امروزه آن را با نام استنلس استیل یا فولاد ضدزنگ می‌شناسیم، هیچ‌گونه آثار اکسید شدن یا زنگ‌زدگی در حضور اسید نیتریک بر جای نگذاشته بود. وی تغییرات سطوح نمونه‌ها را در حضور مواد خورنده دیگری مانند آبلیمو، سرکه و سایر اسیدهای خوراکی، مشاهده کرد و نتایجی مشابه به دست آورد. او با پیش‌بینی صحیحی که از اهمیت تجاری ماده حاصل، داشت، اولین چاقو ضدزنگ را تولید کرد.

استنلس استیل چیست؟

از ترکیب فلز آهن و کربن با عناصر دیگر در درصدهای معین، آلیاژ فولاد یا استیل حاصل می‌شود؛ اما فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل، از افزودن عنصر کروم به فولاد معمولی تولید می‌شود. با افزودن درصدهای مختلف کروم و همچنین عناصری دیگر، گریدها و انواع مختلفی از فولاد ضدزنگ به دست می‌آید که هر کدام از آن‌ها کاربردهای ویژه‌ای در صنعت دارند. برای مثال، قیمت لوله استنلس استیل دکوراتیو وابسته به سایز، طول و ضخامت لوله است و کاربردهای تزئینی دارد.

استنلس استیل بر خلاف فولادهای معمولی در مقابل هوا و رطوبت لک‌دار نشده و زنگ نمی‌زند. عنصر کروم در انواع مختلف این آلیاژ به میزان حداقل ۱۱ درصد وجود دارد. خاصیت مقاومت به خوردگی در این فلزات با افزایش میزان عنصر کروم تا ۲۵ یا۳۰ درصد، افزایش یافته و مقاومت به اکسیداسیون به حداکثر میزان خود می‌رسد.

افزودن عناصر دیگری مانند نیکل به ترکیب آلیاژهای استنلس استیل، باعث تثبیت مقاومت به خوردگی آن در محیط‌های شیمیایی علاوه بر اتمسفر عادی می‌شود. اما خاصیت روئینگی و مقاومت به زنگ زدن در استنلس استیل، خاصیتی پایدار و همیشگی نبوده و تا حدود زیادی به عواملی مانند نوع و غلظت محیط خورنده و درجه حرارت، بستگی دارد. با وجود اینکه آلیاژهای مختلف استنلس استیل با هدف مقاوم کردن فولادها در برابر محیط‌های خورنده و شیمیایی و مرطوب اختراع شدند، اما یکی از ویژگی‌های مهم این آلیاژها مقاومت در برابر درجه حرارت‌های بسیار پایین و بسیار بالاست.

چه چیزی باعث ضدزنگ بودن استنلس استیل شده است؟

همان‌طور که ذکر شد، افزودن عنصر کروم به فولاد منجر به ایجاد خاصیت مقاومت به خوردگی فولادها می‌شود. زمانی که آلیاژ استنلس استیل در مجاورت اتمسفر قرار بگیرد، به جای آهن، عنصر کروم موجود در آن به علت میل شدید به اکسید شدن، با اکسیژن هوا ترکیب شده و تشکیل لایه بسیار نازکی از اکسید کروم می‌دهد که با چشم قابل دیدن نیست.

اکسیدهای تشکیل شده روی سطح آلیاژ با اتصال محکم خود، لایه‌ای متراکم و نفوذناپذیر تشکیل می‌دهند. تشکیل این لایه به عنوان محافظی عمل کرده که از ارتباط اکسیژن با لایه‌های زیرین جلوگیری می‌کند. لایه اکسید کروم که نوعی سرامیک محسوب می‌شود، دارای مقاومت بسیار بالایی است؛ در صورتی که محیط دارای اکسیژن کافی باشد، با ایجاد خراشیدگی یا بریدگی روی سطح لوله، کروم موجود در سطح به سرعت اکسید شده و ناحیه صدمه دیده را از ارتباط با اکسیژن مصون می‌کند؛ به این خاصیت فولاد ضدزنگ، خودترمیمی گفته می‌شود. محیط‌های دارای کلر یا نمک زیاد باعث از بین رفتن سطح خارجی و محافظ لوله استنلس استیل می‌شود؛ مگر در آلیاژهایی که لوله با افزودن عناصر کمک‌کننده دیگر، مقاوم به شرایط محیطی شیمیایی شده باشد.

استانداردهای رایج استنلس استیل

بررسی خوردگی و انواع آن کمک می‌کند تا علت وقوع هریک از انواع خوردگی لوله را شناخته و در صورت امکان، عامل خورنده موجود در محیط را حذف کنیم. در صورتی که تغییر در شرایط محیطی امکان‌پذیر نباشد، می‌توان با توجه به استانداردهای مختلف لوله استنلس استیل، نوعی از آن که مقاوم به شرایط محیطی مذکور باشد، انتخاب کرد. استنلس استیل مطابق با استانداردهای بین‌المللی، گریدبندی شده است. گریدهای رایج این محصول را در ادامه بررسی می‌کنیم.

• استیل 304 و 316: از رایج‌ترین گریدها بوده و در میزان عنصر نیکل و مولیبدن متفاوت هستند. این محصول با جنس استیل ۳۱۶ مقاومت به خوردگی بالاتر و همچنین قیمت لوله استیل گرید ۳۰۴ پایین‌تر است.
• استیل 304L و 316L: حرف L در نام‌گذاری این گریدها به معنای کم‌کربن بودن آن‌هاست. میزان کربن در آلیاژها تا ۰.۰۳% کاهش یافته است و این میزان باعث می‌شود پس از عملیات جوشکاری نیز لایه اکسید محافظ همچنان روی سطح حضور داشته باشد. بنابراین آلیاژهای این گروه گزینه مناسبی برای جوشکاری در محیط‌های خورنده با دمای جوشکاری بالای ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد هستند.

