میلگرد استیل مقاوم به خزش

میلگرد استیل مقاوم به خزش نوعی میلگرد فولادی ضدزنگ است که در برابر تنش‌های طولانی‌مدت در دماهای بالا تغییر شکل کمی دارد. این ویژگی باعث می‌شود که در صنایع دما بالا، نیروگاه‌ها، پتروشیمی و هوافضا کاربرد ویژه‌ای داشته باشد.

در ابتدا به مفهوم خزش در فلزات و مکانیسم وقوع آن پرداخته می شود، در ادامه درباره مواد و آلیاژهای مقاوم به خزش، مزایا و کاربردهای آن و… صحبت خواهد شد. با ما همراه باشید.

خزش فلزات چیست؟

خزش (Creep) پدیده‌ای در علم متالورژی و مهندسی مواد است که به تغییر شکل تدریجی و دائمی یک فلز تحت تنش ثابت در دماهای بالا گفته می‌شود. این تغییر شکل به آرامی و در طول زمان اتفاق می‌افتد و می‌تواند منجر به شکست قطعه شود علت و مکانیسم خزش معمولاً در دماهای بالا (بالاتر از 0.4 دمای ذوب ماده بر حسب کلوین) رخ می‌دهد. در این شرایط، اتم‌های فلز به‌ تدریج در امتداد مرزدانه‌ها و نابجایی‌ها حرکت می‌کنند و باعث تغییر شکل دائمی قطعه می‌شوند.

همانطور که اشاره شد با افزایش دما، سرعت خزش افزایش می‌یابد. از طرف دیگر تنش بیشتر، باعث سرعت گرفتن تغییر شکل می‌شود. اندازه دانه‌ها، ترکیب شیمیایی و مقدار نابجایی‌ها نیز بر خزش تأثیر دارند. لازم به ذکر است که خزش یک فرآیند وابسته به زمان است که در بلند مدت رخ می‌دهد.

خزش گام به گام رخ می دهد که در نهایت باعث می شود یک قطعه دچار شکست شود. در ادامه به هر کدام از این مراحل خواهیم پرداخت.

مراحل مختلف خزش در فلزات

 خزش فلزات به صورت تدریجی و مطابق با نمودار در سه مرحله متوالی زیر اتفاق می‌افتد، که عبارتند از؛

• خزش اولیه (Primary Creep): تغییر شکل به ‌سرعت آغاز می‌شود ولی نرخ آن به‌ مرور کاهش می‌یابد. در این مرحله، مکانیزم‌های مقاومتی مانند سخت ‌شدگی فلز فعال می‌شوند.
• خزش ثانویه (Secondary Creep): نرخ تغییر شکل تقریباً ثابت است و ماده در تعادل بین تنش و فرآیندهای بازسازی ساختاری قرار دارد. این طولانی‌ترین و مهم‌ترین مرحله در طراحی قطعات مقاوم به خزش است.
• خزش سوم  (Tertiary Creep): تغییر شکل به ‌سرعت افزایش می‌یابد و در نهایت منجر به شکست ماده می‌شود. حفره‌های داخلی، ترک‌های میکروسکوپی و جدایش دانه‌ها در این مرحله تشکیل می‌شوند.

بنابراین خزش یک فرآیند تدریجی است که در مدت زمان طولانی رخ می دهد، تقریبا اکثر فولادها در برابر خزش مقاومت کمتری از خود نشان می دهند. در ادامه با گریدهای مقاوم در برابر خزش آشنا خواهیم شد.

مقاومت خزشی در آلیاژهای مختلف

همانطور که پیش تر اشاره شد، در صنعت قطعاتی که تحت دما و تنش بالا قرار دارند، باید در برابر خزش مقاوم باشند برای جلوگیری از خزش، از عناصر آلیاژی مخصوص، فرآیندهای تولید اولیه ویژه (مانند جهت دار کردن دانه بندی) و همچنین عملیات حرارتی ثانویه شناخته شده در مهندسی متالورژی استفاده می‌شود. 

