Kompozit çelik boruların aşınmaya dayanıklı çelik katmanı üzerine araştırma

Kullanıma dayanıklı kompozit çelik borular madencilik, elektrik üretimi, çimento üretimi ve metalürji gibi endüstrilerde yaygın olarak kullanılır.abrasif malzemelerin taşınmasında boru hattı üzerinde önemli bir aşınma meydana geldiğindeBu borular tipik olarak yapısal dayanıklılık için dış çelik katmanından ve aşınmaya, erozyona ve korozyona dayanacak şekilde tasarlanmış iç aşınmaya dayanıklı bir katmandan oluşur.Kullanıma dayanıklı katman, zorlu çalışma koşullarında borunun kullanım ömrünü uzatmada kritik bir rol oynarBu araştırma, malzeme bileşimini, mekanik özelliklerini ve performans parametrelerini analiz ederek kompozit çelik boruların aşınma katmanında kullanılan çeliklerin incelenmesine odaklanmaktadır.

Bu çalışmanın temel amacı, aşınma katmanı için uygun çelik sınıflarını belirlemek, sertlik, dayanıklılık ve aşınma direnci gibi temel parametrelerle performanslarını değerlendirmek,ve bulguları yapılandırılmış bir formatta sunarAraştırma aynı zamanda alaşım elemanlarının ve ısı işleme süreçlerinin aşınmaya dayanıklı çeliklerin performansına etkisini de araştırmaktadır.Çeşitli çelik sınıflarının özelliklerini özetlemek için ayrıntılı bir parametreler tablosu sağlanacaktır., ardından aşınmaya dayanıklı uygulamalara uygunluklarının derinlemesine bir analizi.

1. Kullanıma dayanıklı kompozit çelik borulara giriş

Kullanım direnci için tasarlanmış kompozit çelik borular tipik olarak iki veya daha fazla katmandan oluşur: dış yapı katmanı ve iç kullanıma dirençli bir katman.Dış katman genellikle mekanik dayanıklılık ve esneklik sağlamak için karbon çelik veya düşük alaşımlı çelikten yapılır, iç katman veya aşınma katmanı abrazif aşınmaya, erozyona ve bazen korozyona karşı dirençli olarak tasarlanmıştır.yüksek kromlu dökme demirBu araştırmada, aşınma direnci, dayanıklılık ve maliyet etkinliği dengesi nedeniyle çelik bazlı aşınma katmanlarına odaklanıyor.

Kullanım katmanı, kömür çamurunun, maden cevheri veya çimento klinkerinin abrazif etkisi gibi aşırı koşullara dayanmalıdır.Geleneksel karbon çelik borular, sınırlı sertlikleri ve aşınma direnci nedeniyle bu tür koşullarda hızlı bir şekilde bozulurBu sorunu çözmek için, yüksek sertliğe, iyi sertliğe ve darbe ve yorgunluğa dirençli aşınmaya dayanıklı çelikler geliştirilmektedir.,Molibden (Mo), vanadyum (V) ve nikel (Ni) özelliklerini artırmak için.

Kompozit boruların iç tabakası için aşınmaya dayanıklı çelik seçimi, sertlik ve sertlik arasında bir ödeme içerir.Yüksek sertlik aşınmaya dayanıklılığı arttırır ancak sertliği azaltabilirTersine, yüksek sertlik çarpma direncini arttırır ancak aşınma direncini tehlikeye atabilir.Bu çalışma, aşınma katmanlarına uygunluğunu belirlemek için çeşitli çelik sınıflarını inceler., kimyasal bileşimlerine, mekanik özelliklerine ve aşınma performanslarına odaklanır.

2- Kullanıma dayanıklı çelik için materyal seçimi

Kompozit boruların aşınma katmanı için çelik seçimi, çalışma ortamı, aşınma malzemesinin türü ve maliyet düşünceleri de dahil olmak üzere birkaç faktöre bağlıdır.Genellikle kullanılan aşınmaya dayanıklı çelikler arasında yüksek kromlu beyaz dökme demir vardırHer türün, aşağıda tartışılan farklı avantajları ve sınırlamaları vardır.

2.1 Yüksek Kromlu Beyaz dökme demir

Yüksek kromlu beyaz dökme demir, mükemmel sertliği ve aşınma direnci nedeniyle aşınmaya dayanıklı uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.Yüksek krom içeriği (tipik olarak %15~30), martensitik matrisde sert krom karbitlerinin (M7C3 tipi) oluşumunu teşvik ederAncak kırılganlığı, yüksek darbe içeren uygulamalarda kullanımını sınırlamaktadır.

