تفاوت‌های کلیدی فولاد فورج در مقابل فولاد ریخته‌گری قابل‌توجه است و استفاده از هر یک بر اساس کاربرد در لوله‌کشی تاسیسات و لوله‌کشی صنعتی و پایپینگ متفاوت است. در صنایع فولاد انواع لوله فولادی و تجهیزات لوله‌کشی معمولاً به دو روش ریخته‌گری و آهنگری یا فورج ساخته می‌شوند. در روش ریخته‌گری فولاد؛ طی فرایند حرارتی ابتدا فلز ذوب میشود. سپس در حالت مایع درون قالب موردنظر ریخته میشود. به‌این‌ترتیب محصول شکل می‌گیرد و فولاد ریخته‌گری تولید میشود.
این در حالی است که آهنگری فولاد به معنای اِعمال نیروهای مکانیکی نورد بر روی بلوک‌های جامد گرم شده فولادی (مانند شمش‌ها یا بیلت‌ها) است. داخل صنعت تجهیزات لوله‌کشی به محصولات فولادی که از طریق آهنگری تولید می‌شوند؛ اتصالات فورج نیز گفته میشود.
در این بخش از دانستنی‌های آهن نرخ به مقایسه فولاد فورج در مقابل فولاد ریخته‌گری می‌پردازیم و مزایای منحصربه‌فرد هر کدام را برمی‌شماریم.
در این مقاله می‌خوانید:
- مزایای فولاد فورج در مقابل فولاد ریخته‌گری در پایپینگ
- موارد برتری فولاد ریخته‌گری در مقابل فولاد آهنگری یا فولاد فورج
- فولاد فورج برای چه مواردی استفاده بهتری نسبت به فولاد ریخته‌گری دارد؟
- ساختار فرایند ریخته‌گری فولاد در مقایسه با عملیات آهنگری
مزایای فولاد فورج در مقابل فولاد ریخته‌گری در پایپینگ
از مزایای فولاد فورج در مقابل فولاد ریخته‌گری در پایپینگ این است که محصولات حاصل از این دو فرایند با این‌که در پایه مواد مشترک هستند، خواص متفاوتی ارائه می‌دهند.
محصولات حاصل از فرایندهای ریخته‌گری و آهنگری دارای خواص متفاوتی از نظر تخلخل سطحی، ساختار دانه، استحکام کششی و مقاومت در برابر خستگی هستند.
- تخلخل سطحی surface porosity : به‌طورکلی برای محصولات آهنگری در مقابل ریخته‌گری تخلخل سطحی بهتری وجود دارد.
- ساختار دانه‌بندی grain structure : محصولات آهنگری یا اتصالات فورج ساختار دانه‌بندی ریزتری نسبت به فولاد ریخته‌گری دارند.
- استحکام کششی و مقاومت در برابر خستگی tensile strength :
به‌طورکلی ساختار اتصالات فولادی فورج در استحکام کششی و مقاومت در برابر خستگی برتری قابل‌توجهی دارند.
از نقاط مشترک تولید فولاد آهنگری و فولاد ریخته‌گری این است که هر دو فرایند تولید نیاز به اِعمال دماهای بالا برای مواد خام فولادی دارند. دمای بالا برای عملیات شکل‌پذیری در ریخته‌گری و همچنین هنگام آهنگری و ماشین‌کاری CNC در پایان فرایند برای به‌دست‌آوردن محصول نهایی الزامی است. در صنعت تجهیزات لوله‌کشی و پایپینگ اتصالات فورج در نهایت تحت عملیات پرداخت سطوح و ایجاد پوشش مقاوم قرار می‌گیرند. این روند در مورد اتصالات ریخته‌گری نیز انجام میشود؛ رنگ‌آمیزی، پوشش پودری، پرداخت سطوح با انواع مختلف پوشش از فولاد در برابر خوردگی محافظت می‌کند.