به طور کلی از آلیاژهای فلزی میتوان به آن دسته از مواد اشاره کرد که دارای استحکام خوبی در برابر خزش هستند و در این میان به سوپرآلیاژهای پایه نیکل (مثل Inconel 718 و فولادهای زنگ ‌نزن آستنیتی 310 و 321 و همچنین آلیاژهای تیتانیوم و کبالت اشاره کرد از جمله آلیاژهای مهم و کاربردی مقاوم به خزش هستند.

چه گریدهایی از استیل در برابر خزش مقاوم هستند؟

استیل‌های مقاوم به خزش معمولاً دارای عناصر آلیاژی خاص و ساختار میکروسکوپی مناسب هستند که آن‌ها را قادر می‌سازد تا در دمای بالا و تحت تنش ثابت مقاومت کنند. در صنایع مختلف، استیل‌های مقاوم به خزش عمدتاً از نوع فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی و فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی هستند. با این حال در این نوع فولادها عناصری برای تشکیل رسوبات کمک کننده به مقاومت در برابر خزش به سیستم اضافه میشود. در اینجا به برخی از گریدهای فولاد زنگ‌نزن که در برابر خزش مقاوم هستند اشاره می‌کنیم:

استیل مارتنزیتی مقاوم در برابر خزش کروم دار

مقاومت در برابر خزش فولادهای 9-12 درصد کروم با حضور کاربیدهای کروم Cr23C6 ایجاد می شود. علاوه بر این افزودنی بیشتر از 11% کروم به طور قابل توجهی مقاومت خوردگی را در دمای 650 درجه سانتیگراد افزایش می دهند. میلگرد استیل 1.4923 یا همان X22CrMoV12-1 یکی از انواع میلگرد استیل مقاوم به خزش است که حاوی کروم، مولییبدن و وانادیم در ترکیب خود است. 

بجز آن گریدهایی از استیل که مقاوم در برابر خزشی خوبی دارند عبارتند از:

• استیل 310S: ترکیب شیمیایی این استیل شامل 25 درصد کروم (Cr) و 20 درصد نیکل (Ni) است. این گرید فولاد زنگ‌نزن به دلیل ترکیب بالای کروم و نیکل در برابر حرارت بالا و اکسیداسیون نیز مقاوم است.
• استیل 321: ترکیب شیمیایی مشابه 304 و شامل تیتانیوم نیز است. تیتانیوم به این آلیاژ کمک می‌کند تا از تردی ناشی از جوشکاری و تغییرات دمایی جلوگیری کند.
• استیل 347: ترکیب شیمیایی مشابه 321 و شامل نیوبیوم می باشد. نیوبیوم به این فولاد کمک می‌کند تا از تغییرات ساختاری و تردی ناشی از خزش در دماهای بالا جلوگیری کند.

در این فولادها تیتانیوم (Ti) و نیوبیم (Nb) کاربیدها و نیتریدها را تشکیل می دهند که مقاومت خزشی فولادها را افزایش می دهند. مولیبدن (Mo) و تنگستن (W) به دلیل هر دو اثر سخت شدن محلول جامد و تشکیل فازهای σ و لاوس تقویت کننده، فولاد را سخت می کنند. آلومینیوم (Al) و سیلیکون (Si) مقاومت در برابر اکسیداسیون را بهبود می بخشد و همراه با کروم باعث تشکیل یک لایه اکسید محافظ روی سطح فولاد می شود.

این ویژگی منحصر به فرد که تقریبا در دسته عادی فولاها وجود ندارد، باعث می شود تا این نوع از استیل ها کاربردهای خاص و بی نظیری در صنایع مختلف داشته باشند. در ادامه به کاربردهای میلگرد استیل مقاوم به خزش خواهیم پرداخت.

