مقایسه آلیاژهای اینکونل و استنلس استیل

در صنایع مختلف، به‌ویژه در محیط‌هایی با دمای بالا و شرایط خورنده، انتخاب آلیاژ مناسب تأثیر بسزایی در عملکرد و طول عمر تجهیزات دارد. اینکونل و استنلس استیل دو گروه مهم از آلیاژها هستند که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و استحکام بالا، در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این‌حال با مقایسه اینکونل و فولاد ضد زنگ، تفاوت‌های کلیدی در ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و عملکرد در شرایط خاص، قابل مشاهده است. در این مقاله از استیل رخ، به بررسی دقیق ویژگی‌ها و کاربردهای اینکونل و استنلس استیل می‌پردازیم و از جنبه‌های مختلف آن‌ها را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم. با شناخت تفاوت‌های این دو گروه از آلیاژها می‌توان برای شرایط کاری مورد نظر انتخاب بهینه‌تری داشت.

معرفی اینکونل و فولاد ضد زنگ

پیش از پرداختن به مقایسه اینکونل و فولاد ضد زنگ بهتر است تعریفی مختصر از هرکدام از این آلیاژها داشته باشیم. اینکونل گروهی از آلیاژهای پایه نیکل هستند که توسط شرکت Special Metals طراحی و تولید شدند. این آلیاژها در گریدها مختلف با ترکیب شیمیایی متفاوت عرضه می‌شوند. واژه “اینکونل” نامی تجاری است و شرکت‌های دیگر در صورتی که این آلیاژها را با ترکیب شیمیایی یکسان تولید کنند، نباید از این واژه استفاده کنند.

برای مثال اگر شرکتی ترکیب اینکونل 625 را تولید کند باید آن را با نام Alloy 625 به بازار عرضه کند. در بین گریدهای اینکونل، اینکونل 718، 620، 600 و 800 گریدهای پرکاربرد از آلیاژهای پایه نیکل هستند. قابل ذکر است که آلیاژهای هستلوی، اینکلوی، مونل و … نیز آلیاژهای دیگری بر پایه نیکل هستند.

از سوی دیگر آلیاژهای استنلس استیل یا فولاد ضد زنگ، آلیاژهایی پایه آهنی هستند که حداقل 10.5% کروم در ترکیب شیمیایی خود دارند. این مقدار کروم در ترکیب شیمیایی با تشکیل یک لایه اکسید غیر فعال، سبب مقاومت در برابر خوردگی می‌شود. این آلیاژها با توجه به ترکیب شیمیایی در گریدها مختلف تولید می‌شوند. استنلس استیل خود به 5 گروه استیل آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی، داپلکس و رسوب سخت شونده تقسیم می‌شود.

مقایسه اینکونل و فولاد ضد زنگ

اینکونل و استنلس استیل شباهت‌ها و تفاوت‌های زیادی دارند. معیار‌های مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت، استحکام بالا و سختی بالا مواردی از شباهت‌های این دو دسته آلیاژ هستند. اما میزان هرکدام از این ویژگی‌هاست که تفاوت‌های آن‌ها را شکل می‌دهد. در این مقاله قصد داریم این ویژگی‌ها را برای هرکدام از الیاژهای استنلس استیل و اینکونل بررسی کنیم تا تفاوت‌های آن‌ها را به خوبی درک کنیم.

ترکیب شیمیایی

اینکونل آلیاژی با پایه نیکل است، که این یعنی نیکل به عنوان عنصر اصلی در ترکیب شیمیایی این آلیاژها به حساب می‌آید. اما فولاد ضد زنگ آلیاژی پایه آهنی است و آهن بیش از سایز عناصر در ترکیب شیمیایی آن وجود دارد. پس از آهن، کروم و کربن در ترکیب شیمیایی استنلس استیل نقشی بسیار مهم دارند. در آلیاژهای پایه نیکل عناصری مانند کروم، آهن، مولیبدن، مس و … در مقادیر مختلف به آلیاژ افزوده می‌شوند.

مقاومت در برابر خوردگی

در مقایسه اینکونل و فولاد ضد زنگ، می‌توان به تفاوت مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی اشاره کرد. هر دو آلیاژ اینکونل و استنلس استیل به دلیل مقاومت در برابر خوردگی به طور گسترده در صنعت استفاده می‌شوند، اما در محیط‌های متفاوت عملکردهای مختلفی دارند. اینکونل در برابر نمک‌های مذاب و اسیدها، به‌ویژه اسید سولفوریک، بسیار مقاوم است و برای صنایعی که با شرایط شیمیایی تهاجمی سروکار دارند، انتخابی ایده‌آل محسوب می‌شود. در مقابل، استنلس استیل نیز در برابر برخی اسیدها مقاوم است، اما بیشتر در محیط‌هایی با میزان کلرید کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. هرچند گریدهایی مانند استنلس استیل 316 برای کاربردهایی در محیط‌های کلریدی بسیار مناسب هستند.

مقاومت در برابر حرارت

در دماهای بالا، اینکونل عملکرد بهتری نسبت به استنلس استیل دارد زیرا از مقاومت اکسیداسیون بالاتری برخوردار است. این ویژگی باعث شده تا اینکونل در صنایع هوافضا، که قطعات باید در برابر دماهای بالا مقاوم باشند، مورد استفاده قرار گیرد. از سوی دیگر، گریدهایی از استنلس استیل می‌توانند تا دمایی نزدیک به 1000 درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند. این گریدها با نام گریدهای نسوز در بازار شناخته می‌شوند. اما باید در نظر داشت آلیاژهای پایه نیکل مقاومت دمایی بالاتری دارند. برخی از گریدهای اینکونل می‌توانند تا دمای 1200 تا 1250 درجه سانتی‌گراد مقاومت کرده و خواص خود را حفظ کنند.

