تفاوت در ترکیب و عملکرد لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش و لوله های فولادی معمولی چیست؟

تعریف پایه و مقایسه کاربرد
لوله فولادی معمولی به لوله ای گفته می شود که از فولاد کربنی یا فولاد کم آلیاژ از طریق فرآیند نورد گرم یا نورد سرد ساخته شده است که عمدتاً برای انتقال آب، گاز، نفت و یا به عنوان بخشی ساختاری استفاده می شود. لوله فولادی مقاوم در برابر سایش برای شرایط سایش بالا بر اساس لوله فولادی معمولی طراحی شده است. معمولاً از طریق ترکیب آلیاژی خاص، عملیات سطحی یا ساختار کامپوزیت مقاومت به سایش بالایی دارد. برای انتقال مواد ساینده در صنایع معدنی، متالورژی، برق، سیمان و سایر صنایع مناسب است.

تفاوت در ترکیب
ترکیب لوله فولادی معمولی نسبتا ساده است، عمدتاً بر پایه آهن است، با محتوای کربن به طور کلی بین 0.1٪ تا 0.3٪، و گاهی اوقات مقدار کمی منگنز، سیلیکون و سایر عناصر برای افزایش خواص مکانیکی اضافه می شود. لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش اغلب حاوی عناصر آلیاژی بیشتری هستند، مانند نسبت بیشتری از منگنز، کروم، مولیبدن، نیکل و غیره. این عناصر با تشکیل فازهای سخت و بهبود ساختار سازمانی فولاد، مقاومت به سایش را بهبود می بخشند. برای مثال، محتوای منگنز در لوله‌های مقاوم در برابر سایش فولاد منگنز بالا می‌تواند به بیش از 11 درصد برسد که برای تشکیل ساختاری با چقرمگی و سختی مفید است. در حالی که برخی از لوله های روکش فلزی مقاوم در برابر سایش سختی سطح و مقاومت در برابر سایش را با جوش دادن یک لایه جوش با محتوای کربن بالا و پودر آلیاژ سخت بهبود می بخشند.

تفاوت در ریزساختار
لوله‌های فولادی معمولی معمولاً ساختارهای فریت و پرلیت را با سختی متوسط، شکل‌پذیری و چقرمگی خوب ارائه می‌دهند که نیازهای مقاومتی کاربردهای صنعتی عمومی را برآورده می‌کنند. ساختار داخلی لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش نسبتا پیچیده است. به عنوان مثال، فولاد منگنز بالا پس از پردازش سرد یک ساختار دوقلو خوب را تشکیل می دهد که مقاومت در برابر سایش را افزایش می دهد. لایه آلیاژی با سختی بالا (مانند کاربید و نیترید) که بر روی سطح روکش لوله های مقاوم در برابر سایش تشکیل شده است، مقاومت در برابر سایش را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد، در حالی که ماتریس برای جلوگیری از ترک شکننده، چقرمگی خاصی را حفظ می کند. علاوه بر این، برخی از لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش ساختار کامپوزیت دو فلزی دارند، با یک لوله فولادی با چقرمگی خوب در داخل و یک لایه آلیاژی با سختی بالا در سطح، که مزایای هر دو را ترکیب می کند.

مقایسه خواص مکانیکی
استحکام کششی، استحکام تسلیم و ازدیاد طول لوله‌های فولادی معمولی الزامات کلی حمل و نقل و کاربرد ساختاری را برآورده می‌کند. سختی به طور کلی بین 150 ~ 200HBW است و پردازش، جوش و شکل دادن آن آسان است. لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش به طور قابل توجهی سختی و مقاومت در برابر سایش را بهبود بخشیده اند. سختی سطح می تواند به 400HBW یا حتی بیشتر برسد و مقاومت ضربه نیز به طور ویژه برای انطباق با شرایط سایش ضربه طراحی شده است. از نظر چقرمگی، لوله‌های فولادی مقاوم در برابر سایش بیشتر از عملیات حرارتی ویژه یا فناوری پردازش سرد استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که همچنان مقاومت کافی در برابر ترک دارند و در عین حال سختی بالایی دارند تا از خطرات ایمنی ناشی از شکستگی شکننده جلوگیری کنند.

