Các ống thép tổng hợp chống mòn được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như khai thác mỏ, sản xuất điện, sản xuất xi măng và luyện kim,khi vận chuyển vật liệu mài mòn gây mòn đáng kể trên đường ống dẫnCác đường ống này thường bao gồm một lớp thép bên ngoài cho sức mạnh cấu trúc và một lớp chịu mòn bên trong được thiết kế để chịu được mài mòn, xói mòn và ăn mòn.Lớp chống mòn đóng một vai trò quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ của ống dưới điều kiện hoạt động khắc nghiệtNghiên cứu này tập trung vào nghiên cứu thép được sử dụng trong lớp mòn của ống thép tổng hợp, phân tích thành phần vật liệu, tính chất cơ học và các thông số hiệu suất.
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là xác định các loại thép phù hợp cho lớp mài mòn, đánh giá hiệu suất của chúng thông qua các thông số chính như độ cứng, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn,và trình bày các kết quả trong một định dạng có cấu trúcNghiên cứu cũng khám phá ảnh hưởng của các yếu tố hợp kim và quy trình xử lý nhiệt đối với hiệu suất của thép chống mòn.Một bảng thông số chi tiết sẽ được cung cấp để tóm tắt các tính chất của các loại thép khác nhau, sau đó là phân tích sâu về sự phù hợp của chúng cho các ứng dụng chống mòn.
Các ống thép tổng hợp được thiết kế để chống mòn thường bao gồm hai hoặc nhiều lớp: một lớp cấu trúc bên ngoài và một lớp chống mòn bên trong.Lớp ngoài thường được làm bằng thép carbon hoặc thép hợp kim thấp để cung cấp sức mạnh cơ học và linh hoạt, trong khi lớp bên trong, hoặc lớp hao mòn, được thiết kế để chống mài mòn, xói mòn và đôi khi ăn mòn.Sắt đúc có hàm lượng crôm caoTrong nghiên cứu này, tập trung vào các lớp mài mòn dựa trên thép do sự cân bằng chống mài mòn, độ dẻo dai và hiệu quả chi phí.
Lớp hao mòn phải chịu được điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như tác động chà xát của bùn than, quặng khoáng sản hoặc bùn xi măng.Các đường ống thép cacbon truyền thống bị hỏng nhanh chóng trong điều kiện như vậy do độ cứng và khả năng mòn hạn chếĐể giải quyết vấn đề này, các loại thép chống mòn với độ cứng cao, độ dẻo dai tốt và khả năng chống va chạm và mệt mỏi được phát triển.,molybden (Mo), vanadi (V) và niken (Ni) để tăng tính chất của chúng.
Việc lựa chọn thép chống mòn cho lớp bên trong của ống tổng hợp liên quan đến sự đánh đổi giữa độ cứng và độ dẻo dai.Độ cứng cao cải thiện khả năng chống mòn nhưng có thể làm giảm độ dẻo daiNgược lại, độ dẻo dai cao làm tăng khả năng chống va chạm nhưng có thể làm tổn hại khả năng mòn.Nghiên cứu này kiểm tra một số loại thép để xác định sự phù hợp của chúng đối với lớp hao mòn, tập trung vào thành phần hóa học, tính chất cơ học và hiệu suất mòn của chúng.
Sự lựa chọn thép cho lớp mòn của ống tổng hợp phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm môi trường hoạt động, loại vật liệu mài mòn và các cân nhắc chi phí.Thép chống mòn thường được sử dụng bao gồm sắt đúc trắng có hàm lượng crôm cao, thép martensitic và thép bainitic. Mỗi loại có những lợi thế và hạn chế riêng biệt, được thảo luận dưới đây.
Sắt đúc màu trắng có hàm lượng crôm cao được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chống mòn do độ cứng và khả năng chống cạo tuyệt vời.Hàm lượng crôm cao (thường là 15-30%) thúc đẩy sự hình thành các cacbít crôm cứng (loại M7C3) trong ma trận martensiticTuy nhiên, độ mong manh của nó hạn chế việc sử dụng nó trong các ứng dụng liên quan đến tác động cao.
