Хемијски састав: фактор који одређује
Најосновнија разлика између цеви од нерђајућег челика и цеви од угљеничног челика лежи у њиховом хемијском саставу, који одређује практично свако друго својство ових материјала. Цев од угљеничног челика је легура првенствено састављена од гвожђа и угљеника, са садржајем угљеника који се обично креће од 0,05% до 2,0%. Особине угљеничног челика су углавном дефинисане његовим садржајем угљеника, док количине других легирајућих елемената као што су хром, манган, кобалт или волфрам остају недефинисане. Насупрот томе, цев од нерђајућег челика садржи гвожђе, угљеник и најмање 10,5% хрома. Овај додатак хрома је кључна разлика: формира танак, невидљив, самопоправљајући слој хром-оксида на површини челика. Овај пасивни слој пружа изузетну заштиту од корозије и мрља, што је својство потпуно одсутно код угљеничног челика. Иако оба материјала садрже угљеник, количина угљеника и присуство хрома стварају две потпуно различите категорије материјала за примену у цевима.
Механичке особине и перформансе
Механичка својства цеви од угљеничног челика и цеви од нерђајућег челика значајно се разликују због њихових различитих стратегија легирања. Цев од угљеничног челика је позната по својој изузетној чврстоћи и издржљивости, што је чини пожељним избором за примену под високим притиском у грађевинарству, мостовима и тешким конструкцијама. Међутим, угљенични челик може бити крхкији и мање флексибилан у поређењу са својим нерђајућим паром. Цев од нерђајућег челика, иако је такође јака, показује већу дуктилност - што значи да може издржати већу силу без лома. Ова дуктилност чини нерђајући челик посебно вредним у апликацијама као што су ваздухопловство и аутомобилска индустрија где су потребне и флексибилност и снага. Поред тога, граница еластичности нерђајућег челика је приближно 50% његовог напона течења, што се разликује од угљеничног челика. За граничну употребу под притиском, већина одлука се и даље своди на ове две породице легура, при чему угљенични челик служи као радни коњ за услужне, процесне и структуралне примене, док се нерђајући челик бира када отпорност на корозију постане доминантна брига.
Отпорност на корозију: критични диференцијатор
Отпорност на корозију представља најзначајнију практичну разлику између ова два материјала цеви. Цеви од угљеничног челика су веома подложне рђи и корозији, посебно када су изложене влажним или тешким условима без одговарајућег заштитног премаза или третмана. У агресивним срединама као што су оне које садрже хлориде, угљенични челик је склон брзој униформној и локализованој корозији, као и пуцању изазваном водоником. Искуство на терену потврђује ову рањивост: примећено је да делови цеви од меког угљеничног челика покваре након приближно 17 година рада, док се за замену од нерђајућег челика у истом сервису очекује да ће премашити 100 година корисног века. Насупрот томе, цев од нерђајућег челика нуди изузетну отпорност на корозију због свог садржаја хрома. Хром формира стабилан, самопоправљајући пасивни филм који спречава рђање чак и у влажном, хемијском или морском окружењу. Док угљенични челик може да одоли корозији у специфичним, ограниченим условима као што су концентрована сумпорна киселина или каустични раствори на собној температури, он је генерално неприкладан за примене које укључују хлориде или пуцање услед корозије под напоном. Нерђајући челик, посебно аустенит, пружа одличне перформансе у оксидирајућим срединама, са 304 и 316 врстама које се широко користе у хемијским, прехрамбеним, фармацеутским и оффсхоре услугама. Међутим, треба напоменути да чак и нерђајући челик има ограничења: раствори који садрже хлорид могу изазвати корозионо пуцање под напоном у аустенитним класама.
Карактеристике заваривања: Дивергентни приступи
Заваривање цеви од угљеничног челика и нерђајућег челика захтева фундаментално различите технике и разматрања. Угљенични челик генерално нуди добру заварљивост, иако повећање садржаја угљеника доводи до веће тенденције ка отврдњавању у зони погођеној топлотом и повећане осетљивости на пуцање. Угљенични челик често има користи од захтева за претходно загревање и минималне међупролазне температуре како би се смањио ризик од пуцања водоника. За нерђајући челик, приступ заваривању мора да узме у обзир његове различите физичке особине: аустенитни нерђајући челици имају око 50% веће топлотно ширење и приближно једну трећину топлотне проводљивости угљеничног челика. Истопљени нерђајући метал за заваривање је мање течан од метала за заваривање угљеничног челика, тако да пенетрација шава није тако велика за исте параметре; за компензацију, спојеви од нерђајућег челика обично захтевају шири кос, тању површину корена и шири размак корена. Заваривање нерђајућег челика генерално користи 10-20% нижу струју од угљеничног челика да би се смањио унос топлоте. Нерђајући челик такође обично захтева горњу температуру између пролаза да би се смањило пуцање од врућег и други проблеми повезани са топлотом. Поред тога, аустенитни нерђајући челици су осетљиви на вруће пуцање и подложни таложењу карбида, што чини правилан избор метала за пуњење и контролу топлоте неопходним. Уобичајене методе заваривања цеви од угљеничног челика укључују МИГ/МАГ (ГМАВ) и заваривање штапом (СМАВ), док се цеви од нерђајућег челика обично заварују ТИГ (ГТАВ) и, ређе, ГМАВ.
Примене и употребе у индустрији
Посебна својства сваког материјала усмеравају их ка различитим применама. Цев од угљеничног челика остаје подразумевани избор за процесне цеви, комуналне водове, структурне стубове и пренос нафте и гаса на велике удаљености. Широко се користи у индустрији нафте и гаса, производњи електричне енергије, грађевинарству и производњи алата, машина и делова за аутомобиле. За воду, ваздух и конструкције под ниским притиском, АСТМ А53 Граде Б је најекономичнији избор. За високотемпературне услуге као што су пароводи електране и цевоводи процеса рафинерије, АСТМ А106 разред Б и Ц су стандардни. Цев од нерђајућег челика је назначена свуда где корозија, хигијена или повишена температура са отпорношћу на оксидацију постају доминантна брига. Широко се користи у фармацеутској индустрији, припреми хране, здравственим делатностима и срединама где су хигијена и отпорност на корозију најважнији. Аустенитне класе 304/304Л и 316/316Л служе за већину прехрамбених, фармацеутских, хемијских и оффсхоре услуга. Естетски квалитети нерђајућег челика га такође чине популарним избором за архитектонске и декоративне примене.
Трошкови и критеријуми избора
Економска разматрања између ова два материјала су значајна. Цеви од угљеничног челика су знатно приступачније за производњу од цеви од нерђајућег челика, што их чини пожељним избором када су буџетска ограничења примарна брига. Међутим, овај нижи почетни трошак мора бити уравнотежен са потребом за заштитним премазима, редовним одржавањем и потенцијалном заменом због корозије. Цеви од нерђајућег челика, иако су у почетку скупље, нуде дугорочне предности, укључујући ниско одржавање и изузетну издржљивост која обично компензује вишу цену. Избор између цеви од угљеничног челика и цеви од нерђајућег челика на крају зависи од специфичне комбинације притиска, температуре, медија и очекиваног века трајања. Ако су потребне исплативе цеви и корозија није велика брига, угљенични челик је одличан избор. Ако су потребне дуготрајне цеви са минималним одржавањем, посебно у корозивним или хигијенским окружењима, нерђајући челик је супериорна опција. Разумевање ових фундаменталних разлика у саставу, механичким својствима, отпорности на корозију, захтевима за заваривање и структури трошкова омогућава информисан избор материјала за било коју примену цевовода.
