تحقیق در مورد فولاد مقاوم به فرسایش برای لایه فرسایش لوله های فولادی کامپوزیت
لوله های فولادی کامپوزیت مقاوم به فرسایش به طور گسترده ای در صنایع مانند معدن، تولید برق، تولید سیمان و فلزات استفاده می شود.در صورتی که حمل مواد خیس کننده باعث فرسایش قابل توجهی در خط لوله شوداین لوله ها به طور معمول شامل یک لایه فولادی خارجی برای قدرت ساختاری و یک لایه مقاوم درونی طراحی شده برای مقاومت در برابر سایش، فرسایش و خوردگی هستند.لایه مقاوم به لباس نقش مهمی در افزایش عمر لوله در شرایط سخت عملیاتی دارداین تحقیق بر مطالعه فولاد مورد استفاده در لایه ی فرسایش لوله های فولادی کامپوزیت، تجزیه و تحلیل ترکیب مواد، خواص مکانیکی و پارامترهای عملکرد متمرکز است.
هدف اصلی این مطالعه شناسایی فولاد مناسب برای لایه فرسایش، ارزیابی عملکرد آنها از طریق پارامترهای کلیدی مانند سختی، استقامت و مقاومت در برابر فرسایش است.و یافته ها را در قالب ساختاری ارائه می دهداین تحقیق همچنین تأثیر عناصر آلیاژ و فرآیندهای درمان حرارتی را بر عملکرد فولاد مقاوم به لباس بررسی می کند.یک جدول دقیق از پارامترها برای خلاصه کردن خواص انواع مختلف فولاد ارائه خواهد شد، و سپس تجزیه و تحلیل عمیق از مناسب بودن آنها برای کاربردهای مقاوم در برابر لباس.
1معرفی لوله های فولادی کامپوزیت مقاوم به فرسایش
لوله های فولادی کامپوزیت که برای مقاومت در برابر فرسایش طراحی شده اند معمولاً از دو یا چند لایه تشکیل شده اند: یک لایه ساختاری بیرونی و یک لایه مقاوم در برابر فرسایش داخلی.لایه بیرونی اغلب از فولاد کربن یا فولاد آلیاژ پایین ساخته شده است تا قدرت مکانیکی و انعطاف پذیری را فراهم کنددر حالی که لایه داخلی یا لایه فرسایش برای مقاومت در برابر فرسایش خیس، فرسایش و گاهی اوقات خوردگی طراحی شده است.آهن رسوب با کرمیوم بالادر این تحقیق، تمرکز بر لایه های لباس بر اساس فولاد به دلیل تعادل مقاومت در برابر لباس، سختی و هزینه آنها است.
لایه فرسایش باید در شرایط شدید مانند اثر خمیر زغال سنگ، سنگ معدنی یا کلینکر سیمان مقاومت کند.لوله های فولادی کربن سنتی به دلیل سختی محدود و مقاومت در برابر لباس در چنین شرایطی به سرعت شکست می خورندبرای حل این مشکل، فولاد های مقاوم در برابر لباس با سختی بالا، سختی خوب و مقاومت در برابر ضربه و خستگی توسعه یافته اند. این فولاد ها اغلب شامل عناصر آلیاژ مانند کروم (Cr) هستند.,مولیبدن (Mo) ، وانادیوم (V) و نیکل (Ni) برای افزایش خواص آنها.
انتخاب فولاد مقاوم در برابر فرسایش برای لایه داخلی لوله های کامپوزیت شامل تعادل بین سختی و سختی است.سختی بالا باعث افزایش مقاومت در برابر سایش می شود اما ممکن است سختی را کاهش دهددر مقابل، سختی بالا مقاومت در برابر ضربه را افزایش می دهد اما ممکن است مقاومت در برابر لباس را به خطر بیندازد.در این مطالعه، انواع مختلفی از فولاد برای تعیین مناسب بودن آنها برای لایه های فرسایش مورد بررسی قرار می گیرد.، با تمرکز بر ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی و عملکرد لباس.
