Forschung über verschleißbeständiges Stahl für Verschleißschicht von Verbundstahlrohren

Verschleißbeständige Stahlrohre aus Verbundstahl werden in Industriezweigen wie Bergbau, Stromerzeugung, Zementproduktion und Metallurgie weit verbreitet.wenn der Transport von Schleifstoffen zu erheblichem Verschleiß der Rohrleitungen führtDiese Rohre bestehen typischerweise aus einer äußeren Stahlschicht für die strukturelle Festigkeit und einer inneren verschleißbeständigen Schicht, die Abrieb, Erosion und Korrosion widersteht.Die verschleißbeständige Schicht spielt eine entscheidende Rolle bei der Verlängerung der Lebensdauer des Rohres unter rauen BetriebsbedingungenDiese Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung von Stahl, der in der Verschleißschicht von Stahlrohren verwendet wird, wobei die Materialzusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften und die Leistungsparameter analysiert werden.

Das Hauptziel dieser Studie besteht darin, geeignete Stahlsorten für die Verschleißschicht zu identifizieren, ihre Leistung anhand wichtiger Parameter wie Härte, Zähigkeit und Verschleißbeständigkeit zu bewerten,und die Ergebnisse in einem strukturierten Format darstellenDie Forschung untersucht auch den Einfluß von Legierungselementen und Wärmebehandlungsprozessen auf die Leistungsfähigkeit von verschleißbeständigem Stahl.Eine detaillierte Parametertabelle wird zur Zusammenfassung der Eigenschaften der verschiedenen Stahlsorten bereitgestellt., gefolgt von einer eingehenden Analyse ihrer Eignung für verschleißfestes Einsatz.

1. Einführung in verschleißbeständige Stahlrohre aus Verbundwerkstoffen

Verbundstahlrohre, die zur Verschleißbeständigkeit ausgelegt sind, bestehen in der Regel aus zwei oder mehr Schichten: einer äußeren Strukturschicht und einer inneren verschleißbeständigen Schicht.Die Außenschicht besteht häufig aus Kohlenstoffstahl oder aus Stahl mit geringer Legierung, um mechanische Festigkeit und Flexibilität zu gewährleisten, während die innere Schicht oder Verschleißschicht so konstruiert ist, dass sie abrasiven Verschleiß, Erosion und manchmal Korrosion widersteht.mit hohem Chromgehalt an GusseisenIn dieser Forschung liegt der Schwerpunkt auf Stahl-basierten Verschleißschichten aufgrund ihrer ausgewogenen Verschleißfestigkeit, Festigkeit und Wirtschaftlichkeit.

Die Verschleißschicht muss extremen Bedingungen standhalten, wie z. B. dem abrasiven Einfluss von Kohle-Schlamm, Mineralerz oder Zementklinker.Bei solchen Bedingungen scheitern herkömmliche Rohre aus Kohlenstoffstahl aufgrund ihrer begrenzten Härte und Verschleißfestigkeit schnellUm dies zu beheben, werden verschleißbeständige Stähle mit hoher Härte, guter Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Aufprall und Müdigkeit entwickelt.,Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Nickel (Ni) zur Verbesserung ihrer Eigenschaften.

Bei der Auswahl von verschleißbeständigem Stahl für die innere Schicht von Verbundrohren ist ein Kompromiss zwischen Härte und Zähigkeit erforderlich.Hohe Härte verbessert die Abriebfestigkeit, kann aber die Zähigkeit verringernIm Gegensatz dazu erhöht eine hohe Zähigkeit die Stoßfestigkeit, kann aber die Verschleißfestigkeit beeinträchtigen.Diese Studie untersucht verschiedene Stahlsorten, um ihre Eignung für Verschleißschichten zu ermitteln., wobei der Schwerpunkt auf ihrer chemischen Zusammensetzung, ihren mechanischen Eigenschaften und ihrer Verschleißfähigkeit liegt.

2Materialwahl für verschleißfestes Stahl

Die Auswahl des Stahls für die Verschleißschicht von Verbundrohren hängt von mehreren Faktoren ab, darunter der Betriebsumgebung, der Art des Schleifmaterials und den Kosten.Zu den häufig verwendeten verschleißfesten Stählen gehören weißes Gusseisen mit hohem ChromgehaltJeder Typ hat seine eigenen Vorteile und Grenzen, die im Folgenden beschrieben werden.

2.1 Weißes Gusseisen mit hohem Chromgehalt

Weißes Gusseisen mit hohem Chromgehalt wird aufgrund seiner hervorragenden Härte und Abriebfestigkeit in verschleißbeständigen Anwendungen weit verbreitet.Der hohe Chromgehalt (typischerweise 15-30%) fördert die Bildung von harten Chromkarbiden (M7C3-Typ) in einer martensitischen MatrixDie Brüchigkeit des Gerätes beschränkt jedoch seine Verwendung in Anwendungen mit hohem Aufprall.