Thép Martensitic được xử lý nhiệt để đạt được một cấu trúc vi mô hoàn toàn Martensitic, cung cấp độ cứng và khả năng mòn cao.molybdenThép Martensitic cung cấp sự cân bằng độ cứng và độ dẻo dai tốt hơn so với thép đúc có hàm lượng crom cao,làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng có tác động vừa phải.
Thép Bainitic được đặc trưng bởi một cấu trúc vi mô bainitic, cung cấp sự kết hợp của sức mạnh cao, độ dẻo dai và khả năng chống mòn.Các loại thép này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống trầy xước và va chạmViệc thêm các nguyên tố hợp kim như boron (B) và molybdenum làm tăng sự hình thành của bainite trong quá trình xử lý nhiệt.
Để đánh giá sự phù hợp của các loại thép khác nhau cho lớp mòn của ống thép tổng hợp, một số thông số chính được xem xét, bao gồm thành phần hóa học, độ cứng, độ dẻo dai tác động,và tỷ lệ hao mònCác thông số này được tóm tắt trong bảng dưới đây.
| Thép hạng | Thành phần hóa học (%) | Độ cứng (HRC) | Độ cứng tác động (J/cm2) | Tỷ lệ hao mòn (mm3/N·m) | Điều trị nhiệt |
|---|---|---|---|---|---|
| Sắt đúc cao Cr (A) | C: 2.5, Cr: 25, Mo: 1.0, Si: 0.8 | 58 ¢62 | 5 ¢10 | 1.2 × 10−5 | Giống như đúc + làm nóng |
| Thép Martensitic (B) | C: 0.4, Cr: 12, Mo: 0.5, V: 0.2 | 50 ¢55 | 20 ¢30 | 2.5 × 10−5 | Tử + Thanh |
| Thép Bainitic (C) | C: 0.3, Cr: 3, Mo: 0.5, B: 0.003 | 45 ¢ 50 | 40 ¢ 50 | 3.0 × 10−5 | Phân hóa |
| Thép hợp kim thấp (D) | C: 0.2, Cr: 1.5, Mn: 1.0 | 40 ¢ 45 | 60 ¢ 80 | 5.0 × 10−5 | Bình thường hóa |
Ghi chú về các thông số bảng:
Sắt đúc có hàm lượng crôm cao (Steel A) thể hiện độ cứng cao nhất trong số các vật liệu được đánh giá, với phạm vi HRC là 58?? 62.Điều này là do sự hiện diện của các cacbít cứng M7C3 trong ma trận martensitic. Tỷ lệ hao mòn 1,2 × 10−5 mm3/N · m là thấp nhất, cho thấy khả năng chống mòn tuyệt vời. Tuy nhiên, độ dẻo dai của nó là kém (5 ≈ 10 J / cm2),làm cho nó dễ bị nứt trong điều kiện tác động caoThép này thích hợp nhất cho các ứng dụng liên quan đến sự mòn thuần túy, chẳng hạn như vận chuyển tro than mịn hoặc bùn xi măng, nơi tác động là tối thiểu.
Thép Martensitic (Thép B) cung cấp sự kết hợp cân bằng giữa độ cứng (50 ̊55 HRC) và độ dẻo dai do va chạm (20 ̊30 J/cm2).5 × 10−5 mm3/N·m cao hơn sắt đúc có hàm lượng crôm cao nhưng vẫn chấp nhận được cho nhiều ứng dụngViệc thêm 12% crôm làm tăng khả năng chống ăn mòn, trong khi molybden và vanadi cải thiện khả năng cứng và chống mòn.Thép này phù hợp với các ứng dụng liên quan đến tác động vừa phải và mài mòn, chẳng hạn như vận chuyển quặng khoáng chất thô.
