انواع فولاد در ساخت لوله فلزی

لوله های فولادی از مهمترین و پرکاربردترین لوله های به کار رفته در صنایع مختلف می باشد. فولاد اساسا ترکیب آلیاژی از آهن و کربن و درصد کمی از فلزات دیگر مانند نیکل، کروم، آلومینیوم، کبالت، مولیبیدن ، تنگستن و غیره است. کربن موجود در فولاد می تواند در بین 0.1 تا 1.5 درصد باشد اما انواع فولاد در ساخت لوله فلزی شامل 0.1 تا 0.25 درصد کربن است. انواع مختلف فولاد بر اساس ویژگی های لازم و کاربرد مورد نظر تولید می شود.
بالغ بر 3500 نوع مختلف از فولاد وجود دارد که هر کدام خاصیت های فیزیکی و شیمیایی منحصر بفردی دارد. بر اساس نظر انجمن فولاد و آهن آمریکا (AISI) فولاد می تواند بر حسب ترکیب شیمیایی به 4 دسته تقسیم شود :

• فولاد ابزار
• فولاد آلیاژی
• کربن استیل
• استنلس استیل

انواع فولاد در ساخت لوله فلزی

فولاد ابزاری

فولادهای ابزاری به منظور تبدیل انواع دیگر فولادها به محصولات و تجهیزات مورد کاربرد در صنعت استفاده می شود. این نوع فولاد باید قوی، سخت ، مقاوم و نشکن باشد. همچنین این نوع فولاد بایستی در دماهای بالا شکل خودش را حفظ کند. برای این منظور و دستیابی به چنین کیفیتی این فولادها باید شامل درصد بالایی از آلیاژها بوده و عملیات حرارتی با دقت بر روی آنها انجام شود.
فولاد ابزاری از تنگستن، مولیبیدن، کبالت ، وانادیوم و با درصدهای متفاوت به منظور افزایش مقاومت حرارتی و طول عمر آن تشکیل شده و به دلیل ویژگی های مناسب در تجهیزات برشکاری و سوراخ کاری به کار می رود.
گاهی اوقات به فولاد ابزاری سوپر آلیاژی نیز گفته می شود. این نوع فولاد برای کاربردهای پایپینگ مناسب نیست. چراکه آلیاژهای به کار رفته در این نوع فولاد باعث قیمت بالای آن شده و از سویی ترکیبات آلیاژی به کار رفته در آن باعث می شود به سختی تبدیل به لوله شوند. برای ما ارزانتر و آسانتر است که فولادهای نرم تر و با آلیاژ کمتر برای تولید لوله استفاده کنیم و سپس به منظور رسیدن به سختی مورد نظر آن را تحت عملیات حرارتی قرار دهیم.

فولاد آلیاژی

فولادهای آلیاژی شامل مقادیر خاصی از عناصر آلیاژی به منظور دستکاری در خواص فولاد مانند سختی، مقاومت خوردگی، مقاومت، شکل پذیری و شکنندگی است. در حالی که آلیاژهای متداول شامل عناصر نیکل، کروم، مولیبیدن، منگنز، سیلیکون، مس و بیشتر عناصر دیگر می شود. 
ترکیبات بی شماری از آلیاژها در صنعت وجود دارد که به منظور دستیابی به یک ویژگی خاص طراحی می شود. انواع فولاد با ترکیبات آلیاژی بالا به منظور کار کردن در شرایط سختی که می تواند در محیط های سرد یا گرم باشد، تولید می شوند. در واقع ترکیبات شیمیایی خاص و عملیات حرارتی مناسب می تواند باعث بهبود ویژگی های لوله های سیاه شود. لوله های فولادی آلیاژی به دلیل سختی مناسب از محبوبیت خوبی در صنایع نفت و گاز و نیروگاهی برخوردار است. عناصر آلیاژی همچنین باعث افزایش مقاومت به خوردگی در لوله های فولادی می شوند و باعث می شود این لوله ها انتخاب اصلی شرکت ها و در صنایع شیمیایی باشد.

کربن استیل

متریال آهنی وقتی تحت عنوان کربن استیل تولید می شود که ترکیب اصلی آنها شامل حداکثر 1.65 درصد منگنز، 0.60 درصد سیلیکون و 0.60 درصد مس باشد.
لوله های کربن استیل به دلیل مقاومت بالا و همچنین سهولت در جوشکاری کاربرد زیادی در صنایع مختلف دارد. لوله های کربن استیل به دلیل نسبت آلیاژی پایین، ارزان تر از سایر لوله ها هستند. لوله های کربن استیل تقریبا 90 درصد تولیدات مربوط به لوله های فولادی را به خود اختصاص می دهند. آلیاژهایی را که باعث افزایش مقاومت لوله می شوند درصد کمی از لوله های کربن استیل را تشکیل می دهند، بنابراین این لوله ها فشارهای کمتری را تحمل می کنند.

