معرفی لوله کربن استیل و دسته‌بندی بر اساس درصد کربن
فولاد کربنی پرکاربردترین آلیاژ در صنعت جهان است و بخش عمدهٔ تولید فولاد را تشکیل می‌دهد. مادهٔ اصلی تشکیل‌دهندهٔ آن آهن است که مقدار کمی کربن (۰ تا ۲ درصد وزنی) و درصدهای جزئی از سیلیسیم، منگنز و مس در ترکیبش وجود دارد تا ویژگی‌های مکانیکی آن بهبود یابد . هنگامی که فولاد به شکل لوله تولید می‌شود و درصد کربن آن نسبتاً بالا بوده و آلیاژهای دیگری به آن اضافه نشده باشد، لوله کربن استیل (Carbon Steel Pipe) نامیده می‌شود. این لوله‌ها به دلیل مقاومت زیاد در برابر فشار و دما، قابلیت شکل‌دهی و قیمت مناسب در خطوط انتقال سیالات، صنایع نفت و گاز، ساخت اسکلت‌های فلزی، ساختمان‌سازی، ماشین‌آلات و مصارف خانگی کاربرد گسترده‌ای دارند .
اصلی‌ترین عامل تعیین‌کنندهٔ ویژگی‌های مکانیکی فولاد کربنی، درصد کربن در ترکیب آن است. افزایش کربن موجب سختی و مقاومت بیشتر اما کاهش چقرمگی و قابلیت جوشکاری می‌شود. به همین دلیل این فولادها بر اساس درصد کربن به سه دستهٔ کم‌کربن، متوسط و پرکربن تقسیم می‌شوند . در ادامه هر یک از این دسته‌ها معرفی شده و خصوصیات و کاربردهای آنها بررسی می‌شود.
لوله کربن استیل کم‌کربن (ملایم)
تعریف و ترکیب شیمیایی
فولاد کم‌کربن (Mild Steel) دارای حدود ۰٫۰۴ تا ۰٫۳ درصد کربن است و در منابع فارسی معمولاً به عنوان لوله‌ی «کم کربن» یا «ملایم» معرفی می‌شود. سایت فولاد جهان مهر نیز لوله کم‌کربن را لوله‌ای با کمتر از ۰٫۳ درصد کربن می‌داند . محتوای پایین کربن باعث می‌شود این لوله‌ها نرم، شکل‌پذیر و قابل جوشکاری باشند؛ در عین حال استحکام کششی قابل قبولی دارند. در بررسی دیگری، فولاد کم‌کربن به دلیل خواص نرم و سختی کم، اصطلاحاً فولاد نرم نیز نامیده می‌شود و بخش اعظم فولادهای ساختمانی و برخی فولادهای آلیاژی با کیفیت بالا را شامل می‌شود .
ویژگی‌ها و رفتار مکانیکی
• چقرمگی و شکل‌پذیری بالا: ساختار این فولاد غالباً از فریت و پرلیت تشکیل شده و به همین دلیل، نرم و قابل شکل‌دهی است و می‌توان آن را نورد، خم و پرس کرد بدون این که ترک بخورد .
• قابلیت جوشکاری و ماشین‌کاری خوب: به سبب درصد پایین کربن، این لوله‌ها به‌راحتی قابل برش، جوش و تراشکاری هستند و خطر ایجاد ترک یا تردی پس از جوشکاری در آنها کمتر است . حضور منگنز تا حدود ۱٫۵ درصد نیز خواص جوشکاری را بهبود می‌دهد .
• استحکام و مقاومت کافی: هرچند خواص مکانیکی این لوله‌ها نسبت به فولادهای پرکربن پایین‌تر است، اما استحکام کششی و دوام خوبی دارند. مقالهٔ باوو استیل اشاره می‌کند که این لوله‌ها دارای استحکام کششی بالا بوده و با معیارهای ASTM مطابقت دارند .
• قیمت اقتصادی: تولید ساده و مواد اولیهٔ در دسترس باعث می‌شود که لوله‌های کم‌کربن از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه باشند و دوام بالایی داشته باشند .
کاربردها
با توجه به خواص بالا، لوله‌های کم‌کربن در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می‌شوند:
• ساختارهای ساختمانی و صنعتی: خطوط انتقال آب و فاضلاب، اسکلت‌های فلزی ساختمان‌ها، نرده‌ها و داربست‌ها از نمونه‌های رایج هستند .
• قطعات ماشینی و خودرویی: بدنه خودروها، ورق‌های پوششی و قطعات سبک که نیاز به فرم‌دهی دارند، با فولاد کم‌کربن تولید می‌شوند .
• صنایع کشاورزی و لوله‌کشی: لوله‌های انتقال آب کشاورزی، سیستم‌های آبیاری، حصارها و موانع جاده‌ای نیز از این مواد ساخته می‌شوند .
