فولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی نیتروژن با مقاومت بالا QN1803

فولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی نیتروژن با مقاومت بالا

درجه محصول جدید QN1803 اولین محصول فولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی نیتروژن با مقاومت بالا در جهان است که حاوی نیتروژن، مقاومت در برابر خوردگی بالا و صرفه جویی در نیکل است. بر اساس اطمینان از مقاومت در برابر خوردگی معادل فولاد ضد زنگ ۳۰۴، استحکام مواد بهبود می‌یابد، در حالی که هزینه مواد کاهش می‌یابد، به طوری که عملکرد هزینه بالاتر و رقابت بازار قوی‌تری نسبت به فولاد ضد زنگ ۳۰۴ دارد.

فولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی نیتروژن دارای ویژگی های زیر است:

1. معادل حفره‌ای (PREN=Cr+3.3Mo+30N-Mn) بالای ۱۹.۰ است و حداقل مقاومت خوردگی حفره‌ای برابر با فولاد ضد زنگ ۳۰۴ دارد. مقاومت در برابر خوردگی یکنواخت تحت محیط اسید هیدروکلریک رقیق، اسید سولفوریک رقیق، اسید استیک به‌علاوه نمک به مراتب بهتر از فولاد ضد زنگ ۳۰۴ است.
2. مقاومت در برابر خوردگی بهتر از فولاد ضد زنگ ۳۰۴ در شرایط مختلف کار سرد مانند خمش، مهرزنی و شکل‌دهی سخت است.
3. استحکام تسلیم بیش از ۱.۳ برابر فولاد ضد زنگ ۳۰۴ است و ازدیاد طول آن کمتر از ۴۵٪ نیست. مقاومت در برابر سایش و عملکرد خستگی بهتر از فولاد ضد زنگ ۳۰۴ است.
4. عملکرد جوش خوب، استحکام پس از جوشکاری بالاتر از فولاد ضد زنگ ۳۰۴ است و مقاومت در برابر خوردگی برابر با فولاد ضد زنگ ۳۰۴ است.

بررسی

QN1803 یک فولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی نیتروژن با مقاومت بالا و نیکل کم است. در مقایسه با فولاد ضد زنگ سنتی، فولاد ضد زنگ با استحکام بالا QN1803 دارای استحکام تسلیم بالاتر و هزینه کمتر بدون به خطر انداختن خواص ضد خوردگی است، بنابراین منجر به چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای می‌شود. این مقاله بر رفتار مقطعی ستون‌های خرد مقطع I فولاد ضد زنگ QN1803 در آتش تمرکز دارد. در مجموع هشت آزمایش ستون خرد انجام می‌شود که شش آزمایش دمای بالا و دو آزمایش کنترل دمای اتاق است. تست‌های توان کششی دمای اتاق و دمای بالا برای به دست آوردن خواص مواد فولاد ضد زنگ با استحکام بالا QN1803 انجام می‌شود.

معرفی فولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی نیتروژن با مقاومت بالا

فولاد ضد زنگ به دلیل ظاهر جذاب، دوام عالی و همچنین مقاومت در برابر آتش به طور گسترده‌ای در مهندسی سازه و فراساحل مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، کاربردهای فولاد ضد زنگ سنتی عمدتاً به برخی از سازه‌های غیر باربر مانند سقف‌ها، دیوارهای پرده‌ای و مجسمه‌ها محدود می‌شود، که این به دلیل استحکام تسلیم پایین و هزینه بالای مواد آن است. با توجه به این موضوع، فولاد ضد زنگ با استحکام بالا QN1803 (08Cr19Mn6Ni3Cu2N)، که به عنوان 304D نیز شناخته می‌شود، اخیراً توسعه یافته و در ساخت و ساز مورد استفاده قرار گرفته است. استحکام تسلیم فولاد ضد زنگ با استحکام بالا QN1803 بالاتر از ۴۰۰ مگاپاسکال است.

