Исследование износостойкой стали для слоя износостойкости труб из композитной стали

Противомощные износу композитные стальные трубы широко используются в таких отраслях промышленности, как горнодобывающая промышленность, производство электроэнергии, производство цемента и металлургия,когда транспортировка абразивных материалов вызывает значительный износ трубопроводовЭти трубы обычно состоят из внешнего стального слоя для устойчивости конструкции и внутреннего износостойкого слоя, предназначенного для устойчивости к абразии, эрозии и коррозии.Отпорный слой играет решающую роль в продлении срока службы трубы в суровых условиях эксплуатацииДанное исследование сосредоточено на изучении стали, используемой в слое износа композитных стальных труб, анализируя состав материала, механические свойства и параметры производительности.

Основной целью данного исследования является выявление подходящих сортов стали для слоя износа, оценка их производительности с помощью ключевых параметров, таких как твердость, прочность и износостойкость,и представить результаты в структурированном форматеИсследование также исследует влияние сплавных элементов и процессов тепловой обработки на производительность износостойкой стали.Для обобщения свойств различных видов стали будет предоставлена подробная таблица параметров., после чего проводится глубокий анализ их пригодности для износостойких применений.

1. Введение в износостойкие композитные стальные трубы

Композитные стальные трубы, предназначенные для износостойкости, обычно состоят из двух или более слоев: внешнего структурного слоя и внутреннего износостойкого слоя.Внешний слой часто изготавливается из углеродистой стали или низколегированной стали для обеспечения механической прочности и гибкости, а внутренний слой, или слой износа, предназначен для устойчивости к абразивному износу, эрозии и иногда коррозии.высокохромированное чугунВ этом исследовании основное внимание уделяется слоям износа на основе стали из-за их баланса износостойкости, прочности и экономичности.

Склад износа должен выдерживать экстремальные условия, такие как абразивное воздействие угольной лужи, минеральных руд или цементного клинкера.Традиционные трубы из углеродистой стали быстро разрушаются в таких условиях из-за их ограниченной твердости и износостойкостиДля решения этой проблемы разрабатываются износостойкие стали с высокой твердостью, хорошей прочностью и устойчивостью к ударам и усталости.,молибден (Mo), ванадий (V) и никель (Ni) для повышения их свойств.

Выбор износостойкой стали для внутреннего слоя композитных труб предполагает компромисс между твердостью и прочностью.Высокая твердость повышает устойчивость к абразии, но может уменьшить прочностьС другой стороны, высокая прочность повышает устойчивость к ударам, но может снизить износостойкость.В данном исследовании рассматриваются различные сорта стали для определения их пригодности для слоев износа, сосредоточившись на их химическом составе, механических свойствах и износостойкости.

2Выбор материала для износостойкой стали

Выбор стали для слоя износа композитных труб зависит от нескольких факторов, включая рабочую среду, тип абразивного материала и расходы.Обычно используемые износостойкие стали включают высокохромное белое чугунное железоКаждый тип имеет свои преимущества и ограничения, которые обсуждаются ниже.

2.1 Белое литовое железо с высоким содержанием хрома

Белое чугунное железо с высоким содержанием хрома широко используется в износостойких приложениях из-за его отличной твердости и износостойкости.Высокое содержание хрома (обычно 15-30%) способствует образованию твердых карбидов хрома (тип M7C3) в мартенситовой матрицеОднако его хрупкость ограничивает его использование в приложениях, связанных с высоким ударом.

2.2 Мартенситная сталь

Мартенситные стали термообрабатываются для достижения полностью мартенситной микроструктуры, которая обеспечивает высокую твердость и износостойкость.молибденМартенситные стали предлагают лучший баланс твердости и прочности по сравнению с высокохромированным чугуном,что делает их подходящими для применения с умеренным воздействием.

2.3 Баиническая сталь

Баинитные стали характеризуются баинитной микроструктурой, которая предлагает сочетание высокой прочности, жесткости и износостойкости.Эти стали часто используются в приложениях, требующих устойчивости как к абразии, так и к ударам.Добавление таких сплавных элементов, как бор (B) и молибден, повышает образование банита при термической обработке.

3. Параметры износостойкой стали для износоустойчивого слоя

Для оценки пригодности различных сортов стали для слоя износа композитных стальных труб рассматриваются несколько ключевых параметров, включая химический состав, твердость, устойчивость к ударам,и скорость износаЭти параметры обобщены в таблице ниже.

Примечания к параметрам таблицы:

• Химический состав:Процент сплавных элементов влияет на микроструктуру и механические свойства стали.
• Твердость:Высокие значения, измеряемые в твердости Роквелла (HRC), указывают на лучшую устойчивость к износу.
• Прочность при ударе:Высокие значения, измеряемые в джоулях на квадратный сантиметр (J/cm2), указывают на лучшую устойчивость к ударам.
• Уровень износа:Измеряется в кубических миллиметрах на ньютон-метр (мм3/Н·м), более низкие значения указывают на лучшую износостойкость.
• Тепловая обработка:Процесс, используемый для получения желаемой микроструктуры и свойств.