2انتخاب مواد برای فولاد مقاوم به فرسایش
انتخاب فولاد برای لایه ی فرسایش لوله های کامپوزیت بستگی به عوامل متعددی دارد، از جمله محیط عملیاتی، نوع ماده ی خیس و ملاحظات هزینه ای.فولاد های مقاوم در برابر فرسایش که معمولاً استفاده می شوند شامل آهن گچ سفید با کروم بالا هستند، فولاد مارتنسیتیک و فولاد باینیتیک. هر نوع دارای مزایا و محدودیت های متمایز است که در زیر مورد بحث قرار می گیرد.
2.1 آهن ریخته سفید با کرمیوم بالا
آهن گلاس سفید کرومیوم بالا به دلیل سختی عالی و مقاومت در برابر سایش ، در کاربردهای مقاوم در برابر لباس به طور گسترده ای استفاده می شود.محتوای بالای کروم (معمولاً 15٪ تا 30٪) باعث تشکیل کربیدهای کروم سخت (نوع M7C3) در ماتریس مارتنسیتی می شود، که به طور قابل توجهی مقاومت در برابر فرسایش را افزایش می دهد. با این حال، شکنندگی آن استفاده از آن را در برنامه های کاربردی شامل ضربه های بالا محدود می کند.
2.2 فولاد مارتنسیتی
فولاد های مارتنسیتی به منظور دستیابی به یک میکروساخت کاملاً مارتنسیتی، که دارای سختی بالا و مقاومت در برابر فرسایش است، با حرارت درمان می شوند. این فولاد ها اغلب با عناصر مانند کروم،مولیبدنفولاد های مارتنسیتیک در مقایسه با آهن های ریخته شده با کروم بالا، تعادل بهتر در سخت بودن و سختی را ارائه می دهند.که آنها را برای کاربردهای با تاثیر متوسط مناسب می کند.
2.3 فولاد بیانیتیک
فولاد های باینیتیک با میکروسروکتور باینیتیک مشخص می شوند که ترکیبی از قدرت بالا، سفتی و مقاومت در برابر فرسایش را ارائه می دهد.این فولادها اغلب در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر سایش و ضربه دارند استفاده می شونداضافه کردن عناصر آلیاژ مانند بور (B) و مولیبدنوم باعث افزایش تشکیل bainite در طول درمان گرمی می شود.
3پارامترهای فولاد مقاوم به فرسایش برای لایه فرسایش
برای ارزیابی مناسب بودن فولاد های مختلف برای لایه ی فرسایش لوله های فولادی کامپوزیت، چندین پارامتر کلیدی از جمله ترکیب شیمیایی، سختی، مقاومت در برابر ضربه،و میزان فرسایشاین پارامترها در جدول زیر خلاصه شده اند.
| درجه فولاد |
ترکیب شیمیایی (٪) |
سختی (HRC) |
سختی ضربه (J/cm2) |
میزان فرسایش (mm3/N·m) |
درمان گرما |
| آهن رسوب شده با Cr بالا (A) |
ج: دو5، Cr: 25، Mo: 1.0، Si: 0.8 |
۵۸۶۲ |
5 ¢10 |
1.2 × 10−5 |
به عنوان ریخته شده + تبر کردن |
| فولاد مارتنسیتیک (B) |
C: 0.4، Cr: 12، Mo: 0.5، V: 0.2 |
۵۵۵ |
20 ¢30 |
2.5 × 10−5 |
خاموش کردن + سخت کردن |
| فولاد باینیتیک (C) |
C: 0.3، Cr: 3، Mo: 0.5، ب: صفر003 |
45 ¢50 |
۴۰۵۰ |
3.0 × 10−5 |
آبپاشي |
| فولاد کم آلیاژ (D) |
C: 0.2، Cr: 1.5, Mn: 1.0 |
۴۰ ٫۴۵ |
۶۰ ٪ ۸۰ |
5.0 × 10−5 |
عادی شدن |
توجه به پارامترهای جدول:
- ترکیب شیمیایی:درصد عناصر آلیاژ بر میکروسtruktور و خواص مکانیکی فولاد تاثیر می گذارد.
- سختي:اندازه گیری شده در سختی راکول (HRC) ، مقادیر بالاتر نشان دهنده مقاومت بهتر در برابر سایش است.
- مقاومت ضربه:اندازه گیری شده در ژول در هر سانتی متر مربع (J / cm2) ، مقادیر بالاتر نشان دهنده مقاومت بهتر در برابر ضربه است.