2.2 Martensitischer Stahl

Martensitische Stähle werden wärmebehandelt, um eine vollständig martensitische Mikrostruktur zu erhalten, die eine hohe Härte und Verschleißbeständigkeit bietet.Molybdän, und Vanadium zur Verbesserung der Härte- und Verschleißeigenschaften.sie für Anwendungen mit moderater Wirkung geeignet machen.

2.3 Bainitischer Stahl

Bainitische Stähle zeichnen sich durch eine bainitische Mikrostruktur aus, die eine Kombination aus hoher Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißbeständigkeit bietet.Diese Stähle werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die sowohl Abrieb- als auch Stoßbeständigkeit erfordernDie Zugabe von Legierungselementen wie Bor (B) und Molybdän erhöht die Bildung von Bainit während der Wärmebehandlung.

3. Parameter von verschleißfestem Stahl für Verschleißschicht

Um die Eignung verschiedener Stahlsorten für die Verschleißschicht von Stahlrohren aus Verbundwerkstoffen zu bewerten, werden verschiedene Schlüsselparameter berücksichtigt, darunter chemische Zusammensetzung, Härte, Stoßfestigkeit,und VerschleißrateDiese Parameter sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

Anmerkungen zu den Tabellenparametern:

• Chemische Zusammensetzung:Der Anteil der Legierungselemente beeinflusst die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften des Stahls.
• Härte:Höhere Werte, gemessen in Rockwell-Härte (HRC), deuten auf eine bessere Abriebfestigkeit hin.
• Schlagfestigkeit:Höhere Werte, gemessen in Joule pro Quadratzentimeter (J/cm2), deuten auf eine bessere Stoßfestigkeit hin.
• Verschleißrate:Messen in Kubikmillimetern pro Newtonmeter (mm3/N·m), weisen niedrigere Werte auf eine bessere Verschleißfestigkeit hin.
• Wärmebehandlung:Das Verfahren zur Erzielung der gewünschten Mikrostruktur und Eigenschaften.

4Analyse von Stahlparametern für Verschleißschichtanwendungen

4.1 Hochchromguss (Stahl A)

Hochchromguss (Stahl A) weist unter den bewerteten Materialien die höchste Härte auf, mit einem HRC-Bereich von 58 ‰ 62.Dies ist auf das Vorhandensein von harten M7C3-Carbiden in einer martensitischen Matrix zurückzuführenDie Verschleißrate von 1,2 × 10−5 mm3/N·m ist die niedrigste, was auf eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit hindeutet.mit einer Breite von nicht mehr als 20 mm,Dieser Stahl eignet sich am besten für Anwendungen mit reinem Abrieb, z. B. für den Transport von feiner Kohleasche oder Zementschlamm, bei denen der Aufprall minimal ist.

4.2 Martensitischer Stahl (Stahl B)

Martensitischer Stahl (Stahl B) bietet eine ausgewogene Kombination aus Härte (50 ̊55 HRC) und Stoßfestigkeit (20 ̊30 J/cm2).5 × 10−5 mm3/N·m ist höher als bei hochchromhaltigem Gusseisen, jedoch für viele Anwendungen akzeptabelDie Zugabe von 12% Chrom erhöht die Korrosionsbeständigkeit, während Molybdän und Vanadium die Härte und Verschleißfestigkeit verbessern.Dieser Stahl eignet sich für Anwendungen mit moderater Belastung und Abrieb., wie z.B. der Transport von Mineralerzen.

4.3 Bainitischer Stahl (Stahl C)

Bainitic Stahl (Stahl C) bietet die beste Stoßfestigkeit (40 ‰ 50 J / cm2) unter den abnutzungsbeständigen Stahls, die mit einer Härte von 45 ‰ 50 HRC bewertet wurden.0 × 10−5 mm3/N·m ist höher als bei martensitischem StahlDie durch Austempering erzielte bainitische Mikrostruktur bietet eine ausgezeichnete Ermüdungs- und Stoßbeständigkeit.Dieser Stahl ist ideal für Anwendungen mit hohem Aufprall und moderater Abrieb, wie z. B. Rohrleitungen in Bergbaubetrieben mit großen Partikelgrößen.