تفاوت مقاومت در برابر سایش
مزیت اصلی لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش در مقاومت در برابر سایش سطح یا مواد کلی آنها نهفته است. زمانی که لوله‌های فولادی معمولی مواد ساینده مانند ماسه و سرباره را حمل می‌کنند، دیواره لوله به‌سرعت نازک می‌شود و عمر مفید آن کاهش می‌یابد. لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش می توانند به طور موثر در برابر سایش مکانیکی، سایش ضربه و سایش خوردگی با تقویت ترکیب مواد یا طراحی ساختار کامپوزیت مقاومت کنند، که می تواند طول عمر خط لوله را افزایش داده و فرکانس تعمیر و نگهداری و جایگزینی را کاهش دهد. به خصوص در شرایط با ذرات جامد بالا، لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش دوام قوی از خود نشان می دهند.

مقایسه مقاومت در برابر خوردگی
لوله های فولادی معمولی معمولاً طراحی خاصی در برابر خوردگی ندارند و به راحتی تحت تأثیر مواد خورنده مانند رطوبت، اسید و قلیایی در محیط قرار می گیرند. آنها باید با اقدامات حفاظتی خارجی مانند پوشش ها و آسترها محافظت شوند. لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش از عناصر آلیاژی برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی بدنه استفاده می کنند. به عنوان مثال، افزودن عناصری مانند کروم و نیکل می تواند مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد. در حالی که برخی از لوله های کامپوزیت سرامیکی مقاوم در برابر سایش به عملکرد دوگانه مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی از طریق مواد کامپوزیت دست می یابند. اما به طور کلی، هدف اصلی طراحی لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش همچنان مقاومت در برابر سایش است و مقاومت در برابر خوردگی باید با توجه به مواد و شرایط کاربردی خاص انتخاب شود.

تفاوت در فرآیندهای تولید
لوله های فولادی معمولی بیشتر با فرآیندهای سنتی مانند نورد گرم، نورد سرد و جوش تولید می شوند. این فرآیند نسبتاً بالغ است و هزینه آن کم است. لوله‌های فولادی مقاوم در برابر سایش ممکن است از انواع فرآیندهای خاص مانند شکل‌دهی کششی نورد سرد فولاد منگنز بالا، فرآیند ریخته‌گری گریز از مرکز برای تولید لایه آلیاژی با سختی بالا، فرآیند روکش‌سازی برای تشکیل لایه جوش مقاوم در برابر سایش بر روی سطح دیواره لوله، یا فناوری لوله‌های کامپوزیت دو فلزی برای ترکیب لایه آلیاژی مقاوم در برابر سایش با ماتریکس سخت استفاده کنند. این فرآیندها پیچیده هستند و نیازهای بالایی به تجهیزات و فناوری دارند و چرخه تولید و هزینه نیز بر همین اساس افزایش می یابد.

تفاوت در سناریوهای کاربردی
لوله های فولادی معمولی به طور گسترده در خطوط لوله حمل و نقل عمومی، تکیه گاه های سازه ای، قطعات مکانیکی و سایر زمینه ها استفاده می شوند و برای محیط هایی با سایش متوسط کم مناسب هستند. لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش برای شرایط کاری سخت با سایش بالا و ضربه زیاد، مانند حمل و نقل شن و ماسه معدن، خطوط لوله خاکستر نیروگاه، حمل و نقل دوغاب متالورژی، سیستم های حمل و نقل سیمان و غیره طراحی شده اند. انتخاب لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش می تواند به طور موثر چرخه عملیات تجهیزات را افزایش دهد و تلفات زمان خرابی و هزینه های تعمیر و نگهداری ناشی از فراوانی خط لوله را کاهش دهد.

ملاحظات اقتصادی
لوله های فولادی معمولی به دلیل فرآیند تولید ساده و هزینه کم مواد اولیه نسبتا ارزان هستند و برای مواردی که مقاومت در برابر سایش لازم نیست مناسب هستند. لوله های فولادی مقاوم در برابر سایش به دلیل افزودن عناصر آلیاژی و استفاده از فرآیندهای خاص هزینه های ساخت و قیمت واحد بالاتر را به میزان قابل توجهی افزایش داده است. با این حال، از منظر طول عمر کلی و هزینه‌های نگهداری، لوله‌های فولادی مقاوم در برابر سایش مزایای اقتصادی بهتری در محیط‌های با سایش بالا دارند که می‌تواند زمان خرابی و ضایعات مواد ناشی از تعویض مکرر را کاهش دهد.