- نرخ فرسایش:در میلی متر مکعب در هر نیوتن (mm3/N·m) اندازه گیری می شود، مقادیر پایین تر نشان دهنده مقاومت بهتر در برابر سایش است.
- درمان گرمایی:فرآیند مورد استفاده برای دستیابی به میکروسtruktور و خواص مورد نظر.
4تجزیه و تحلیل پارامترهای فولاد برای کاربردهای لایه ی فرسایش
4.1 آهن رسوب با کروم بالا (فولاد A)
آهن ریخته ای با کروم بالا (فولاد A) بالاترین سختی را در میان مواد مورد ارزیابی نشان می دهد، با محدوده HRC 58 ∼ 62.این امر به وجود کربیدهای سخت M7C3 در ماتریس مارتنسیتی نسبت داده می شود.. نرخ سایش 1.2 × 10-5 mm3/N · m پایین ترین است ، که نشان دهنده مقاومت عالی در برابر سایش است. با این حال ، مقاومت ضربه آن ضعیف است (5 ≈ 10 J / cm2) ،که باعث می شود در شرایط ضربه های شدید شکننده شوداین فولاد برای کاربردهایی که شامل سایش خالص هستند، مانند حمل خاکستری زغال سنگ نازک یا مواد سیمان، که در آن تاثیر حداقل است، مناسب است.
4.2 فولاد مارتنسیتی (فولاد B)
فولاد مارتنسیتیک (فولاد B) ترکیبی متعادل از سختی (50 55 HRC) و سختی ضربه (20 30 J / cm2) را ارائه می دهد.5 × 10−5 mm3/N·m بالاتر از آهن ریخته با کروم بالا است اما هنوز هم برای بسیاری از برنامه های کاربردی قابل قبول استاضافه کردن ۱۲٪ کروم مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد، در حالی که مولیبدن و واندیم مقاومت در برابر سخت شدن و لباس را بهبود می بخشند.این فولاد مناسب برای کاربردهایی است که شامل ضربه متوسط و سایش است، مانند حمل و نقل سنگ معدنی خام.
4.3 فولاد باینیتیک (فولاد C)
فولاد باینیتیک (فولاد C) بهترین مقاومت ضربه (40 ٪ 50 J / cm2) را از بین فولاد های مقاوم در اثر فرسایش ارزیابی شده با سختی 45 ٪ 50 HRC ارائه می دهد. نرخ فرسایش آن 3.0 × 10−5 mm3/N·m بالاتر از فولاد مارتنسیتی است، که نشان دهنده مقاومت لباس کمی پایین تر است. میکروساخت bainitic، به دست آمده از طریق austempering، مقاومت عالی در برابر خستگی و ضربه را ارائه می دهد.این فولاد برای کاربردهایی که شامل ضربه های بالا و سایش متوسط است ایده آل است، مانند خط لوله در عملیات معدن با اندازه ذرات بزرگ.
4.4 فولاد کم آلیاژ (فولاد D)
فولاد کم آلیاژ (فولاد D) به عنوان یک پایه برای مقایسه استفاده می شود. با سختی 40 ٪ 45 HRC و میزان فرسایش 5.0 × 10-5 mm3/N · m، کمترین مقاومت فرسایش را در میان مواد مورد ارزیابی دارد.با این حال، مقاومت ضربه (60 ٪ 80 J / cm2) بالاترین است، که آن را برای برنامه هایی که مقاومت در برابر ضربه بسیار مهم است، اما مقاومت در برابر لباس کمتر است، مناسب می کند.این فولاد به طور معمول برای لایه های فرسایش استفاده نمی شود اما می تواند به عنوان یک لایه ساختاری خارجی در لوله های کامپوزیت استفاده شود.
5تاثیر عناصر آلیاژ و درمان حرارتی
عملکرد فولاد مقاوم به فرسایش به شدت تحت تأثیر ترکیب شیمیایی و فرآیند درمان حرارتی آن قرار دارد. در زیر بحث مفصلی در مورد این عوامل ارائه شده است.