در مقایسه با ترکیب شیمیایی فولاد ضد زنگ آستنیتی و دوبلکس سنتی، ففولاد ضد زنگ آستنیتی حاوی نیتروژن با مقاومت بالا QN1803 نوعی ماده با نیکل کمتر (۲.۰٪ تا ۳.۵٪) در نتیجه دستیابی به هزینه مواد کمتر بدون به خطر انداختن ضد زنگ است، از جمله خواص خوردگی و حتی داشتن استحکام بالاتر. بنابراین، فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا QN1803 در سازه‌های مهندسی نسبت به فولادهای ضد زنگ سنتی رقابتی‌تر است.

رفتار اجزای ساختاری انواع مختلفی از فولادهای ضد زنگ با استحکام بالا، مانند فولاد ضد زنگ دوبلکس، فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا S600E، فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا QN1803 و دیگر محصولات این نوع فولاد، توسط بسیاری از محققین بررسی شده است. رفتار ساختاری ستون‌های خرد آستنیتی و دوبلکس فولاد ضد زنگ و ستون‌های بلند بررسی می‌شود.

سپس پیشنهادات طراحی مربوطه ارائه گردیده است. چندین آزمایش بر روی فولاد ضد زنگ آستنیتی و دوبلکس با استحکام بالا با مقاطع توخالی مربع و مستطیل شکل سرد که در معرض فلج شدن شبکه قرار داشتند نیز انجام شده و سپس معادلات طراحی بر اساس رفتار مقطع کامل ارائه شده است. همچنین به صورت عددی رفتار ساختاری فولاد ضد زنگ آستنیتی فریتی سخت شده و نرم با مقطع توخالی پروفیل مربع باریک و ستون‌های پروفیل مقطع توخالی مستطیلی بررسی شده‌اند.

با این حال، مطالعات تحقیقاتی در مورد رفتار حریق اجزای فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا نسبتاً محدود است اگرچه طراحی آتش برای سازه‌های فولادی ضد زنگ مهم است. گاردنر و همکاران خواص و رفتار کمانشی تیرها و ستون‌های فولادی ضد زنگ در آتش را مورد مطالعه قرار دادند و با توجه به نتایج مطالعات پارامتریک روش طراحی حفاظت در برابر آتش دقیق‌تری ایجاد شد. به‌علاوه پاسخ کمانش عناصر جدار نازک فولاد ضد زنگ در آتش را نیز از طریق المان محدود غیرخطی هندسی و مادی مورد تجزیه و تحلیل عددی قرار داده‌اند.

نرم افزار ent SAFIR. محمد و همکاران رفتار ساختاری و طراحی ستون‌های فولادی ضد زنگ با شکل سرد پروفیل با مقطع مربعی توخالی، پروفیل مقطع توخالی مستطیلی و مقطع توخالی دایره‌ای را در دماهای بالا از طریق بررسی‌های مدل‌سازی عددی مورد مطالعه قرار داد و سپس به طور سیستماتیک تأثیر پارامترهای حاکم را ارزیابی کرد.

هوانگ و همکاران رفتار حریق و طراحی ستون‌های فولادی ضد زنگ دوبلکس را در دماهای بالا مورد مطالعه قرار داد و مناسب بودن روش‌های طراحی سنتی برای ستون‌های فولادی ضد زنگ دوبلکس را در دماهای بالا ارزیابی کرد. همچنین خواص مواد فولاد ضد زنگ سوربیتی با استحکام بالا را در دماهای بالا از طریق آزمایش‌های کوپن کششی مطالعه کرده‌اند و سپس یک مدل سازنده پیشنهاد کرده‌اند.

برای پر کردن این شکاف، رفتار حریق ستون‌های خرد فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا QN1803 به صورت تجربی در این مطالعه بررسی شده است. هشت تست ستون خرد انجام می‌شود که شش مورد آن تست دمای بالا و دو تست کنترل دمای اتاق است. روش تست هم‌دما در تمام آزمایش‌های دمای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد، که در طی آن نمونه تا دمای هدف گرم می‌شود و سپس بار تا زمان شکست اعمال می‌شود. قبل از آزمایش‌های ستون خرد، آزمایش‌های توان کششی برای به دست آوردن دمای اتاق و خواص مواد درجه حرارت بالا فولاد ضد زنگ با مقاومت بالا QN1803 انجام می‌شود.