کاربرد میلگرد استیل مقاوم به خزش

میلگردهای استیل مقاوم به خزش در صنایعی استفاده می‌شوند که دما و تنش بالا برای مدت طولانی به قطعات اعمال می‌شود. از کاربرد های این نوع از میلگرد استیل می توان به موارد زیر اشاره کرد؛

• نیروگاه‌ها و صنایع تولید انرژی نیروگاه‌های حرارتی و گازی: استفاده در بویلرها، توربین‌های بخار، محفظه‌های احتراق جلوگیری از تغییر شکل و شکست تحت دمای بالا
• هوا فضا و صنایع نظامی، موتورهای جت و توربین‌های هوایی
• صنایع فولاد و ریخته‌گری کوره‌های صنعتی و خطوط ذوب فلزات: در سازه‌های نگهدارنده درون کوره‌های با دمای بالا استفاده می شود، که تحمل تنش‌های حرارتی بدون تغییر شکل در طولانی‌مدت را دارد.
• تجهیزات ریخته‌گری مداوم: ساخت نگهدارنده‌های قالب‌های ریخته‌گری و سیستم‌های انتقال مواد مذاب
• صنعت سیمان و کاشی‌سازی کوره‌های دوار و تجهیزات پخت مواد: در سازه‌های فلزی و اجزای تحمل‌کننده وزن و تنش حرارتی به کار می رود، که باعث افزایش طول عمر قطعات در برابر سایش، حرارت و خزش می شود.
• صنایع شیمیایی و تولید مواد پیشرفته راکتورهای شیمیایی و سیستم‌های تولید مواد خاص: در مخازن تحت فشار و اتصالات مقاوم به دمای بالا استفاده می شود.
• کاربرد در محیط‌های خورنده مانند تولید اسیدها و ترکیبات شیمیایی صنعتی

در ادامه به بررسی مهمترین مزایای میلگرد های مقاوم در برابر خزش پرداخته می شود.

مزایای میلگرد استیل مقاوم به خزش

این گروه از میلگرد استیل، مقاومت عالی در برابر تغییر شکل در دماهای بالا دارند، از طرف دیگر در مقایسه با میلگردهای معمولی، مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون و خوردگی در شرایط سخت دارند. لازم به ذکر است که استحکام مکانیکی بالایی دارند و خواص خود را تحت تنش‌های پایدار حفظ می کنند، که این باعث می شود هزینه ‌های تعمیر و نگهداری برای اجزای با کارکرد در  دماهای بالا و تنش‌های مداوم کاهش یابد. در ادامه به مهمترین مزایای میلگرد مقاوم به خزش اشاره شده است؛

• مقاومت عالی در برابر تغییر شکل: بارهای سنگین در دماهای بالا (تا 1000 درجه سانتی‌گراد) را تحمل می کنند.
• مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون در دماهای بالا: دارای عناصر کروم (Cr)، نیکل (Ni) و مولیبدن (Mo) که از اکسید شدن جلوگیری می‌کند و در برابر مواد خورنده مانند اسیدها، گازهای سولفیدی و نمک‌ها مقاوم هستند.
• استحکام مکانیکی بالا در شرایط سخت: عدم افت استحکام در دماهای بالا و تنش‌های مداوم
• کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری: فرسودگی کمتری نسبت به میلگردهای معمولی دارند، که منجر به کاهش هزینه تعمیرات و تعویض قطعات می شود.
• پایداری در برابر شوک‌های حرارتی و مکانیکی
• قابلیت جوشکاری و ماشین‌کاری مناسب: بسیاری از گریدهای استیل مقاوم به خزش قابلیت جوشکاری بالایی دارند، که باعث می شود برای تولید قطعات پیچیده صنعتی مناسب باشند.

در برخی موارد خزش و خستگی در بین بازاریان یکسان تلقی می شود، اما با رجوع به منابع فنی و مهندسی در شاخه خواص مکانیکی با وجود تشابه بین این دو پدیده، هر کدام از این عوامل مخرب تفاوت هایی با هم دارند، که در ادامه به آنها اشاره می کنیم.