• مصارف خانگی و عمومی: به دلیل مقاومت به خوردگی نسبی (در صورت پوشش‌دهی گالوانیزه) و قیمت کم، در وسایل آشپزخانه، نرده و درب‌های فلزی و سایر لوازم مصرفی به کار می‌رود .
با افزایش محتوای کربن به انتهای محدودهٔ کم‌کربن و افزودن منگنز، خواص مکانیکی این لوله‌ها مناسب ساخت لوله‌های مانیسمان، دیگ‌های بخار و ورق‌های دیگ می‌شود . این به معنی آن است که در برخی کاربردها می‌توان از لوله‌های کم‌کربن برای تحمل فشار بالا نیز استفاده کرد، اما در کل این دسته برای فشارهای متوسط و پایین مناسب‌تر است.
لوله کربن استیل متوسط
تعریف و ترکیب شیمیایی
فولاد متوسط کربن حدود ۰٫۳ تا ۰٫۶ درصد کربن و حدود ۰٫۶ تا ۱٫۶۵ درصد منگنز دارد . پایگاه فولاد جهان مهر نیز برای لوله‌های کربن متوسط بازهٔ ۰٫۳ تا ۰٫۶ درصد کربن را بیان می‌کند . این گروه از فولادها نسبت به فولادهای ملایم سخت‌تر و قوی‌تر هستند اما چقرمگی و قابلیت شکل‌دهی پایین‌تری دارند. با انجام عملیات حرارتی مانند نرماله کردن، کوئنچ و تمپر می‌توان ساختار داخلی آنها را تغییر داد و به ترکیبی مطلوب از سختی و داکتیلیته دست یافت .
ویژگی‌ها و رفتار مکانیکی
• تعادل بین استحکام و داکتیلیته: فولاد متوسط کربن دارای ساختار مارتنزیت است که باعث می‌شود استحکام و سختی متوسط و دوام مناسبی داشته باشد . این گروه امکان افزایش سختی از طریق عملیات حرارتی را فراهم می‌کند و در عین حال شکننده‌ی کامل نیست.
• قابلیت عملیات حرارتی: این لوله‌ها را می‌توان با انجام عملیات حرارتی مختلف (آنیل، کوئنچ و تمپر) برای دستیابی به خواص مورد نظر بهینه کرد؛ بنابراین در صنایع ماشین‌سازی و خودرو که نیاز به قطعات با خواص متعادل دارند، استفاده می‌شود .
• مقاومت نسبتاً بالاتر در برابر سایش: به دلیل درصد کربن بیشتر، مقاومت سایشی و سختی لوله‌های متوسط کربن نسبت به نوع ملایم بیشتر است و همین امر آنها را برای قطعاتی که تحت تنش و سایش هستند مناسب می‌کند.
• هزینه بالاتر از ملایم، اما پایین‌تر از پرکربن: با افزایش سختی، هزینه تولید و قیمت نهایی کمی افزایش می‌یابد اما هنوز نسبت به فولادهای آلیاژی و پرکربن مقرون‌به‌صرفه است.
کاربردها
فولادهای متوسط کربن برای اجزایی استفاده می‌شوند که به استحکام و سختی متوسط همراه با قابلیت ماشین‌کاری مناسب نیاز دارند:
• شفت‌ها، محور و چرخ‌دنده‌ها: شفت‌های ماشین‌آلات، محورهای خودرو، چرخ‌دنده‌ها، ریل‌های راه‌آهن و چرخ‌های قطار از جمله کاربردهای اصلی هستند .
• قطعات مکانیکی: انواع قطعات انتقال قدرت، پیچ‌های بزرگ، لولاها و قطعات ساختمانی که به مقاومت بالاتر نیاز دارند، با فولاد متوسط ساخته می‌شوند.
• لوله‌های فشار متوسط: در خطوط انتقال سیالات با فشار متوسط، از لوله‌های کربن متوسط استفاده می‌شود؛ زیرا در برابر تنش‌ها و خمیدگی مقاومت بیشتری نسبت به نوع ملایم دارند.
• قطعات خودرو و ماشین‌آلات صنعتی: میل‌لنگ‌ها و اجزایی که ضمن تحمل بار، نیازمند داکتیلیته و مقاومت به سایش هستند.
لوله کربن استیل پرکربن
تعریف و ترکیب شیمیایی
لوله پرکربن، که به آن لوله ابزار نیز گفته می‌شود، دارای ۰٫۶ تا ۲ درصد کربن است؛ در منابع انگلیسی محدودهٔ اصلی ۰٫۶ تا ۱ درصد ذکر شده و گاهی تا ۱٫۲۵ درصد نیز می‌رسد . در نسخهٔ فارسی فولاد جهان مهر، لوله‌های پرکربن با دامنهٔ ۰٫۶ تا ۲ درصد به عنوان دستهٔ سوم معرفی شده‌اند . میزان بالای کربن موجب افزایش چشمگیر سختی و استحکام می‌شود اما چقرمگی و قابلیت جوشکاری را به شدت کاهش می‌دهد؛ بنابراین جوشکاری یا ماشین‌کاری این لوله‌ها دشوار و نیازمند روش‌های حرارتی ویژه است .
