สำหรับโครงสร้างรับน้ำหนักที่สัมผัสกับความชื้น สารเคมี หรือสภาพแวดล้อมที่มีน้ำเกลือ ท่อสเตนเลสทรงสี่เหลี่ยมเกรดออสเทนนิติก 304 หรือ 316 มอบคุณค่าระยะยาวที่ดีที่สุด . ท่อสี่เหลี่ยมขนาด 50×50×2.5 มม. 304 มีความสามารถในการโมเมนต์การดัดงอมากกว่า 1,470 N·m (ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของผลผลิต 205 MPa) และมีอัตราการกัดกร่อนสม่ำเสมอต่ำกว่า 0.05 มม./ปี ในบรรยากาศอุตสาหกรรม ในขณะที่เหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่เคลือบจะต้องเปลี่ยนใหม่ภายใน 8–12 ปีภายใต้เงื่อนไขที่คล้ายคลึงกัน ส่วนที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลต่อไปนี้ช่วยให้วิศวกรและผู้ผลิตเลือก ขนาด และทำงานกับท่อสเตนเลสสตีลทรงสี่เหลี่ยมได้อย่างมีประสิทธิภาพ
คุณสมบัติทางกลและเกรดทั่วไป
ท่อสี่เหลี่ยมสเตนเลสสตีลมีจำหน่ายในตระกูลโลหะหลายตระกูล เกรดออสเทนนิติก (304, 316) ให้ความแข็งแรง ความเหนียว และความสามารถในการเชื่อมสูงสุด ในขณะที่เกรดเฟอร์ริติก (430) มีต้นทุนที่ต่ำกว่าแต่ต้านทานการกัดกร่อนลดลง ตารางด้านล่างสรุปขีดจำกัดทางกลที่สำคัญตามข้อกำหนด ASTM A554 (ท่อเชื่อม)
| เกรด | ความแข็งแรงของผลผลิต (ออฟเซ็ต 0.2%) MPa | ความต้านแรงดึง MPa | การยืดตัว (% ใน 50 มม.) | ความแข็ง (HRB สูงสุด) |
|---|---|---|---|---|
| 304 / 304L | 205 | 515 | 40 | 90 |
| 316 / 316L | 205 | 515 | 40 | 90 |
| 430 (เฟอริติก) | 205 | 450 | 22 | 85 |
สำหรับงานโครงสร้างที่ต้องการการขึ้นรูปที่ดี ท่อสี่เหลี่ยมสแตนเลส 304 เป็นเกรดที่ระบุกันอย่างแพร่หลาย โดยมีความแข็งแรงของผลผลิตขั้นต่ำ 205 MPa และความทนทานต่อแรงกระแทกที่สม่ำเสมอจนถึง -20°C ในสภาวะที่มีการกัดกร่อนสูง (ทางทะเล การแปรรูปทางเคมี) 316 พร้อมการเติมโมลิบดีนัมให้ความต้านทานการเกิดรูพรุนที่เหนือกว่าโดยมีค่า PREN (เทียบเท่าความต้านทานการเกิดหลุม) 24–26 เทียบกับ 18–20 สำหรับ 304
มาตรฐานมิติและการคำนวณน้ำหนัก
ท่อสี่เหลี่ยมสแตนเลสมักผลิตตามขนาด ISO 6362, EN 10219 หรือ ASTM A554 โดยทั่วไปความหนาของผนังจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1.0 มม. ถึง 6.0 มม. โดยมีความยาวด้านนอกตั้งแต่ 10 มม. ถึง 200 มม. . สามารถคำนวณมวลทางทฤษฎีต่อเมตร (กก./ม.) ได้อย่างแม่นยำโดยใช้ความหนาแน่นของเหล็กสเตนเลส (7,930 กก./ลบ.ม.) และพื้นที่หน้าตัดของสี่เหลี่ยมกลวง:
น้ำหนัก (กก./ม.) = 0.00793 × [S² - (S - 2×t)²] โดยที่ S = ด้านนอก (มม.), t = ความหนาของผนัง (มม.)