استحکام کششی

از نظر استحکام مکانیکی، آلیاژهای اینکونل عملکرد قابل‌توجهی در مقایسه با استنلس استیل دارند. به عنوان مثال، آلیاژ اینکونل 625 دارای استحکام کششی در محدوده‌ی 820 تا 1100 مگاپاسکال (120 تا ksi 160) است، درحالی‌که استحکام کششی استنلس استیل گرید 304 تنها 515 مگاپاسکال (75ksi) است. این اختلاف قابل‌توجه در استحکام کششی، آلیاژهای اینکونل را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهایی با تحمل تنش و بار بالا تبدیل می‌کند.

استحکام تسلیم

در مقایسه اینکونل و فولاد ضد زنگ استحکام تسلیم عاملی بسیار مهم است. استحکام تسلیم نقش مهمی در مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل دارد. این ویژگی برای طراحی قطعات تحت تنش از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. آلیاژهای اینکونل به طور کلی استحکام تسلیم بالاتری نسبت به استنلس استیل دارند که باعث افزایش دوام و ماندگاری آن‌ها تحت فشار و تنش می‌شود. این ویژگی، این آلیاژها را به گزینه‌ای مناسب برای کاربردهایی که نیاز به حفظ یکپارچگی ساختاری دارند، تبدیل می‌کند.

عملکرد در شرایط خورنده و تحت تنش

مقاومت اینکونل در برابر خستگی حرارتی و خزشی اینکونل را به آلیاژی مهم در صنایع هوافضا و تبدیل می‌کند. این آلیاژها برای تحمل تغییرات سریع دما بدون از دست دادن یکپارچگی ساختاری طراحی شده‌اند و در چالش‌برانگیزترین کاربردها، عملکرد و دوام خوبی دارند.

فرآیندهای تولید و جوشکاری

در مقایسه اینکونل و فولاد ضد زنگ در فرآیندهای تولید می‌توان به قابلیت کارسرد و جوشکاری متفاوت اشاره کرد. اینکونل به دلیل محتوای کروم و نیکل نسبت به استنلس استیل قابلیت ماشینکاری ضعیف‌تری دارد. ماشینکاری این آلیاژها باید با سرعت پایین و به همراه خنک کننده صورت گیرد. علاوه بر این، چاپ سه‌بعدی و تولید افزایشی روش‌هایی هستند که امکان ساخت قطعات پیچیده اینکونل را با دقت بالا و هدررفت کمتر مواد فراهم می‌کنند. این فناوری‌ها زمان و هزینه تولید را کاهش داده و باعث افزایش کاربرد اینکونل در صنایع هوافضا، انرژی و پتروشیمی شده‌اند.

ماشین‌کاری و جوشکاری در استنلس استیل راحت‌تر انجام می‌شود. سازگاری آن با تکنیک‌های مختلف شکل‌دهی و جوشکاری باعث شده است که در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی، فرآیند تولید کارآمدتری ارائه دهد. جوشکاری اینکونل نیز به دلیل مقاومت بالا در برابر ترک‌های حرارتی چالش‌برانگیز است، اما با استفاده از روش‌هایی مانند جوشکاری Tig و Mig و الکترودهای خاص نیکل‌پایه، کیفیت جوش بهبود می‌یابد.

عملیات حرارتی

با مقایسه اینکونل و فولاد ضد زنگ می‌توان تفاوت آن‌ها را در فرآیند روش‌های عملیات حرارتی نیز مشاهده نمود. استنلس استیل با توجه به ریزساختار تحت فرآیندهای متختلفی عملیات حرارتی می‌شود. همانطور که می‌دانید عملیات حرارتی می‌تواند برای دستیابی به ویژگی‌های مختلفی صورت گیرد. برای مقایسه اینکونل و فولاد ضد زنگ در عملیات حرارتی بهتر است عملیات مناسب برای هرکدام را در جدول بررسی کنیم.

کاربرد

با مقایسه اینکونل و فولاد ضد زنگ و مشاهده تفاوت‌های آن‌ها می توان انتظار داشت که در صنعت کاربردهای متفاوتی داشته باشند. هرچند در مواردی گریدهایی از این دو آلیاژ مورد می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند که در این شرایط، ویژگی‌هایی مانند قیمت و در دسترس بودن تعیین کننده می‌شود. قیمت اینکونل به مراتب بیشتر از استنلس استیل است. کاربرد استنلس استیل در صنایع مختلف دیده می‌شود و اغلب کاربردهای استنلس استیل در صنایع غذایی، بهداشتی، ساخت و ساز و پتروشیمی مشاهده می‌شود. از سوی دیگر کاربردهای اینکونل در صنایع هوافضا، نیروگاهی، ساخت تجهیزات خاص و … مشاهده می‌شود.

سخن آخر

انتخاب بین اینکونل و استنلس استیل به شرایط کاری، دما، میزان خوردگی و هزینه بستگی دارد. استنلس استیل با قیمت مناسب، قابلیت جوشکاری و شکل‌دهی آسان، گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای عمومی است، درحالی‌که اینکونل با مقاومت فوق‌العاده در برابر حرارت و محیط‌های خورنده، برای شرایط صنعتی سخت‌تر مناسب‌تر است. در نهایت، درک ویژگی‌های هر آلیاژ به انتخابی بهینه و افزایش طول عمر تجهیزات کمک می‌کند.