Thép Bainitic (Thép C) cung cấp độ dẻo dai tác động tốt nhất (40 ‰ 50 J / cm2) trong số các loại thép chống mòn được đánh giá, với độ cứng 45 ‰ 50 HRC. Tỷ lệ mòn của nó là 3.0 × 10−5 mm3/N·m cao hơn thép martensit, cho thấy khả năng chịu mòn thấp hơn một chút. cấu trúc vi mô bainitic, đạt được thông qua austempering, cung cấp khả năng chống mệt mỏi và tác động tuyệt vời.Thép này là lý tưởng cho các ứng dụng liên quan đến tác động cao và trầy mòn vừa phải, chẳng hạn như đường ống trong các hoạt động khai thác có kích thước hạt lớn.
Thép hợp kim thấp (Thép D) là điểm cơ sở để so sánh. Với độ cứng 40 ̊45 HRC và tỷ lệ hao mòn 5,0 × 10−5 mm3/N · m, nó có khả năng chống mòn thấp nhất trong số các vật liệu được đánh giá.Tuy nhiên, độ dẻo dai va chạm (60 ∼ 80 J / cm2) của nó là cao nhất, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng nơi mà khả năng chống va chạm là quan trọng, nhưng khả năng chống mòn là ít quan tâm hơn.Thép này thường không được sử dụng cho các lớp mòn nhưng có thể phục vụ như một lớp cấu trúc bên ngoài trong ống tổng hợp.
Hiệu suất của thép chống mòn bị ảnh hưởng nặng nề bởi thành phần hóa học và quá trình xử lý nhiệt.
Các yếu tố hợp kim đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định cấu trúc vi mô và tính chất của thép chống mòn.Chromium là nguyên tố quan trọng nhất để tăng độ cứng và chống mòn bằng cách hình thành các chất carbideTrong thép đúc cao crôm (Steel A), hàm lượng crôm 25% dẫn đến một phần khối lượng cao của M7C3 carbides, góp phần vào khả năng chống mòn đặc biệt của nó.Molybdenum cải thiện độ cứng và khả năng chống nóng, trong khi vanadium tinh chế cấu trúc hạt và tăng cường khả năng mòn bằng cách hình thành các cacbít mịn.cải thiện độ dẻo dai và chống mệt mỏi.
Các quy trình xử lý nhiệt như làm nguội, làm nóng và làm lạnh được sử dụng để đạt được cấu trúc vi mô và tính chất mong muốn.làm nguội tiếp theo là làm nóng tạo ra một cấu trúc vi mô hoàn toàn martensitic với độ cứng cao và độ dẻo dai trung bình. Austempering, được sử dụng cho thép bainitic (Steel C), liên quan đến chuyển đổi đồng nhiệt để tạo ra bainite, mang lại sự cân bằng tốt về độ cứng và độ dẻo dai.Sắt đúc có hàm lượng crôm cao (Steel A) thường được sử dụng trong tình trạng đúc với tính cứng tùy chọn để giảm căng dư thừa.
Khi thiết kế lớp mòn của ống thép tổng hợp, một số cân nhắc thực tế phải được giải quyết:
Lớp chống mòn của ống thép tổng hợp đóng một vai trò quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ của đường ống trong môi trường mài mòn.Nghiên cứu này đã đánh giá bốn loại thép về sự phù hợp của chúng như lớp hao mònThép đúc cao crôm cho thấy khả năng chống mòn tốt nhất nhưng độ dẻo dai kém.làm cho nó phù hợp với các ứng dụng tác động thấpThép Martensitic cung cấp một sự kết hợp cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo dai, trong khi thép bainitic cung cấp khả năng chống va chạm tốt nhất.thiếu khả năng chống mòn cần thiết cho hầu hết các ứng dụng.
Sự lựa chọn thép phụ thuộc vào các điều kiện hoạt động cụ thể, bao gồm loại vật liệu mài mòn, mức độ tác động và các hạn chế chi phí.Các yếu tố hợp kim và quy trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của thép chống mònCác thông số được trình bày trong bảng cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về tính chất của mỗi loại thép,phục vụ như một tài liệu tham khảo có giá trị cho các kỹ sư và nhà thiết kế.
Người liên hệ: Mr. Sindara Steel
Tel: 86-731-89698778
Fax: 86-731-89695778