2.2 Martensitik çelik

Martensitik çelikler, yüksek sertlik ve aşınma direnci sağlayan tamamen martensitik bir mikrostrüktüre ulaşmak için ısı ile tedavi edilir.MolibdenMartensitik çelikler, yüksek kromlu dökme demirle karşılaştırıldığında daha iyi bir sertlik ve sertlik dengesi sunar.Orta etkiye sahip uygulamalar için uygun hale getirmek.

2.3 Bainitik çelik

Bainitik çelikler, yüksek dayanıklılık, sertlik ve aşınma direnci kombinasyonunu sunan bainitik bir mikrostrukturla karakterize edilir.Bu çelikler genellikle hem aşınmaya hem de darbeye direnç gerektiren uygulamalarda kullanılırBor (B) ve molibden gibi alaşım elemanlarının eklenmesi, ısı işleminde bainit oluşumunu artırır.

3. Kullanım katman için aşınmaya dayanıklı çelik parametreleri

Farklı çelik sınıflarının kompozit çelik boruların aşınma katmanı için uygunluğunu değerlendirmek için, kimyasal bileşim, sertlik, darbe dayanıklılığı,ve aşınma oranıBu parametreler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.

Tablo parametreleriyle ilgili notlar:

• Kimyasal bileşimi:Alaşım elemanlarının yüzdesi, çeliklerin mikrostrukturunu ve mekanik özelliklerini etkiler.
• Sertlik:Rockwell Sertliği (HRC) olarak ölçülen daha yüksek değerler daha iyi aşınmaya direnç gösterir.
• Çarpışma sertliği:Santimetre kare başına (J/cm2) Joule olarak ölçülen daha yüksek değerler, daha iyi darbe direncini gösterir.
• Kullanım Hızı:Newton metre başına milimetre küp (mm3/N·m) olarak ölçülen daha düşük değerler daha iyi aşınma direnci gösterir.
• Sıcak işlem:İstenen mikrostructure ve özellikleri elde etmek için kullanılan işlem.

4. Kullanım katmanı uygulamaları için çelik parametrelerinin analizi

4.1 Yüksek kromlu dökme demir (A çelik)

Yüksek kromlu dökme demir (Steel A), HRC aralığı 58 ̊62 ile değerlendirilen malzemeler arasında en yüksek sertliği gösterir.Bu, martensitik bir matrisde sert M7C3 karbidlerinin varlığına bağlıdır.1.2 × 10−5 mm3/N·m'lik aşınma oranı, mükemmel aşınma direncini gösteren en düşüktür.Yüksek etki koşullarında çatlamaya karşı duyarlı hale getirirBu çelik, en az etkinin olduğu ince kömür külü veya çimento çamurunun taşınması gibi saf aşınmayı içeren uygulamalar için en uygundur.

4.2 Martensitik çelik (B çelik)

Martensitik çelik (Steel B), sertlik (50 ̊55 HRC) ve darbe sertliği (20 ̊30 J/cm2) arasında dengeli bir kombinasyon sunar.5 × 10−5 mm3/N·m, yüksek kromlu dökme demirden daha yüksektir, ancak yine de birçok uygulama için kabul edilebilir%12 kromo eklenmesi korozyon direnci arttırırken, molibden ve vanadyum sertleşme ve aşınma direnciyi arttırır.Bu çelik, orta derecede darbe ve aşınmayı içeren uygulamalar için uygundur., örneğin kaba mineral cevherlerinin taşınması gibi.

4.3 Bainitik çelik (C çelik)

Bainitik çelik (Çelik C), değerlendirilen aşınmaya dayanıklı çelikler arasında en iyi darbe sertliğini (4050 J / cm2) sağlar.0 × 10−5 mm3/N·m, martensitik çelikten daha yüksektir, biraz daha düşük aşınma direnci göstermektedir.Bu çelik yüksek darbe ve orta aşınma içeren uygulamalar için ideal, örneğin büyük parçacık boyutları olan madencilik operasyonlarında boru hatları.