ลดความซับซ้อน: น้ำหนัก = 0.03172 × t × (S - t) . ตัวอย่างเช่น ท่อขนาด 40×40×2.0 มม. มีน้ำหนัก: 0.03172 × 2.0 × (40 - 2.0) = 2.41 กก./ม. ตารางด้านล่างแสดงน้ำหนักอ้างอิงสำหรับขนาดทั่วไป
| ด้านนอก (มม.) | ความหนาของผนัง (มม.) | น้ำหนักต่อเมตร (กก./ม.) | พื้นที่หน้าตัด (มม.²) |
|---|---|---|---|
| 20×20 | 1.5 | 0.88 | 111 |
| 25×25 | 1.5 | 1.12 | 141 |
| 30×30 | 2.0 | 1.78 | 224 |
| 40×40 | 2.0 | 2.41 | 304 |
| 50×50 | 2.5 | 3.77 | 475 |
| 60×60 | 3.0 | 5.42 | 684 |
| 80×80 | 4.0 | 9.64 | 1216 |
เมื่อสั่งซื้อให้ตรวจสอบว่าท่อผลิตมาเพื่อหรือไม่ ค่าเผื่อ "ความเหลี่ยม" ±1° ที่มุมมุมและการบิด ≤ 1 มม. ต่อความยาวเมตร . พารามิเตอร์เหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อการติดตั้งเฟรมโมดูลาร์และชุดประกอบแบบเชื่อม
ความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน
ชั้นโครเมียมออกไซด์แบบพาสซีฟบนท่อสเตนเลสสตีลทรงสี่เหลี่ยมให้ความทนทานเป็นเลิศ แต่สภาพแวดล้อมเฉพาะจำเป็นต้องเลือกเกรดอย่างระมัดระวัง ตารางต่อไปนี้เปรียบเทียบอัตราการกัดกร่อนของ 304 และ 316 กับสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อนทั่วไป
| สภาพแวดล้อม / สภาวะการทดสอบ | เกรด 304 (mm/year) | เกรด 316 (mm/year) | เหล็กคาร์บอน (มม./ปี) |
|---|---|---|---|
| การแช่ NaCl 3.5%, 25°C, 30 วัน | 0.045 | 0.008 | 0.62 |
| บรรยากาศทางอุตสาหกรรม (SO₂ 0.5 มก./ลบ.ม.) | 0.015 | 0.007 | 0.35 |
| การทดสอบแบบรูเข็ม FeCl₃ 6% (ASTM G48) | เริ่มเกิดหลุม > 72 ชม | ไม่มีการเกิดหลุมหลังจาก 120 ชม | หลุมรุนแรงภายใน 8 ชม |
การใช้งานทางทะเลและชายฝั่ง
สำหรับท่อสเตนเลสทรงสี่เหลี่ยมที่สัมผัสกับสเปรย์เกลือ แนะนำให้ใช้เกรด 316 อย่างยิ่ง . ข้อมูลจากการสัมผัสชายฝั่งในระยะยาว (ISO 12944-6) แสดงให้เห็นว่า 304 อาจประสบกับการกัดกร่อนตามรอยแยกใต้ปะเก็นหรือบริเวณแคลมป์หลังจากผ่านไป 5-7 ปี ในขณะที่ 316L ยังคงไม่ถูกโจมตีหลังจากผ่านไป 15 ปี ใช้ความหนาของผนังขั้นต่ำ 2 มม. เพื่อลดความเสี่ยงของการเจาะทะลุเฉพาะจุด
เคมีและการแปรรูปอาหาร
ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด (pH 3–5, กรดอินทรีย์) ท่อสี่เหลี่ยมเกรด 304 ต้านทานการกัดกร่อนได้สูงถึง 60°C; นอกเหนือจากนั้นหรือมีคลอไรด์อยู่ ให้อัพเกรดเป็น 316 การตกแต่งพื้นผิวก็มีความสำคัญเช่นกัน: ผิวสำเร็จโรงสี 2B (Ra ≤ 0.5 µm) ช่วยเพิ่มความสามารถในการทำความสะอาดและความต้านทานการเกิดรูพรุนได้ถึง 30% เมื่อเทียบกับการรีดร้อนอันดับ 1
แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการผลิต: การเชื่อมและการตัด
การทำงานกับท่อสเตนเลสสตีลต้องใช้เทคนิคเฉพาะเพื่อรักษาความต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งแรงทางกล ด้านล่างนี้คือหลักเกณฑ์สำคัญที่ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลอุตสาหกรรม
