کارایی ورق استیل در دماهای پایین:
ورق استیل در بازههای دمایی خاص ویژگیها و قابلیتهای متفاوتی را نشان میدهد. در حقیقت از این آلیاژ در دماهای بالا و پایین استفادههای خاصی میشود. در این مقاله قصد داریم کارایی آلیاژ استیل را در دماهای پایین بررسی کنیم.
چگونگی استفاده از ورق استیل در دماهای پایین
ورق استیل در دماهای پایین یا کرایوژنیک کارایی خاصی دارد. مانند هر آلیاژ دیگر استیل نیز در دماهای پایین جهت نگهداری گازها در حالت مایع استفاده میشود. این گازها باید در شرایطی نزدیک به نقطه جوش و با فشاری به اندازه فشار اتمسفر قرار بگیرند. علت نگهداری آلیاژها با این شرایط و در دماهای کرایوژنیک این است که آلیاژهای مایع در شرایط بسیار دشوار نگهداری میشوند. لذا اجبارا آلیاژها را به حالت گاز درآورده و در فشاری نزدیک به فشار اتمسفر نگهداری میکند.
اگر بخواهیم آلیاژ را در حالت مایع نگه داریم باید مخزنی با میزان تحمل فشار حداکثر داشته باشیم. یعنی مخزن ما باید فشارهای بسیار بالا را تحمل کند. زیرا ضریب انبساط در حالت مایع به گاز چیزی در حدود 700 است که این امر باعث میشود انبساط محیط بسیار بالا باشد. به همین دلیل در این صورت دیواره مخزن باید بسیار ضخیم باشد و این کار اصلا اقتصادی نیست. و در آخر باید اضافه کرد که منظور از دمای پایین دمایی است که زیر 50- درجه باشد. البته در برخی از مراجع این دما به دماهای زیر 30- نیز القا میشود.
معرفی برخی از آلیاژهای استیل در دماهای پایین
ورق استیل مورد استفاده برای ماده کرایوژنیک آمونیاک جوشان، کربن استیل است. این ماده در دمای 33- درجه سانتیگراد نگهداری میشود. برای نگهداری نیتروژن در دمای 196- درجه سانتیگراد از استیل آستنیتی استفاده میشود. ضریب انبساط مایع به گاز در این پروسه 710 است. برای نگهداری نئون نیز از استیل آستنیتی استفاده میشود که دمای آن چیزی در حدود 246- درجه سانتیگراد است.
در شرایط بسیار سخت کرایوژنیک تنها برخی از آلیاژها کارایی و کاربرد دارند. به عنوان مثال استیل آستنیتی، آلیاژهای دارای آلومینیوم و فولادهایی که نیکل دارند، از این دسته از آلیاژها میباشند. البته برخی از موارد آلیاژهای تیتانیوم نیز در این شرایط حاد کارایی دارند. همانطور که مشخص است ورق استیل به دلیل تحمل دمای مناسبی که دارد برای این کار گزینه بسیار خوبی است. اما باید گفت که آلیاژ استیل در هر نوعی قیمت بالایی داشته و از نظر اقتصادی گزینه مقرون به صرفهای نیست. آلیاژهای آلومینیوم برای استفاده در شرایط کرایوژنیک باید در مقطعهای بسیار ضخیمی تولید شوند تا قابلیت مورد نیاز را داشته باشند. به همین دلیل از این آلیاژ نیز استفاده چندانی نمیشود. زیرا همانطور که مشخص است تهیه و ساخت آنها کاری بسیار دشوار و زمانبر میباشد.
با توجه به این موارد استفاده از فولادهای نیکلدار نسبت به دو مورد قبلی رایجتر است. فولادهای نیکلدار به دلیل قابلیت بالایی که در دماهای پایین دارد گزینه بسیار خوبی است. البته این آلیاژ از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه بوده و در کل برای استفاده در شرایط کرایوژنیک مناسب هستند. در ادامه با معیارهای انتخاب یک آلیاژ برای استفاده در دماهای پایین آشنا میشویم.