ویژگی‌های هندسی اولیه و عیوب محلی نمونه‌های آزمایش‌شده نیز اندازه‌گیری می‌شوند. در نهایت، دقت و ایمنی قوانین طراحی استاندارد طراحی آتش سوزی اروپایی EN 1993-1-2 و آخرین روش‌های طراحی آتش نشانی پیشنهاد شده توسط Xing و همکاران به منظور بررسی کاربرد روش‌های طراحی سنتی آتش برای ستون‌های خرد فولاد ضد زنگ با استحکام بالا QN1803 ارزیابی می‌شوند.

فیلد کاربرد ورق‌ها

1. سقف ساختمان و بار سازه ای
2. لوله جوشکاری تزئینی فولاد ضد زنگ
3. لوله جوش مارپیچی تقویت شده
4. تجهیزات پرورش دام

زمینه کاربرد محصولات طولانی

1. خط سخت افزار
2. پیچ و مهره
3. صفحه نمایش
4. مش الماس برای تزئین و حفاظت ساختمان، ضد سرقت و ضد گرد و غبار
5. قطعات تراش خورده
6. لوله بدون درز

درباره فولاد ضد زنگ QN1803

نکات برجسته

• رفتار آتش سوزی ستون‌های خرد فولاد ضد زنگ با استحکام بالا QN1803 بررسی شده است.
• هشت تست ستون خرد انجام شده است.
• آزمایشات تکمیلی مواد با دمای بالا انجام می‌شود.
• EN 1993-1-2 و روش‌های طراحی زینگ و همکاران. بر اساس نتایج آزمایش ارزیابی می‌شوند.

خواص مواد

تمام رده‌های آزمایش‌شده از همان دسته ورق‌ها که از نمونه‌های ستون خرد مقطع I آزمایش شده بود، ماشین‌کاری شدند. سیستم تست خستگی سروو الکتروهیدرولیک چند منظوره MTS Landmark در هر دو آزمایش مواد در اتاق و دمای بالا استفاده شد که عمدتاً بارگذاری، گرمایش، کنترل دما و دستگاه‌های اندازه گیری را شامل می‌شود. دستگاه بارگیری دستگاه تست خستگی فرکانس بالا MTS Landmark و دستگاه گرمایش کوره با دمای بالا MTS653 است.

خواص هندسی و عیوب محلی

در مجموع هشت نمونه ستون خرد فولاد ضد زنگ با استحکام بالا QN1803 مورد آزمایش قرار گرفت. هشت نمونه بر اساس اندازه مقطع خود به دو دسته طبقه بندی شدند، که در آن چهار ستون با اندازه مقطع I-165 (عمق مقطع با واحد میلی متر)

• ۱۲۰ (عرض مقطع با واحد میلی متر)
• ۶ (ضخامت فلنج با واحد میلی متر)
• ۶ (ضخامت تار با واحد میلی متر) در گروه A و چهار ستون با اندازه مقطع I-165 × ۱۶۵ × ۶ × ۶ طبقه بندی شدند.

روش های طراحی آتش موجود

در این بخش، قوانین طراحی کمانش محلی استاندارد طراحی آتش سوزی فولاد اروپا EN 1993-1-2 [23] و روش‌های طراحی Xing و همکاران، که در نسخه بعدی EN 1993-1-2 گنجانده می‌شود، برای ستون‌های فولادی ضد زنگ سنتی از جنبه دقت و ایمنی معرفی و قابل دسترسی است.

رفتار مقطعی ستون‌های خرد مقطع I فولاد ضد زنگ QN1803 در آتش به طور تجربی در این مقاله مورد بررسی قرار گرفت. شش آزمایش ستون درجه حرارت بالا با دو اندازه مقطع مختلف و سه سطح دمای بالا متفاوت از ۴۰۰ درجه سانتیگراد تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد انجام شد. علاوه بر این، دو آزمایش ستون خرد دمای اتاق نیز به عنوان آزمایش کنترل انجام شد، که اندازه مقطع آنها با اندازه‌های سطح بالا مشابه بود.

گروه مجله صنعت فولاد