Untuk struktur menanggung beban yang terdedah kepada kelembapan, bahan kimia atau persekitaran masin, tiub persegi keluli tahan karat dalam gred austenit 304 atau 316 memberikan nilai jangka panjang yang terbaik . Tiub persegi 50×50×2.5 mm 304 menawarkan kapasiti momen lentur melebihi 1,470 N·m (berdasarkan kekuatan hasil 205 MPa) dan mempamerkan kadar kakisan seragam di bawah 0.05 mm/tahun dalam atmosfera industri, manakala keluli karbon tidak bersalut memerlukan penggantian dalam tempoh 8–12 tahun dalam keadaan yang sama. Bahagian dipacu data berikut membantu jurutera dan fabrikasi memilih, saiz dan bekerja dengan tiub persegi keluli tahan karat dengan berkesan.
Sifat Mekanikal dan Gred Biasa
Tiub persegi keluli tahan karat boleh didapati dalam beberapa keluarga metalurgi. Gred Austenit (304, 316) memberikan gabungan kekuatan, kemuluran dan kebolehkimpalan tertinggi , manakala gred feritik (430) menawarkan kos yang lebih rendah tetapi mengurangkan rintangan kakisan. Jadual di bawah meringkaskan had mekanikal utama bagi setiap spesifikasi ASTM A554 (tiub dikimpal).
| Gred | Kekuatan Hasil (0.2% offset) MPa | Kekuatan Tegangan MPa | Pemanjangan (% dalam 50mm) | Kekerasan (HRB maks) |
|---|---|---|---|---|
| 304 / 304L | 205 | 515 | 40 | 90 |
| 316 / 316L | 205 | 515 | 40 | 90 |
| 430 (Ferit) | 205 | 450 | 22 | 85 |
Untuk aplikasi struktur yang memerlukan kebolehbentukan yang baik, Tiub persegi keluli tahan karat 304 adalah gred yang paling banyak ditentukan , dengan kekuatan hasil minimum 205 MPa dan keliatan impak yang konsisten hingga -20°C. Dalam tetapan yang sangat menghakis (marin, pemprosesan kimia), 316 dengan tambahan molibdenum memberikan rintangan pitting yang unggul dengan nilai PREN (Pitting Resistance Equivalent) 24–26 berbanding 18–20 untuk 304.
Piawaian Dimensi & Pengiraan Berat
Tiub persegi keluli tahan karat biasanya dihasilkan mengikut dimensi ISO 6362, EN 10219 atau ASTM A554. Ketebalan dinding biasanya berkisar antara 1.0 mm hingga 6.0 mm, dengan panjang sisi luar dari 10 mm hingga 200 mm . Jisim teori per meter (kg/m) boleh dikira dengan tepat menggunakan ketumpatan keluli tahan karat (7,930 kg/m³) dan luas keratan rentas persegi berongga:
Berat (kg/m) = 0.00793 × [S² - (S - 2×t)²] di mana S = bahagian luar (mm), t = ketebalan dinding (mm)
Memudahkan: Berat = 0.03172 × t × (S - t) . Sebagai contoh, berat tiub 40×40×2.0 mm: 0.03172 × 2.0 × (40 - 2.0) = 2.41 kg/m. Jadual di bawah menyediakan berat rujukan untuk saiz biasa.
| Bahagian luar (mm) | Ketebalan dinding (mm) | Berat per meter (kg/m) | Luas keratan rentas (mm²) |
|---|---|---|---|
| 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 |
Semasa membuat pesanan, sahkan sama ada tiub itu dikilangkan ke Toleransi "persegi" ±1° pada sudut sudut dan pusingan ≤ 1 mm setiap meter panjang . Parameter ini secara langsung mempengaruhi kesesuaian dalam bingkai modular dan pemasangan yang dikimpal.
Rintangan Kakisan dalam Persekitaran Berbeza
Lapisan kromium oksida pasif pada tiub persegi keluli tahan karat memberikan ketahanan yang sangat baik, tetapi persekitaran tertentu memerlukan pemilihan gred yang teliti. Jadual berikut membandingkan kadar kakisan untuk 304 dan 316 berbanding media agresif biasa.
| Keadaan persekitaran / Ujian | Gred 304 (mm/year) | Gred 316 (mm/year) | Keluli karbon (mm/tahun) |
|---|---|---|---|
| Rendaman NaCl 3.5%, 25°C, 30 hari | 0.045 | 0.008 | 0.62 |
| Suasana industri (SO₂ 0.5 mg/m³) | 0.015 | 0.007 | 0.35 |
| Ujian pitting FeCl₃ 6% (ASTM G48) | Pitting dimulakan > 72j | Tiada pitting selepas 120j | Pitting teruk dalam masa 8j |
Aplikasi Laut dan Pantai
Untuk tiub persegi keluli tahan karat yang terdedah kepada semburan garam, Gred 316 amat disyorkan . Data daripada pendedahan pantai jangka panjang (ISO 12944-6) menunjukkan bahawa 304 boleh mengalami kakisan celah di bawah gasket atau kawasan pengapit selepas 5-7 tahun, manakala 316L kekal hampir tidak diserang selepas 15 tahun. Gunakan ketebalan dinding minimum 2 mm untuk mengurangkan risiko penembusan setempat.