معیارهای انتخاب آلیاژ در دماهای پایین
ورق استیل مانند دیگر آلیاژها باید معیارهای لازم برای استفاده در شرایط دمایی خاص را داشته باشد. البته همانطور که قبلا به آن اشاره کردیم بدون شک آلیاژ استیل ویژگیهای بسیار خوبی برای استفاده در شرایط دمایی پایین دارد. اما به علت گران بودن استفاده زیادی از آن در این پروسه نمیشود. با این وجود در زیر تعدادی از ویژگیها و معیارهای لازم برای انتخاب آلیاژ را آوردهایم:
- آلیاژ باید در دماهای پایین استحکام مکانیکی بالایی را از خود نشان دهد.
- در دمای پایین باید از مقاومت به ضربه و چکشخواری بسیار بالایی برخوردار باشد.
- دمای مورد نیاز برای انتقال شکست چکشخواری به حالت ترد شدن در این آلیاژ باید تا حد ممکن پایین باشد.
- آلیاژ باید مقاومت بالایی در مقابل ترد شدن ناگهانی داشته باشد. در واقع از آلیاژهایی که شیب منحنی تندی دارند نباید در این پروسه استفاده کرد.
- در زمینه کاربرد مایعهایی که در شرایط کرایوژنیک هستند باید موارد خاصی را در نظر بگیرید.
ورق استیل در دمای پایین چگونه رفتار میکند؟
استیل نیز مانند آلیاژهای دیگر تحت تاثیر دما رفتارهای خاصی را از خود نشان میدهد. تنش، سختی، تسلیم، تنش کششی، چقرمگی، چکشخواری و مدول الاستیک همگی تحت تاثیر دما هستند. دمای انتقال مهمترین ویژگی آلیاژها در دمای پایین است. این دما محدوده شکست چکشخواری فلز را به ترد شدن مشخص میکند. استیل در دماهای پایین بسیار ترد و شکننده است. البته استیل آستنیتی در دماهای پایین نیز شیب منحنی شکست ملایمی داشته و نسبت به استیل معمولی مناسبتر است. به همین دلیل در هنگام کار سرد استیل آستنیتی به دلیل استحکام بالایی که دارد گزینه خوبی است.
کاربرد مایعات کرایوژنیک در مقابل ورق استیل
ورق استیل در مقابل مایعات کرایوژنیک باید ویژگیهای خاصی داشته باشد. زیرا برخلاف تصور اکثر افراد کار با مایعات کرایوژنیک که دمای پایینی دارند، خطرناک است. به همین دلیل برای جلوگیری از احتمال خطر باید نکات زیر را رعایت کنید.
- مخزنی که مایعات در آن نگهداری میشود برای جلوگیری از نفوذ گرمای محیط باید چند جداره باشد.
- مخازن و لولههای انتقالدهنده مایعات باید عایقبندی شده باشند. در غیر این صورت اکسیژن به مایع تبدیل شده و آتشسوزی رخ میدهد.
- مایعات کرایوژنیک در هنگام تبدیل به گاز فشار بالایی تولید میکنند. به همین دلیل مخزن باید دارای شیر اطمینان باشد. تا در صورت نیاز از آن استفاده شود.
- بهتر از مایعات کرایوژنیک اضافی را در محیط باز تبخیر کنید. زیرا لولههای پلاستیکی و غیره آنها را ترد کرده و خطرناک هستند.
- وجود سنسور اکسیژن در کنار مخازن الزامی است. زیرا گازهای تولید شده در این فرآیند هر کدام به نحوی خطرناک بوده و ممکن است حادثه آفرین باشند. به عنوان مثال گازهایی مانند هیدروژن و متان خطر آتشسوزی دارند و گازهایی مانند سولفید هیدروژن یا فلوئور بسیار سمی هستند.
- تجهیزاتی که با اکسیژن در تماس هستند نباید آغشته به روغن یا مواد مشابه آن شوند.
- برای انتقال مواد کرایوژنیک باید از لوازم ایمنی استفاده کنید. به خصوص استفاده از دستکش و عینک الزامی است. زیرا تماس آنها با دست سوختگی انجماد ایجاد کرده و ممکن است چشم را نابینا کنند.
منابع: https://www.advancesteel.com/cold-rolled-steel-sheet/