5.1 نقش عناصر آلیاژ
عناصر آلیاژ نقش مهمی در تعیین میکروساخت و خواص فولاد مقاوم در برابر فرسایش دارند.کروم مهمترین عنصر برای افزایش سختی و مقاومت در برابر فرسایش با تشکیل کاربید استدر آهن رسوب با کروم بالا (فولاد A) ، محتوای کروم 25٪ منجر به یک کسری حجم بالا از کربیدهای M7C3 می شود، که به مقاومت خارق العاده آن کمک می کند.مولیبدن باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر تند شدن می شود، در حالی که وانادیوم ساختار دانه را تصفیه می کند و مقاومت در برابر فرسایش را با تشکیل کربید های ظریف افزایش می دهد. در فولاد باینیتیک (فولاد C) ، افزودن بور باعث تشکیل باینیت می شود.بهبود سختی و مقاومت در برابر خستگی.
5.2 اثر درمان حرارتی
برای رسیدن به میکروساخت و خواص مورد نظر از فرآیندهای درمان حرارتی مانند خنک کردن، تند کردن و austempering استفاده می شود.خنک کردن به دنبال آن، یک میکروساخت کاملاً مارتنسیتی با سختی بالا و سختی متوسط تولید می کند.استمپرینگ، که برای فولاد باینیتیک (فولاد C) استفاده می شود، شامل تبدیل ایزوترمی برای تشکیل باینیت است که تعادل خوبی در سختی و سختی را ارائه می دهد.آهن ریخته ای با کروم بالا (فولاد A) به طور معمول در حالت ریخته شده با تمدن اختیاری برای کاهش استرس های باقیمانده استفاده می شود.
6ملاحظات عملی برای طراحی لایه پوشیدن
در هنگام طراحی لایه ی فرسایش لوله های فولادی کامپوزیت، باید چندین ملاحظات عملی مورد توجه قرار گیرد:
-
- محیط عملیاتی:نوع مواد خیس، اندازه ذرات، سرعت و شرایط ضربه انتخاب فولاد را تعیین می کند. برای خیس های نازک با تاثیر کم، آهن ریخته ای کرومیوم بالا ایده آل است.برای مواد ضخیم با تاثیر زیاد، فولاد باینیتیک ترجیح داده می شود.
- هزینه در مقابل عملکرد:آهن ریخته ای با کروم بالا گران تر از فولاد مارتنسیتیک یا باینتیک است اما مقاومت لباس پوشیدن برتر را ارائه می دهد. انتخاب بستگی به عمر مورد نیاز و محدودیت های بودجه دارد.
- قابلیت تولید:لایه ی فرسایش باید به صورت متالورژیک به لایه ی فولادی بیرونی متصل شود، اغلب از طریق ریخته گری از مرکز یا پوشش. سازگاری فولاد با این فرآیندهای باید در نظر گرفته شود.
- نگهداری و تعویض:لایه فرسایش باید برای جایگزینی آسان در صورت لزوم طراحی شود. لوله های کامپوزیت با لایه های فرسایش قابل جدا کردن می توانند زمان خرابی و هزینه های نگهداری را کاهش دهند.
7نتیجه گیری
لایه مقاوم به لباس لوله های فولادی کامپوزیت نقش مهمی در افزایش عمر لوله ها در محیط های خیس کننده ای دارد.این تحقیق چهار نوع فولاد را برای مناسب بودن آنها به عنوان لایه های لباس مورد ارزیابی قرار داد: آهن ریخته ای با کروم بالا، فولاد مارتنسیتیک، فولاد بیانیتیک و فولاد کم آلیاژ. آهن ریخته ای با کروم بالا بهترین مقاومت در برابر فرسایش را نشان می دهد، اما مقاومت ضعیف،که آن را برای کاربردهای کم تاثیر مناسب می کندفولاد مارتنسیتیک ترکیبی متعادل از سختی و سختی را ارائه می دهد، در حالی که فولاد باینیتیک بهترین مقاومت را ارائه می دهد.فاقد مقاومت لباس لازم برای اکثر کاربردهای.
انتخاب فولاد بستگی به شرایط عملیاتی خاص، از جمله نوع مواد خیس، سطح ضربه و محدودیت های هزینه دارد.عناصر آلیاژ و فرایندهای درمان حرارتی تاثیر قابل توجهی بر عملکرد فولاد مقاوم به لباس دارند، اجازه می دهد تا راه حل های سفارشی برای پاسخگویی به نیازهای مختلف. پارامترهای ارائه شده در جدول یک نمای کلی از خواص هر نوع فولاد را فراهم می کند،به عنوان یک مرجع ارزشمند برای مهندسان و طراحان.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!