عملیات گالوانیزه با استفاده از پوشش روی داغ، محافظت از سایش و سخت‌شدن با استفاده از روکش کاربید تنگستن اتصالات لوله‌کشی را مقاوم می‌کنند. اتصالات دنده ای گالوانیزه کاربردی و مقرون‌به‌صرفه هستند و معمولاً از فولاد آهنگری یا فولاد فورج شده تولید می‌شوند.
موارد برتری فولاد ریخته‌گری در مقابل فولاد آهنگری یا فولاد فورج
در لوله‌کشی تاسیسات و لوله‌کشی صنعتی فرایند ریخته‌گری برای موارد زیر ترجیح داده میشود:
- بعضی قطعات ساختن آنها از طریق آهنگری بسیار پیچیده یا گران است. مانند بدنه شیرهای بزرگ در مهم‌ترین شیرآلات صنعتی با فولاد ریخته‌گری تولید می‌شوند.
- قطعات فولادی در پایپینگ که دارای حفره‌های داخلی هستند با فولاد ریخته‌گری بهتر تولید می‌شوند.
- بهترین روش تولید قطعات فولادی با اندازه بزرگ بهره‌گیری از فولاد ریخته‌گری است چرا که عملاً هیچ محدودیتی برای اندازه و وزن در ریخته‌گری نیست.
- انواع فلنج فلزی در اتصالات لوله‌کشی برای سایزهای بزرگ در خطوط لوله انتقال در صنایع آب و صنایع نفت و گاز از فولاد ریخته‌گری تأمین می‌شوند.
- برای اجزای بسیار بزرگ تجهیزات لوله‌کشی و پایپینگ استفاده از فولاد ریخته‌گری که از طریق جوشکاری به سیستم لوله‌کشی متصل می‌شوند ترجیح دارد.
فولاد فورج
- این برتری به دلیل آن است که معمولاً قطعات کمتری درگیر اتصالات می‌شوند و فولاد ریخته‌گری نسبت به فولاد فورج جوش‌پذیری بهتری دارد.
- در عملیات آهنگری، فلز جامد با فشار وارد حفره قالب میشود و به همان نسبت تنش بیشتری بر فولاد فورج وارد میشود.
- معمولاً برای تولید قطعات فولادی کوچک در اتصالات لوله با آلیاژهای خاص که نیاز به تولید انبوه دارند از روش فولاد ریخته‌گری استفاده میشود. لازم به یادآوری است که برخی آلیاژهای خاص سخت‌تر از آن هستند که با عملیات آهنگری و فورج قابل‌تولید باشند. به‌عنوان‌مثال، قطعات فولاد آلیاژی با درصد بالای نیکل و مولیبدن که مقاومت قابل‌توجهی در برابر نیروهای مکانیکی دارند.
- به‌طورکلی از مزایای ویژه فولاد ریخته‌گری نسبت به فولاد فورج می‌توانیم به تنظیم قدرت مقاومت و تحمل بالا مطابق با معیارهای پروژه اشاره کنیم.
- عملیات ریخته‌گری امکان استفاده از عناصر آلیاژی و افزایش تحمل‌های مختلف را به‌خوبی فراهم می‌کند.
- یکپارچگی ساختاری پایین در ریخته‌گری قطعاتی را ایجاد می‌کند که متخلخل‌تر از محصولات فورج هستند.
- محصولات ساخته‌شده از فولاد ریخته‌گری معمولاً به خدمات ثانویه کمتری نسبت به قطعات تولیدی از فولاد فورج نیاز دارند تا به محصول نهایی تبدیل شوند.
فولاد فورج برای چه مواردی استفاده بهتری نسبت به فولاد ریخته‌گری دارد؟
بعضی قطعاتی که به استحکام، چقرمگی و مقاومت بسیار بالایی نیاز دارند. این قطعات از طریق فرایند آهنگری و عملیات فورج ساخته می‌شوند. در واقع فولاد فورج در طول فرایند آهنگری، ساختار دانه‌بندی فولاد را برای مطابقت با شکل محصول نهایی شکل می‌دهد. در فولاد فورج با درصد بالای یکنواختی در ترکیب و تبلور مجدد ساختار متالورژی فولاد اصلاح میشود. به‌این‌ترتیب قطعاتی که باید در برابر ضربه‌ها و نیروهای مکانیکی قوی‌تر مقاومت کنند با فولاد فورج و طی عملیات آهنگری تولید می‌شوند.