تفاوت خزش و خستگی

خزش (Creep) و خستگی (Fatigue) هر دو پدیده‌هایی هستند که می‌توانند منجر به خرابی یا شکست مواد و سازه‌ها شوند، اما تفاوت‌های اصلی در نحوه بروز و شرایط آن‌ها وجود دارد. 

همانطور که پیش تر اشاره شد، خزش به تغییر شکل تدریجی و دائمی یک ماده تحت تنش ثابت در دمای بالا گفته می‌شود. این پدیده به‌طور عمده در دمای بالا و تحت تنش‌های ثابت اتفاق می‌افتد. زمان عامل مهمی است و تغییر شکل به‌طور پیوسته در طول زمان رخ می‌دهد. 

اما خستگی به شکست یا تغییر شکل ناشی از بارگذاری‌های سیکلیک یا متناوب در مدت زمان طولانی گفته می‌شود. در این پدیده، مواد تحت بارهای متناوب (تغییرات مکرر تنش یا نیرو) قرار می‌گیرند و حتی اگر هر بار کم باشد، در طول زمان، می‌تواند باعث شکست ماده شود. خستگی معمولاً در بارهای پایین‌تر از استحکام کششی ماده اتفاق می‌افتد.

با توجه به این نکته که این استیل منحصر به فرد می باشد، معمولا از قیمت بالایی هم برخوردار هستند، در ادامه به قیمت آن و عوامل تاثیر گذار خواهیم پرداخت.

قیمت میلگرد استیل مقاوم به خزش

قیمت میلگرد استیل مقاوم به خزش به چند عامل بستگی دارد، از جمله؛

• نوع و گرید استیل: با افزودن و افزایش هر کدام از عناصر آلیاژی، قیمت این دست از استیل ها افزایش می یابد.  
• اندازه و قطر میلگرد: به طور کلی قطر بزرگتر معمولاً قیمت بالاتری دارد. با این حال عامل مهم دیگر بر روی قیمت میلگرد استیل مقاوم به خزش، تقاضای سایزهای مختلف میلگرد استیل مقاوم به خزش در صنایع مختلف است.  شما می توانید قیمت میلگرد های استیل مقاوم به خزش را در قطرهای مختلف 5 تا 200 میلی متری، در سایت آرتا اینوکس رصد کنید.
• مقدار خرید: خرید عمده ممکن است باعث کاهش قیمت شود.
• مکان و شرایط بازار: قیمت‌ها ممکن است بسته به منطقه ارسال و تحویل و همچنین شرایط تحویل بار متفاوت باشند.
• عرضه و تقاضا: در برخی مواقع خاص مانند فصل پیک تقاضا و یا کاهش عرضه بدلیل مشکلات ارزی و اقتصادی، قیمت‌ها تغییرات قابل توجهی می‌کنند.
• کشور تولیدکننده: اختلاف در تولید و کیفیت میلگرد استیل مقاوم به خزش تولید شده در کشورهای مختلف ممکن است قیمت‌های متفاوتی داشته باشند

خرید میلگرد استیل مقاوم به خزش از آرتا اینوکس

برای خرید میلگرد استیل مقاوم به خزش از شرکت آرتا اینوکس، می‌توانید به وب‌ سایت رسمی این شرکت مراجعه کنید. “آرتا اینوکس” یکی از تأمین‌کنندگان معتبر میلگرد استیل در ایران است که انواع مختلفی از میلگردهای استیل با کیفیت بالا را ارائه می‌دهد. سپس در بخش محصولات، به دنبال میلگرد استیل مقاوم به خزش بگردید. از مشخصات فنی، گریدها و اندازه‌های مختلف میلگردها اطلاع حاصل کنید. و در ادامه برای دریافت مشاوره تخصصی و استعلام قیمت، با کارشناسان فروش آرتا اینوکس تماس بگیرید.