AISI از رایج‌ترین استانداردها برای نام‌گذاری فولادهای ضدزنگ است که در آن از یک عدد سه رقمی برای معرفی آلیاژ استفاده می‌شود. اولین عدد از چپ نشان‌دهنده سری آلیاژ بوده و عددی بین ۲ تا ۶ را شامل می‌شود. این عدد تاریخچه‌ای از فازهای موجود در ساختار آلیاژ و عناصر موجود در آن را نشان می‌دهد. دو عدد سمت راست نمایان‌گر سریال آلیاژ هستند. پس از این عدد سه رقمی پسوندهایی مانند L ،S یا H آورده می‌شود که به ترتیب علامت ساختار کم‌‌کربن، کربن متوسط و حد پایین کربن محدود شده به همراه عملیات حرارتی خاص جهت ایجاد مقاومت به خزش است. افزودن عناصری مانند نیتروژن، مس و تیتانیوم به آلیاژ نیز با ذکر نماد عنصر در ادامه‌ نامگذاری آ‌ن‌ها آورده می‌شود.

انواع لوله استنلس استیل

لوله‌های فولادی ضد زنگ بر حسب نوع و روش تولید می‌توانند درزدار یا بدون درز باشند. اما بر حسب کاربرد و استفاده، لوله‌های فولادی ضدزنگ به سه دسته زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

• لوله استنلس استیل صنعتی: این لوله‌‌ها در ضخامت‌ها و سایزهای مختلفی تولید و در طول ۶ و ۳ متری عرضه می‌شوند. لوله از جنس آلیاژ فولاد ضدزنگ در شرایط دمایی متغییر مقاومت بالایی داشته و دچار خوردگی نمی‌شود.
• لوله استنلس استیل دکوراتیو: لوله استنلس استیل به جهت ظاهر براق و درخشان و سهولت تمیزکردن سطح، در دکوراسیون کاربرد زیادی دارد. برای مثال، در ساخت نرده و حفاظ و لوله پرده و یا لوله‌کشی‌هایی که در معرض دید قرار دارند، می‌توان از لوله استنلس استیل استفاده کرد.
• لوله استنلس استیل صنایع غذایی: آلیاژهای استنلس استیل گزینه ایده‌آلی برای لوله‌های مورد استفاده در صنایع غذایی هستند؛ زیرا تغییر رنگ نداده و خواص ضدخوردگی دارند. کارخانجات آب معدنی، تولید ماشعیر، شیر و اکثر کارخانجات تولیدکننده مواد غذایی و خوراکی سیال از لوله استنلس استیل برای حمل، نگهداری و انتقال مواد خود استفاده می‌کنند.

کاربردهای لوله استنلس استیل

لوله‌های فولادی ضدزنگ به جهت کاربرد زیادی که در صنایع مختلف دارند، سهم بزرگی از تولیدات را به خود اختصاص می‌دهند. این محصولات دوام و طول عمر بالایی داشته و همچنین وزن سبکی دارند که ویژگی باعث سهولت در حمل و نقل و استفاده آن شده است. بسیاری از انواع این آلیاژها قابلیت فرم‌پذیری و ماشین‌کاری خوبی دارند و از این جهت گزینه مناسبی برای تولید محصولات با اشکال گوناگون و دقت ابعادی بالا هستند.

قابلیت بالای بازیافت محصولات از جنس فولاد ضدزنگ، باعث شده در صورت مصرف بی‌رویه، نگرانی محیط ‌زیستی وجود نداشته باشد. بیش از ۶۵ درصد از محصولات این حوزه وارد چرخه بازیافت و استفاده مجدد می‌شوند. می‌توان مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های عادی و اسیدی و شیمیایی را از مهم‌ترین ویژگی‌های لوله‌های فولادی ضد زنگ دانست. قابلیت تحمل دماهای بسیار بالا و بسیار پایین، مزیت بزرگی می‌باشد که آن را به محصولی همه‌کاره تبدیل کرده است. در زیر به عمده‌ترین کاربردهای لوله استنلس استیل اشاره می‌کنیم:

• سیستم تصفیه فاضلاب
• سیستم تصفیه آب
• انتقال نفت و گاز
• کارخانجات تولید دارو
• کارخانجات تولید مواد غذایی
• لوله استیل پرده
• تولید سیالات بهداشتی و شیمیایی
• فشرده‌سازی هوا
• سیستم انتقال آب دریا
• صنایع دکوراتیو
• نرده استیل راه‌ پله‌ها
• صنایع پزشکی
• صنایع خودروسازی
• صنایع ساختمان‌سازی
• لوله‌های هواپیما
• استخراج مواد معدنی
• راکتور هسته‌ای

جمع‌بندی

با توجه به مطالب عنوان شده می‌بینیم که لوله استنلس استیل یا همان فولاد ضدزنگ محصول پرکاربردی است که صنایع بسیاری از مزیت‌ها و ویژگی‌های منحصر به فرد آن بهره‌مند می‌شوند. از مهم‌ترین نکته‌ها در مورد محصولات با این جنس، انتخاب درست نوع آلیاژ فولاد و کاربرد دقیق گرید آن است. با شناخت دقیق انواع گریدهای استنلس استیل، می‌توان نوعی از لوله را انتخاب کرد که با شرایط محیط کاری سازگار بوده و بهترین دوام و کارایی را برای آن محیط داشته باشد. استانداردهای بین‌المللی انواع مختلف آلیاژهای فولاد ضدزنگ را با دقت بالایی دسته‌بندی کرده که استفاده از آن بسیار کمک‌کننده است و می‌تواند باعث کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات شود.