در پایپینگ صنایع پتروشیمی و صنایعی که قطعات دارای تخلخل، خطر ایجاد فضای خالی برای تجمع گازها را دارند، قطعات با فولاد فورج کاربرد دارند. برای سیستم لوله‌کشی صنعتی کارخانه‌های صنایع غذایی و صنایع دارویی احتمال تشکیل حفره‌ها؛ حتی در اندازه ریزدانه‌ای قابل‌قبول نیست. در این شرایط فولاد فورج می‌تواند کمک مؤثری در همراهی با بهره‌وری در لوله فولادی ضدزنگ باشد.
در چه مواردی میتوان فولاد فورج را جایگزین آلیاژ های دیگر کرد؟
فولاد فورج که طی عملیات آهنگری برای تولید قطعات مکانیکی قوی استفاده میشود، همتای مناسبی برای جایگزینی آلیاژهای گران‌قیمت است. فولاد فورج قطعاتی که نیاز به مقاومت بالا در برابر سایش دارند را بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تر از آلیاژهای فولادی گران‌قیمت ارائه می‌کند. برای تجهیزات لوله‌کشی و پایپینگ که در معرض بار و تنش بالا هستند و همچنین هزینه در کنار کیفیت از اهمیت ویژه برخوردار است؛ فولاد فورج گزینه مناسبی است. امروزه تکامل فن آوری‌های ریخته‌گری، شکاف بین خواص فیزیکی محصولات و اتصالات ریخته‌گری و آهنگری را کاهش داده است.
محصولات ریخته‌گری مدرن از فولاد ریخته‌گری به لحاظ کیفیت، استحکام و مقاومت در برابر سایش بسیار رقابتی عمل می‌کنند. بااین‌حال، در بسیاری از زمینه‌ها، فولاد فورج یا فولاد آهنگری مزیت‌های خاص خود را حفظ کرده است و در مواردی ترجیح دارد. باتوجه‌به نحوه انتخاب شیرآلات صنعتی در سیستم لوله‌کشی همچنان شیرهای با اندازه کوچک، ساخته شده از فولاد فورج ترجیح دارد. دریچه‌های فورج و انواع شیر کنترلی در پایپینگ از فولاد فورج طبق عملیات آهنگری ساخته میشود.
ساختار فرایند ریخته‌گری فولاد در مقایسه با عملیات آهنگری
انواع فرایندهای ریخته‌گری عبارت‌اند از:
ریخته‌گری شن و ماسه SAND CASTING
روش ریخته‌گری شن و ماسه سنتی‌ترین روش ریخته‌گری است. این روش شامل ریختن فلز مایع در چسب‌هایی است که در برابر فلزمذاب مقاومت می‌کنند.
ریخته‌گری دقیق Investment casting
این اصطلاح به قالب‌گیری سرامیکی و مومی به‌صورت دقیق اشاره دارد که با تزریق فلز مایع به داخل قالب انجام میشود. متریال درون قالب می‌تواند از موم سخت، موم فداشونده یا مواد مشابه باشد. به این صورت جداره داخلی قالب سرامیکی با لایه‌ای مومی پوشیده میشود و هنگام تزریق فلزمذاب باحرارت بالا از بین می‌رود. انتخاب چگونگی تولید فولاد ریخته‌گری بر اساس کاربردهای مختلف و بسته به ابعاد قطعات متفاوت است.
