فولادهای مقاوم به حرارت ( Heat – resistant steels ) گروهی از فولادهای زنگ نزن هستند که مقاومت بسیار بالایی در دماهای بالا دارند .
حداکثر درجه حرارت برای استفاده از فولادهای ساده کربنی حدود ۳۷۰ درجه سانتی گراد است ؛ چرا که در بالای این دما ، اکسیداسیون شدید رخ داده و باعث از بین رفتن استحکام این فولادها می‌شود . بنابراین تعدادی از فولادهای آلیاژی که فولادهای مقاوم به حرارت ( Heat – resisting steels ) نامیده می‌شوند ، توسعه یافته‌اند . این فولادها می‌توانند در دمای ۵۴۰ تا ۶۵۰ درجه سانتی گراد مورد استفاده قرار گیرند [۱] .
انواع فولادهای مقاوم به حرارت ( انواع فولادهای نسوز )
این فولادها شامل برخی از فولادهای زنگ نزن فریتی ( ۴۰۵ ، ۴۰۶ ، ۴۰۹ ، ۴۳۰ ، ۴۳۴ و ۴۳۹ ) ، فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی تمپر شده و کوئنچ شده ( ۴۰۳ ، ۴۱۰ ، ۴۱۶ ، ۴۲۲ و ۴۳۱ ) ، فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی پیرسختی شده ( ۱۵ – ۵ PH ، ۱۷ – ۴ PH و PH 13 – ۸ Mo ، فولاد زنگ نزن نیمه آستنیتی پیرسختی شده ( AM – ۳۵۰ ، AM – ۳۵۵ ، ۱۷ – ۷ PH و PH 15 – ۷ Mo ) و فولادهای زنگ نزن آستنیتی ( ۴۰۴ ، ۳۰۹ ، ۳۱۰ ، ۳۱۶ ، ۳۱۷ ، ۳۲۱ ، ۳۴۷ ، ۲۰۲ و ۲۱۶ ) هستند . علاوه بر فولادهای زنگ نزن ، تعدادی آلیاژ اختصاصی وجود دارد که در گروه فولادهای مقاوم به حرارت قرار می‌گیرند و حاوی مقادیر مختلفی از کروم ، نیکل ، مولیبدن ، نیوبیوم ، تیتانیم ، مس ، آلومینیوم ، منگنز ، وانادیم ، نیتروژن یا سیلیسیم هستند . پارگی ( Rupture ) خزشی و تنشی دو خصوصیت مهم برای فولادهای مقاوم در برابر حرارت است . خزش ، کرنش وابسته به زمان است که تحت تنش رخ می‌دهد . در اصطلاح رایج‌تر خزش ، ازدیاد طول یا افتادگی یک قطعه در طول زمان در دمای بالا است . پارگی تنشی شامل اندازه گیری پایداری مواد در دمای بالا است [۱] .
خواص فولادهای زنگ نزن و فولادهای مقاوم به حرارت
ترکیب شیمیایی و خواص مهم‌ترین فولادهای زنگ نزن و فولادهای مقاوم در برابر حرارت در جدول زیر ارائه شده است [۲] .
ترکیب شیمیایی و خواص فولادهای زنگ نزن و فولادهای مقاوم به حرارت [۲] .
حداکثر دمای مجاز برای فولادهای مقاوم به حرارت
حداکثر دمای کاری مجاز برای برخی از فولادهای مقاوم به دمای بالا در جدول زیر ارائه شده است [۲] .
حداکثر دمای کاری فلزات مقاوم در برابر حرارت [۲] .
شکل زیر مقاومت پارگی خزشی برخی از آلیاژهای مقاوم به حرارت را بر حسب تابعی از دما ( بعد از ۱۰۵ ساعت ) نشان می‌دهد [۳] .
مقاومت خزشی مواد مقاوم در برابر حرارت بر حسب دما [۳] .
کاربرد فولادهای مقاوم به حرارت
در ادامه به برخی از کاربردهای این گروه از فلزات مقاوم در برابر حرارت پرداخته شده است [۲] .
فولاد نسوز ۲۰۲ : کاربردهای عمومی .