4Анализ параметров стали для применения в слоях износа

4.1 Высокохромное литовое железо (сталь А)

Высокохромное чугун (сталь А) обладает самой высокой твердостью среди оцениваемых материалов с диапазоном HRC 58?62.Это объясняется наличием твердых карбидов M7C3 в мартенситовой матрице.Уровень износа 1,2 × 10−5 мм3/Н·м является самым низким, что указывает на отличную износостойкость.делая его восприимчивым к трещинам при высоких условиях воздействияЭта сталь наиболее подходит для применений, связанных с чистой абразией, таких как транспортировка тонкого угольного пепла или цементного отвода, где воздействие минимально.

4.2 Мартенситная сталь (сталь B)

Мартенситная сталь (сталь B) предлагает сбалансированное сочетание твердости (5055 HRC) и ударной прочности (2030 J/cm2).5 × 10−5 mm3/N·m выше, чем у чугуна с высоким содержанием хрома, но все еще приемлемо для многих примененийДобавление 12% хрома повышает коррозионную устойчивость, в то время как молибден и ванадий повышают закаленность и износостойкость.Эта сталь подходит для применения с умеренным ударом и абразией, например, транспортировка грубых минеральных руд.

4.3 Баинитная сталь (сталь С)

Баинитная сталь (сталь С) обеспечивает наилучшую прочность при ударе (4050 J / cm2) среди оцениваемых износостойких сталей, с твердостью 4550 HRC.0 × 10−5 mm3/N·m выше, чем у мартенситовой стали, что свидетельствует о немного более низкой износостойкости.Эта сталь идеально подходит для применения с высоким ударом и умеренным износом, например, трубопроводы в горнодобывающих операциях с большим размером частиц.

4.4 Низколегированная сталь (сталь D)

Для сравнения используется низколегированная сталь (сталь D). С твердостью 40 ‰ 45 HRC и скоростью износа 5,0 × 10−5 мм 3 / Нм она имеет самую низкую износостойкость среди оцениваемых материалов.Однако, устойчивость к ударам (6080 J / cm2) является самой высокой, что делает его подходящим для применений, где устойчивость к ударам является критической, но устойчивость к износу менее опасна.Эта сталь обычно не используется для слоев износа, но может служить внешним структурным слоем в композитных трубах.

5Влияние легирующих элементов и тепловой обработки

На производительность износостойкой стали в значительной степени влияет ее химический состав и процесс тепловой обработки.

5.1 Роль легирующих элементов

Элементы сплавов играют решающую роль в определении микроструктуры и свойств износостойкой стали.Хром является самым важным элементом для повышения твердости и износостойкости путем образования карбидовВ высокохромированном литейном железе (сталь А) содержание хрома 25% приводит к высокой объемной доле карбидов M7C3, что способствует его исключительной износостойкости.Молибден улучшает закаленность и устойчивость к закаливанию, в то время как ванадий усовершенствует структуру зерна и повышает износостойкость путем образования тонких карбидов.повышение прочности и устойчивости к усталости.

5.2 Эффект тепловой обработки

Для получения желаемой микроструктуры и свойств используются термические процессы обработки, такие как охлаждение, закаливание и austempering.Степление, сопровождаемое закалением, дает полностью мартенситную микроструктуру с высокой твердостью и умеренной прочностью.Остеперение, используемое для баинитной стали (сталь C), включает изотермическую трансформацию для образования банита, который обеспечивает хороший баланс твердости и прочности.Высокохромное чугун (сталь А) обычно используется в качестве отливки с дополнительной закакой для снятия остаточных напряжений.

6. Практические соображения при проектировании слоя износа

При проектировании слоя износа композитных стальных труб необходимо учитывать несколько практических соображений:

• • Окружающая среда:Тип абразивного материала, размер частиц, скорость и условия удара диктуют выбор стали.Для грубых материалов с высоким ударом, предпочтительнее баинитная сталь.

• Стоимость против производительности:Высокохромное чугун дороже мартенситовой или баинитовой стали, но предлагает превосходную износостойкость.
• Производительность:Склад износа должен быть металлургически привязан к внешнему слою стали, часто посредством центробежного литья или облицовки.
• Содержание и замена:Композитные трубы с съемными слоями износа могут сократить время простоя и затраты на обслуживание.

7Заключение.

Отпорный к износу слой труб из композитной стали играет решающую роль в продлении срока службы трубопроводов в абразивной среде.В этом исследовании оценивалось четыре сорта стали по их пригодности как слоев износаВысокохромное чугун показало лучшую износостойкость, но слабую прочность.что делает его подходящим для применения с низким воздействиемМартенситная сталь предлагала сбалансированное сочетание твердости и выносливости, в то время как баинитная сталь обеспечивала лучшую устойчивость к ударам.не имел необходимой износостойкости для большинства применений.

Выбор стали зависит от конкретных условий эксплуатации, включая тип абразивного материала, уровень удара и ограничения затрат.Элементы легирования и процессы тепловой обработки существенно влияют на производительность износостойкой сталиПараметры, представленные в таблице, дают исчерпывающий обзор свойств каждого сорта стали.служит ценным справочником для инженеров и дизайнеров.