4.4 Niedriglegiertes Stahl (Stahl D)

Als Vergleichsgrundlage dient der Niedriglegierstahl (Stahl D), der mit einer Härte von 40°45 HRC und einer Verschleißrate von 5,0 × 10−5 mm3/N·m die geringste Verschleißfestigkeit unter den untersuchten Materialien aufweist.Allerdings, ist seine Aufprallfestigkeit (60~80 J/cm2) am höchsten, was sie für Anwendungen geeignet macht, bei denen die Aufprallfestigkeit kritisch ist, aber die Verschleißfestigkeit weniger besorgniserregend ist.Dieser Stahl wird in der Regel nicht für Verschleißschichten verwendet, kann aber als äußere Strukturschicht in Verbundrohren dienen.

5Einfluss von Legierungselementen und Wärmebehandlung

Die Leistungsfähigkeit von verschleißfestem Stahl ist stark von seiner chemischen Zusammensetzung und dem Wärmebehandlungsprozess beeinflusst.

5.1 Rolle der Legierungselemente

Legierungselemente spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Mikrostruktur und der Eigenschaften von verschleißfestem Stahl.Chrom ist das wichtigste Element zur Verbesserung der Härte und Verschleißfestigkeit durch die Bildung von KarbidenBei hochchromhaltigem Gusseisen (Stahl A) ergibt sich durch den Chromgehalt von 25% ein hoher Volumenanteil von M7C3-Carbiden, was zu seiner außergewöhnlichen Verschleißfestigkeit beiträgt.Molybdän verbessert die Härtefähigkeit und die Härtebeständigkeit, während Vanadium die Kornstruktur verfeinert und die Verschleißfestigkeit durch die Bildung von Feinkarbiden erhöht.Verbesserung der Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit.

5.2 Wirkung der Wärmebehandlung

Für den Martensitstahl (Stahl B) werden Wärmebehandlungsverfahren wie Abschalten, Härten und Austempering verwendet, um die gewünschte Mikrostruktur und Eigenschaften zu erreichen.Durch die Verhärtung und anschließende Härtung entsteht eine vollständig martensitische Mikrostruktur mit hoher Härte und moderater Zähigkeit.Bei der Austemperung des bainitischen Stahls (Stahl C) erfolgt eine isotherme Umwandlung zur Bildung von Bainit, das ein gutes Gleichgewicht zwischen Härte und Zähigkeit bietet.Stahl mit hohem Chromgehalt wird typischerweise als Guss verwendet, wobei die Temperung zur Abbau von Restspannungen optional erfolgt.

6. Praktische Überlegungen für das Design der Verschleißschicht

Bei der Konstruktion der Verschleißschicht von Stahlrohren aus Verbundwerkstoffen sind mehrere praktische Erwägungen zu berücksichtigen:

• • Betriebsumfeld:Für feine Schleifstoffe mit geringer Schlagkraft ist hochchromhaltiges Gusseisen ideal.Für grobe Materialien mit hohem Aufprall, ist bainitischer Stahl vorzuziehen.

• Kosten gegen Leistung:Hochchrom-Guss ist teurer als martensitischer oder bainitischer Stahl, bietet aber eine überlegene Verschleißfestigkeit.
• Herstellbarkeit:Die Verschleißschicht muss metallurgisch an die äußere Stahlschicht gebunden werden, oft durch Zentrifugalguss oder Verkleidung.
• Wartung und Ersatz:Die Verschleißschicht sollte so ausgelegt sein, dass sie bei Bedarf leicht ausgetauscht werden kann.

7Schlussfolgerung.

Die verschleißbeständige Schicht von Stahlrohren aus Verbundwerkstoffen spielt eine entscheidende Rolle bei der Verlängerung der Lebensdauer von Rohrleitungen in abrasiven Umgebungen.Diese Untersuchung untersuchte vier Stahlsorten hinsichtlich ihrer Eignung als Verschleißschichten.Die Ergebnisse der Studie ergaben, daß der Anteil der Stahlschiffe, die in der Regel mit einem hohen Chromgehalt ausgestattet sind, in der Regel in den folgenden Kategorien liegt: hochchromhaltiges Gusseisen, martensitischer Stahl, bainitischer Stahl und niedriglegierter Stahl.für Anwendungen mit geringer Wirkung geeignetDer martensitische Stahl bot eine ausgewogene Kombination aus Härte und Zähigkeit, während der bainitische Stahl die beste Stoßfestigkeit bot.fehlte die notwendige Verschleißfestigkeit für die meisten Anwendungen.

Die Auswahl des Stahls hängt von den spezifischen Betriebsbedingungen ab, einschließlich der Art des Schleifmaterials, des Aufprallniveaus und der Kostenbeschränkungen.Legierungselemente und Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen die Leistungsfähigkeit von verschleißfestem Stahl erheblichDie in der Tabelle dargestellten Parameter geben einen umfassenden Überblick über die Eigenschaften jeder Stahlsorte.als wertvolle Referenz für Ingenieure und Konstrukteure dienen.