۳۰۱ : در مواردی که استحکام و داکتیلیته بالا نیاز باشد ، اجزای سازه‌های هواپیمایی ، Railroad cars .
فولاد مقاوم به دما ۳۰۲ : تجهیزات مواد غذایی ، آنتن‌ها ، فنرها ، تجهیزات ارشیتکچر و لوازم آشپزی .
۳۰۲ B : تجهیزات کوره و المنت‌های حرارتی .
فولادهای مقاوم به حرارت آلیاژ ۳۰۳ : پیچ تراشی ، شفت‌ها و شیرها .
۳۰۳ Se : قطعات کوچک و قطعاتی که کار سرد و کله زنی سرد بر روی آن‌ها اعمال می‌شود .
فولاد نسوز ۳۰۴ : تجهیزات شیمیایی و غذایی ، Recording wire .
۳۰۵ : کشش‌های سخت و عمیق ، فرم دهی چرخشی ( Spin forming ) .
فولاد مقاوم به دما ۳۰۸ : پر کنندههای ( فیلرهای ) جوشکاری به منظور جبران عناصر آلیاژی فلز زمینه .
۳۰۹ : قطعات کوره‌ها و تجهیزات عملیات حرارتی .
فولادهای مقاوم به حرارت آلیاژ ۳۱۰ : مبدل‌های حرارتی ، قطعات کوره ، محفظه‌های احتراق و پر کنندههای جوشکاری .
استیل مقاوم به حرارت ۳۲۱ : مانیفولد اگزوز هواپیما ، پوسته بویلرها و تجهیزات مختلف پروسه‌ها .
۳۴۸ : تجهیزات هسته‌ای .
فولاد نسوز ۴۰۳ : آلیاژ مناسب برای پره توربین‌های بخار و قطعات تحت تنش زیاد .
۴۱۰ : کاربردهای عمومی ، قطعات ماشین آلات و شفت پمپ‌ها .
۴۱۴ : فنرها ، غلتک‌های بازگشت داده شده و قطعات ماشین آلات .
فولادهای مقاوم به حرارت آلیاژ ۴۱۶ : قطعات بزرگ .
۴۱۶ Se : قطعات کوچک و قطعاتی که کار سرد و کله زنی سرد بر روی آن‌ها اعمال می‌شود .
۴۲۰ : تیغ و تجهیزات پزشکی ، شیرها .
فولاد مقاوم به حرارت ۴۳۱ : Aircraft fittings ، Heater bars و Paper machinery parts bolts .
۴۴۰ A : تیغ‌های برش و شیرها .
۴۴۰ B : تیغ‌های برش ظریف و شیرها .
فولادهای مقاوم به حرارت آلیاژ ۴۴۰ C : Balls ، Bearings و Races .
۴۳۰ : تانک اسید نیتریک ، سبدهای بازپخت و قطعات دکوری .
۴۳۰ F : پیچ تراشی .
۴۳۰ F ( Se ) : قطعات کوچک و قطعاتی که کار سرد و کله زنی سرد بر روی آن‌ها اعمال می‌شود .
استیل مقاوم در برابر حرارت ۴۴۲ : قطعات کوره‌ها ، نازل‌ها و محفظه‌های احتراق .
۴۴۶ : کار متناوب در دمای بالا و پایین ، کار در اتمسفرهای حاوی گوگرد .
فولادهای مقاوم به حرارت آلیاژهایی هستند که در دماهای بالا مقاومت بالایی دارند . بدلیل این ویژگی ، از این فولادها در کاربردهای دما بالا استفاده می‌شود . برخی از این کاربردها عبارتند از : تجهیزات هسته‌ای ، تجهیزات کوره‌ها ، توربین‌های بخار ، المنت‌های حرارتی و غیره .
منابع
[۱] Myer kutz, Handbook of Materials Selection. .
[۲] کاویانی‌نژاد، فریدون, انتخاب مواد و طراحی برای مهندسین مواد- مکانیک- شیمی. موسسه آموزشی و تحقیقاتی صنایع دفاعی.
[۳] Z.-F. Hu, Heat-Resistant Steels, Microstructure Evolution and Life Assessment in Power Plants, no. January 2012. 2012.