فولادهای کربنی بر اساس میزان کربن موجود در آنها به سه دسته تقسیم می شوند :

• کم کربن یا خفیف
  این نوع فولاد شامل 0.04 تا 0.30 درصد محتوی کربن است و یکی از گروه های پرکاربرد کربن استیل است. از این نوع فولاد در ساخت شکل های مختلف از صفحه صاف تا میله های فولادی استفاده می شود. بر اساس خاصیت های مورد انتظار، عناصر دیگر به آلیاژ کم یا اضافه می شود. برای مثال به منظور بهبود کیفیت طراحی میزان کربن مورد نظر پایین نگه داشته شده و آلومینیوم به آن اضافه می شود و برای فولاد سازه ای درصد کربن بیشتر بوده و عنصر منگنز اضافه می شود.
• کربن متوسط
  این نوع فولاد معمولا شامل بازه 0.31 تا 0.60 درصد کربن بوده و درصد منگنز بین 0.60 تا 1.65 درصد است. لوله های سیاه با کربن متوسط قوی تر از لوله های سیاه کم کربن بوده و سخت تر شکل گرفته، جوشکاری شده و بریده می شوند. لوله های کربن متوسط معمولا با عملیات حرارتی سخت کاری می شود.
• کربن بالا
  این نوع فولاد عموما با نام فولاد کربن دار ابزاری شناخته می شود و درصد کربن آن بین 0.61 تا 1.50 می باشد. لوله های سیاه با کربن بالا سخت تر بریده شده، خم کاری و جوشکاری می شود و با یک مرحله عملیات حرارتی کاملا سخت و شکننده می شود.

استنلس استیل

اصطلاح فولاد ضد زنگ یا استنلس استیل کمی عجیب است. هیچ ترکیبی از آهن و آلیاژهای آن که بتواند فولاد ضد زنگ را بسازد وجود ندارد. در عوض استنلس استیل به این موضوع اشاره دارد که محصولات ساخته شده از آن زنگ نزنند.
استنلس استیل معمولا شامل 10 تا 20 درصد کروم به عنوان عنصر آلیاژی اصلی بوده و این لوله ها به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی بسیار باارزش هستند. سایر آلیاژهای استنلس استیل می تواند شامل منگنز، سیلیکون، نیکل و مولیبیدن باشد. این آلیاژها به سرعت با اکسیژن موجود در آب و هوا واکنش داده و یک لایه نازک اما قوی بر روی فولاد ایجاد می شود که باعث جلوگیری از خوردگی بیشتر می شود.
طبیعتا لوله های استنلس استیل در هر صنعتی از جمله صنایع دارویی و غذایی که محافظت از خوردگی مهم باشد، به کار می رود. در حالی که لوله استنلس استیل اساسا یک لوله آلیاژی اما به اسم دیگری است، که به منظور شرایط سخت طراحی نشده است اما می توان با عملیات حرارتی مناسب مقاومت آن را نیز افزایش داد. همچنین مطابق با مباحث زیبایی شناختی هنگامی که لوله در معرض دید عموم بوده و در محیط حرفه ای به کار رفته اغلب لوله های استنلس استیل انتخاب می شوند.
لوله های استنلس استیل می تواند بر اساس ساختار کریستالی به سه دسته تقسیم شود:

• آستنیتی
  فولادهای آستنیتی غیر مغناطیسی و غیر قابل عملیات حرارتی بوده و شامل 18 درصد کروم، 8 درصد نیکل و کمتر از 0.8 درصد کربن است. بخش عظیمی از بازار فولادهای استنلس استیل مربوط به این نوع بوده و اغلب در صنایع غذایی، تجهیزات آشپزخانه و لوله کشی استفاده می شود.
• فریتیک
  فولادهای فریتیک شامل مقدار ناچیزی از نیکل، 12 تا 17 درصد کروم و کمتر از 0.1 درصد کربن همزمان با سایر عناصر آلیاژی مثل مولیبیدن، آلومینیوم یا تیتانیوم است. این فولادهای مغناطیسی نمی تواند با عملیات حرارتی سخت کاری شود اما با سرد کاری مقاوم می شود.
• مارتنسیتیک
  فولادهای مارتنسیتیک شامل 11تا17 درصد کروم، کمتر از 0.4 درصد نیکل و حداکثر 1.2 درصد کربن است. این نوع فولادهای مغناطیسی و قابل عملیات حرارتی در چاقوها، وسایل برش و تجهیزات پزشکی و دندان پزشکی استفاده می شود.