คำแนะนำในการเชื่อม
- การเชื่อม TIG (GTAW) ด้วยฟิลเลอร์ 308L (สำหรับ 304) หรือฟิลเลอร์ 316L (สำหรับ 316) ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความต้านทานการกัดกร่อนที่ตรงกัน . ใช้แก๊สสำรองอาร์กอนเพื่อป้องกันการเกิดน้ำตาลบนพื้นผิวด้านใน
- อุณหภูมิระหว่างทางสูงสุด: 150°C สำหรับเกรดออสเทนนิติก . หากเกินนี้อาจทำให้เกิดการตกตะกอนของคาร์ไบด์และลดความต้านทานการเกิดรูพรุนได้
- อินพุตความร้อน: จำกัดที่ ≤ 1.5 กิโลจูล/มม. สำหรับความหนาของผนัง ≤ 3 มม. ซึ่งช่วยลดการบิดเบือนและรักษาโปรไฟล์สี่เหลี่ยมจัตุรัส
การตัดและเครื่องจักรกล
การเลื่อยเย็นหรือการเลื่อยวงเดือนด้วยความแม่นยำด้วยใบมีดโลหะคู่ (TPI 10–14 สำหรับผนัง 2–4 มม.) ช่วยให้ได้ขอบที่สะอาดตา หลีกเลี่ยงล้อตัดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนซึ่งสร้างความร้อนจากการเสียดสีมากเกินไป ซึ่งอาจทำให้พื้นผิวแข็งตัวได้ หลังจากตัดแล้ว ให้ขัดและขจัดคราบความร้อนออกโดยใช้แปรงสแตนเลสหรือน้ำยาดองเสมอ เพื่อคืนค่าชั้นพาสซีฟ ในการทดสอบ โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนซึ่งมีออกซิเดชันที่ไม่ผ่านการบำบัดจะมีโอกาสเกิดรูพรุนลดลง 40–60%
- ตัดท่อตามความยาว โดยเหลือไว้ 1 มม. เพื่อการตกแต่งขั้นสุดท้าย
- ลบคมขอบภายในและภายนอกด้วยเสี้ยนหรือตะไบคาร์ไบด์
- แช่ด้วยสารละลายกรดไนตริก 15–20% (หรือทางเลือกอื่นที่มีซิตริก) เป็นเวลา 30 นาทีที่ 50°C จากนั้นล้างออก
- ทำการทดสอบการแตกตัวของน้ำเพื่อความสะอาด
เกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพโครงสร้าง
ท่อสี่เหลี่ยมสเตนเลสสตีลมักใช้ในโครงรับน้ำหนัก ราวจับ และส่วนรองรับทางสถาปัตยกรรม ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการดัดงอของลำแสงที่รองรับง่ายๆ ทั่วไปที่ความสูง 2.5 ม.
ตัวอย่าง: ท่อสี่เหลี่ยม 50×50×2.5 มม. เกรด 304 (ความแข็งแรงของผลผลิต 205 MPa) . โมดูลัสส่วน (S) = 7,160 mm³ โมเมนต์การดัดงอสูงสุด M = σ_y × S = 205 × 7,160 = 1,467,800 N·mm กลับไปยัง 1,468 N·m สำหรับโหลดจุดศูนย์กลางบนช่วง 2.5 ม. โหลดสูงสุดที่อนุญาต F = 4M / L = (4 × 1,468) / 2.5 = 2,349 N data 239 กก . ซึ่งให้ปัจจัยด้านความปลอดภัยประมาณ 2.5 ต่อความล้มเหลวขั้นสุดท้ายเมื่อใช้ขีดจำกัดการรับน้ำหนักบริการทั่วไปที่ 95 กก. (ต่อมาตรฐานราวจับ)
ในการบีบอัด เสายาว 1 เมตรขนาด 50×50×2.5 มม. 304 มีภาระการโก่งงอของออยเลอร์ (หมุดยึดอยู่กับที่) เกิน 85 kN ซึ่งหมายความว่าสามารถรองรับน้ำหนักได้มากกว่า 5,000 กก. ได้อย่างปลอดภัยก่อนที่ความไม่เสถียรของความยืดหยุ่นจะกลายเป็นเรื่องสำคัญ เพื่อการออกแบบที่ใช้งานได้จริง ใช้ปัจจัยการออกแบบ 2.0–3.0 เสมอเมื่อทำงานกับท่อสเตนเลสสตีลทรงสี่เหลี่ยมในสภาวะการใช้งานแบบไดนามิกหรือมีฤทธิ์กัดกร่อน .