ویژگی‌ها و رفتار مکانیکی
• سختی و مقاومت بسیار بالا: لوله‌های پرکربن در نتیجهٔ درصد بالای کربن و وجود فاز پرلیت یا مارتنزیت سخت، به شدت سخت و مقاوم به سایش هستند . این ویژگی باعث می‌شود که بتوانند فشار و ضربه‌های شدید را تحمل کنند، اما در مقابل شکننده‌تر و کم‌انعطاف‌تر هستند.
• کاهش داکتیلیته و جوش‌پذیری: افزایش کربن موجب تردی بالا می‌شود؛ به‌طوری که جوشکاری این لوله‌ها تنها با رعایت برنامهٔ دقیق عملیات حرارتی ممکن است . همچنین ماشین‌کاری و فرم‌دهی آنها دشوارتر است.
• مقاومت به سایش و خستگی: سختی بالا همراه با مقاومت عالی در برابر سایش و خستگی، این لوله‌ها را برای شرایط کاری بسیار سخت مناسب می‌کند.
کاربردها
به دلیل ویژگی‌های فوق، لوله‌های پرکربن بیشتر در ساخت ابزارها و قطعاتی استفاده می‌شوند که نیاز به تحمل بار زیاد، سایش شدید یا ضربه دارند:
• فنرها و سیم‌های پر استحکام: لوله‌ها و مقاطع پرکربن برای تولید فنرها و سیم‌های کششی با مقاومت بالا مناسب هستند .
• ابزار برنده و تیغه‌ها: چاقو، تیغهٔ اره، ابزار ماشین‌کاری و تجهیزات سوراخکاری اغلب از فولاد پرکربن تولید می‌شوند؛ زیرا خواص برندگی و حفظ لبه در آنها بالاست.
• قطعات مقاوم به سایش: غلطک‌ها، تیغه‌های ماشین‌آلات، محورهای دوار با تنش بالا و قطعات صنعتی که نیازمند مقاومت سایشی هستند، از این لوله‌ها استفاده می‌کنند.
• شرایط دمایی و فشاری بسیار بالا: در کاربردهای خاصی که نیاز به تحمل فشار بسیار بالا یا تماس مستقیم با مواد ساینده دارند، می‌توان از لوله‌های پرکربن استفاده کرد؛ البته بیشتر از لوله‌های بدون درز یا لوله‌های آلیاژی خاص استفاده می‌شود.
مقایسه و جمع‌بندی
تفاوت اصلی میان سه دستهٔ فوق، مقدار کربن و به تبع آن خواص مکانیکی است. جدول زیر این تفاوت‌ها را در قالب متن بررسی می‌کند (بدون استفاده از جدول به‌صورت متنی):
• کم‌کربن: کمتر از ۰٫۳ درصد کربن؛ نرم، شکل‌پذیر و جوش‌پذیر؛ مناسب برای خطوط انتقال سیالات معمولی، سازه‌های ساختمانی، صنایع خانگی و قطعات خودرو .
• متوسط کربن: ۰٫۳ تا ۰٫۶ درصد کربن؛ سختی و مقاومت بالاتر همراه با قابلیت عملیات حرارتی؛ مناسب برای شفت، چرخ‌دنده، ریل راه‌آهن و قطعات مکانیکی تحت فشار متوسط .
• پرکربن: بیش از ۰٫۶ درصد کربن (تا ۱–۲ درصد)؛ بسیار سخت و مقاوم به سایش اما شکننده و جوش‌پذیری پایین؛ مناسب برای تولید فنر، سیم‌های پر استحکام، ابزارهای برش و قطعاتی که نیاز به مقاومت سایشی زیاد دارند .
در انتخاب نوع لولهٔ کربن استیل باید شرایط کارکرد، فشار و دمای سیال، میزان سایش و نیاز به شکل‌پذیری یا جوشکاری را در نظر گرفت. لوله‌های کم‌کربن برای انتقال آب، گاز و مواد غیرفرساینده در دما و فشار معمولی بهترین گزینه هستند. لوله‌های متوسط کربن برای انتقال سیالات با فشار بیشتر و ساخت قطعات صنعتی که استحکام بالاتر نیاز دارند، انتخاب می‌شوند. لوله‌های پرکربن عمدتاً در صنعت ابزارسازی، تولید فنر و سیم‌های مقاوم و در برخی موارد خاص به عنوان بخشی از تجهیزات با تحمل ضربه و سایش شدید به کار می‌روند و کمتر به عنوان لوله‌های انتقال سیالات دیده می‌شوند. انتخاب درست گرید کربن می‌تواند کارایی، امنیت و طول عمر سیستم‌ها را به شکل محسوسی افزایش دهد.
برای کسب اطلاعات بیشتر با شرکت نگاه کمپانی تماس بگیرید.