Kimia dan Pemprosesan Makanan
Dalam persekitaran berasid (pH 3–5, asid organik), tiub persegi gred 304 menahan kakisan sehingga 60°C; lebih daripada itu atau dengan kehadiran klorida, naik taraf kepada 316. Kemasan permukaan juga penting: kemasan kilang 2B (Ra ≤ 0.5 µm) meningkatkan kebolehbersih dan rintangan pitting sehingga 30% berbanding dengan kemasan canai panas #1.
Amalan Terbaik Fabrikasi: Kimpalan dan Memotong
Bekerja dengan tiub persegi keluli tahan karat memerlukan teknik khusus untuk mengekalkan rintangan kakisan dan kekuatan mekanikal. Di bawah ialah garis panduan utama yang disokong oleh data industri.
Cadangan Kimpalan
- Kimpalan TIG (GTAW) dengan pengisi 308L (untuk 304) atau pengisi 316L (untuk 316) memastikan padanan rintangan kakisan . Gunakan gas sokongan argon untuk mengelakkan gula pada permukaan dalam.
- Suhu interpass maksimum: 150°C untuk gred austenit . Melebihi ini boleh menyebabkan pemendakan karbida dan rintangan pitting berkurangan.
- Input haba: hadkan kepada ≤ 1.5 kJ/mm untuk ketebalan dinding ≤ 3 mm. Ini mengurangkan herotan dan mengekalkan profil segi empat sama.
Memotong dan Pemesinan
Gergaji sejuk atau menggergaji jalur ketepatan dengan bilah dwilogam (TPI 10–14 untuk dinding 2–4 mm) memberikan tepi yang bersih. Elakkan roda pemotong yang kasar yang menghasilkan haba geseran yang berlebihan, yang boleh mengeraskan permukaan. Selepas memotong, sentiasa deburr dan keluarkan pewarna haba secara mekanikal menggunakan berus keluli tahan karat atau pes jeruk untuk memulihkan lapisan pasif. Dalam ujian, zon yang terjejas haba dengan pengoksidaan yang tidak dirawat mengalami pengurangan 40-60% dalam potensi pitting.
- Potong tiub mengikut panjang, tinggalkan 1 mm tambahan untuk kemasan.
- Deburr bahagian dalam dan luar tepi dengan burr atau kikir karbida.
- Pasifkan dengan larutan asid nitrik 15–20% (atau alternatif berasaskan sitrik) selama 30 minit pada suhu 50°C, kemudian bilas.
- Lakukan ujian pecah air untuk memastikan kebersihan.
Penanda Aras Prestasi Struktur
Tiub persegi keluli tahan karat sering digunakan dalam bingkai galas beban, pegangan tangan, dan sokongan seni bina. Contoh berikut menunjukkan kapasiti lenturnya untuk rasuk yang disokong ringkas 2.5 m biasa.
Contoh: 50×50×2.5 mm tiub persegi, Gred 304 (kekuatan hasil 205 MPa) . Modulus keratan (S) = 7,160 mm³. Momen lentur maksimum M = σ_y × S = 205 × 7,160 = 1,467,800 N·mm ≈ 1,468 N·m. Untuk beban titik pusat pada rentang 2.5 m, beban maksimum yang dibenarkan F = 4M / L = (4 × 1,468) / 2.5 = 2,349 N ≈ 239 kg . Ini memberikan faktor keselamatan kira-kira 2.5 terhadap kegagalan muktamad apabila menggunakan had beban perkhidmatan biasa 95 kg (setiap standard susur tangan).
Dalam pemampatan, lajur 1 meter panjang 50×50×2.5 mm 304 tiub mempunyai beban lengkok Euler (disemat tetap) melebihi 85 kN, bermakna ia boleh menyokong lebih 5,000 kg dengan selamat sebelum ketidakstabilan anjal menjadi kritikal. Untuk reka bentuk praktikal, sentiasa gunakan faktor reka bentuk 2.0–3.0 apabila bekerja dengan tiub persegi keluli tahan karat dalam keadaan perkhidmatan dinamik atau menghakis .