ریخته‌گری شن و ماسه بیشتر برای قطعات بزرگ استفاده میشود و ریخته‌گری دقیق برای قطعات کوچک تا وزن ۱۰۰ کیلوگرم و حداکثر طول ۱.۵ متر کاربرد دارد. توجه به تلرانس‌های مجاز و اهداف هزینه‌ای در تولید قطعات با فولاد ریخته‌گری در تعیین روش‌های ریخته‌گری مؤثر است. ریخته‌گری دقیق نه‌تنها باعث ایجاد قطعات دقیق‌تر میشود، بلکه نسبت به ریخته‌گری شن و ماسه مقرون‌به‌صرفه‌تر است.
عملیات آهنگری
بسته به دمایی که در طول فرایند آهنگری بر فلزات اولیه از جمله فولاد اِعمال میشود، عملیات آهنگری به دودسته تقسیم میشود:
فولاد آهنگری سرد: زمانی که فلز تحت حرارت قرار نمی‌گیرد، یعنی فرایند آهنگری در دمای اتاق انجام میشود، فولاد آهنگری سرد خواهیم داشت. به‌این‌ترتیب نیروهای مکانیکی بالاتری موردنیاز است و فلز در مقایسه با روش‌های آهنگری گرم شکل‌پذیری کمتری دارد.
فولاد آهنگری گرم: در این روش مواد خام در دمای بین ۸۰۰ تا ۹۵۰ و ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم میشود، سپس عملیات فرم دهی انجام می‌گیرد.
فولاد فورج گرم: زمانی که دمای گرمایش بالاتر از ۹۵۰ و ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد و به‌طورکلی زیر ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد فرایند فورجینگ انجام می‌گیرد. طی عملیات فورجینگ؛ فولاد فورج شکل‌پذیری بالایی دارد و آهنگری را حتی با اعمال فشارهای مکانیکی متوسط ممکن می‌کند.
انواع فورجینگ فولاد
عملیات فورجینگ به دو صورت فورجینگ بسته و فورجینگ باز انجام می‌پذیرد:
فورجینگ بسته CLOSED DIE FORGING
در فولاد فورج قالب بسته؛ فرایند آهنگری به صورتیست که قالب‌ها به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند. به این ترتیب قطعه در حال تولید را به طور کامل یا جزئی می‌پوشانند. در فورجینگ بسته فولاد اولیه گرم شده که تقریباً به شکل یا اندازه قطعه آهنگری نهایی است، در قالب زیرین قرار می‌گیرد.
فورجینگ باز OPEN DIE FRUGING
در فولاد فورج قالب باز فرایند آهنگری به این شکل است که تغییر شکل یک قطعه فلز بین قالب‌های متعددی انجام می‌گیرد که کاملاً مواد را در خود محصور نمی‌کنند. در تولید قطعات با فولاد فورج لازم است فلز با عمل قالب‌گیری همراه با چکش‌خواری و مهرزدن به شکل موردنظر تبدیل شود.
کاربردهای فولاد ریخته‌گری و فولاد فورج
ریخته‌گری و آهنگری فولاد برای تولید قطعات در صنایع زیر استفاده میشود:
- سیستم لوله‌کشی و پایپینگ کارخانه‌های پتروشیمی به‌عنوان‌مثال شیرآلات فورج و اتصالات فورج و فلنج
- تولید برق و بازیافت زباله
- صنایع معدن و فراوری مواد معدنی
- کشاورزی و دامداری
- لوله‌کشی تاسیسات تصفیه آب
- صنایع هوانوردی
- صنعت خودرو برای تولید قرقره‌ها و چرخ‌دنده‌ها
- خطوط لوله انتقال مواد
- پایه‌های بنا در ساختمان‌سازی
- تولید قطعات ریل در راه‌آهن
برای تأمین تجهیزات لوله‌کشی و انواع قطعات فولادی از فولاد فورج و فولاد ریخته‌گری در صنایع مختلف می‌توانید با مشاورین ما در آهن نرخ در تماس باشید.
ما برای ارائه کیفیت و تأمین نیاز شما بهترین را در اختیارتان می‌گذاریم.
با ما تماس بگیرید.