4.4 Düşük alaşımlı çelik (D çelik)

Düşük alaşımlı çelik (D çelik) karşılaştırma için bir temel olarak kullanılır. 40 ̊45 HRC sertliği ve 5.0 × 10−5 mm3/N · m bir aşınma oranı ile, değerlendirilen malzemeler arasında en düşük aşınma direncine sahiptir.Ancak, çarpma sertliği (60 ′′ 80 J / cm2) en yüksektir, bu da çarpma direnci kritik olan, ancak aşınma direnci daha az endişeli olan uygulamalar için uygundur.Bu çelik tipik olarak aşınma katmanları için kullanılmıyor, ancak kompozit borularda dış yapı katmanı olarak hizmet edebilir.

5Alaşımlı Elementlerin ve Isı İşleminin Etkisi

Kullanıma dayanıklı çeliklerin performansları kimyasal bileşimi ve ısı işlem süreci tarafından büyük ölçüde etkilenir.

5.1 Alaşım elemanlarının rolü

Alaşım elemanları, aşınmaya dayanıklı çeliklerin mikrostruğunu ve özelliklerini belirlemede kritik bir rol oynar.Krom, karbit oluşturarak sertliği ve aşınma dayanıklılığını artırmak için en önemli elementtirYüksek kromlu dökme demirde (Steel A), % 25 krom içeriği, olağanüstü aşınma dayanıklılığına katkıda bulunan M7C3 karbitlerinin yüksek bir hacme bölümü ile sonuçlanır.Molibden sertleşme kabiliyetini ve ısıtmaya dayanıklılığını arttırır, Vanadyum, ince karbitler oluşturarak taneler yapısını arıtır ve aşınma dayanımlılığını arttırır.Sertliği ve yorgunluk direncini artırmak.

5.2 Isı işleminin etkisi

İstenen mikrostrüktür ve özellikleri elde etmek için söndürme, ısıtma ve austempering gibi ısı işlemleri kullanılır.Sertleştirme sonrasında kalınlaştırma, yüksek sertliğe ve orta sertliğe sahip tamamen martensitik bir mikroyapı üretir.Bainitik çelik (Çelik C) için kullanılan austempering, sertlik ve sertlik arasında iyi bir denge sağlayan bainit oluşturmak için izotermal dönüşümü içerir.Yüksek kromlu dökme demir (Steel A) tipik olarak kalıntı gerginlikleri gidermek için isteğe bağlı sertleştirme ile dökme durumunda kullanılır.

6. Kullanım Katmanı Tasarımı için Pratik Düşünceler

Kompozit çelik boruların aşınma katmanını tasarlarken, birkaç pratik düşünce ele alınmalıdır:

• • Çalışma ortamı:Sıvı malzemenin türü, parçacık boyutu, hız ve darbe koşulları çelik seçimini belirler.Yüksek darbeye sahip kaba malzemeler için, bainitik çelik tercih edilir.

• Maliyet ve Performans:Yüksek kromlu dökme demir, martensitik veya bainitik çelikten daha pahalıdır, ancak üstün aşınma direnci sunar.
• Üretilebilirlik:Kullanım tabakası, genellikle merkezkaç dökme veya kaplama yoluyla dış çelik tabakasına metalürjik olarak yapıştırılmalıdır.
• Bakım ve Değiştirme:Kullanım katmanı gerektiğinde kolayca değiştirilmesi için tasarlanmalıdır. Ayrılıklı kullanım katmanlarına sahip kompozit borular arıza sürelerini ve bakım maliyetlerini azaltabilir.

7Sonuç.

Kompozit çelik boruların aşınmaya dayanıklı tabakası, abrasif ortamlarda boru hattlarının kullanım ömrünü uzatmada çok önemli bir rol oynar.Bu araştırma, yıpranma katmanları olarak uygunlukları açısından dört çelik sınıfını değerlendirdi.Yüksek kromlu dökme demir en iyi aşınma dayanıklılığını, ancak zayıf sertliği gösterdi.Düşük etki uygulamalar için uygun hale getirirMartensitik çelik sertlik ve dayanıklılığın dengeli bir kombinasyonunu sunarken, bainitik çelik en iyi darbe direncini sağladı.Çoğu uygulama için gerekli aşınma direnci yoktu.

Çelik seçimi, abrasif malzemenin türü, darbe seviyesi ve maliyet kısıtlamaları da dahil olmak üzere özel çalışma koşullarına bağlıdır.Alaşım elemanları ve ısı işlemleri, aşınmaya dayanıklı çeliklerin performansını önemli ölçüde etkilerTabloda sunulan parametreler, her çelik sınıfının özelliklerinin kapsamlı bir genel görünümünü sağlar.Mühendisler ve tasarımcılar için değerli bir referans olarak hizmet ediyor.