Манганы бутлуурын алхны эвдрэлийн шинжилгээ ба оновчлолын судалгаа

Ерөнхий мэдээлэл

Манай АНУ-ын үйлчлүүлэгч цементийн босоо бутлуурт 98 ширхэг манганы бутлуурын алх (Mn18) худалдаж авсан. Зургаан сар ажиллаад зарим эд анги нь эвдэрч, бүтэлгүйтсэн. Үйлчлүүлэгч биднээс эвдрэлийн шалтгааныг шинжилж, оновчтой бүтээгдэхүүнээр хангахыг хүсч байна.

Ажлын нөхцөл байдлын шинжилгээ

Бутлуурын алх нь алх бутлуурын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд бутлуурын ажлын нөхцөл ихтэй байдаг тул манганы өндөр ган алхны хувьд хамгийн тохиромжтой металл материал юм. Цементийн чулуунцар бутлуурын алхыг голчлон Mn18 өндөртэй манганы гангаар хийдэг. Өндөр манганы ган алхыг хатууруулах явцад хөргөлтийн агшилтаас үүсэх дотоод хүчдэл ба цутгамал дотор болон гадна талын температурын зөрүүгээс үүсэх дулааны даралтын нийлбэр нь стресст өртсөн хэсгийн бат бэхээс давсан тохиолдолд нарийн цутгахад ан цав үүсэх болно. Эдгээр нарийн хагарал нь нэг талаас ууссан элементүүдээр дүүрсэн байж болох ба нөгөө талаас тэдгээр нь ган матрицад тасалдалгүй бүсүүдийг үүсгэгч орц хуримтлагдахад хүргэдэг. Эдгээр хагарал, тэдгээрийн дотоод дүүргэлтийг усыг хатууруулах явцад арилгах боломжгүй юм. Бутлуур доторх хүнд хэцүү, нарийн төвөгтэй ажлын нөхцөлд алхны толгойн үйл ажиллагааны явцад үзүүлэх нөлөөллийн чиглэл, эрч хүч нь тодорхой санамсаргүй байдлаар явагддаг бөгөөд энэ нь янз бүрийн хэсгүүдийн гадаргуугийн хатуужилтын шинж чанар, бичил бүтцийн онцлогийн ялгааг тасралтгүй өргөжүүлэхэд хүргэдэг. алх. Нэмж хэлэхэд, одоо байгаа нарийн хагарал нь ядаргааны нөлөөллийн процессын явцад үржсээр байгаа бөгөөд эцэст нь хугарал, алх хугарах зэрэг эвдрэлийн осолд хүргэдэг бөгөөд энэ нь ашиглалтын нийт хугацаанд нөлөөлдөг.

Амжилтгүй болсон өндөр манганы бутлуурын алхны үзлэг, шинжилгээ

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн туршилт

Өөр өөр цутгамал хэсгүүдийг найрлагад нь шалгахын тулд авсан бөгөөд үр дүнг 1-р хүснэгтэд үзүүлэв.

Хүснэгт 1-ээс харахад төвийн бүс ба гадаргуугийн хооронд найрлага бага зэрэг ялгаатай байгаа нь хатуурах явцад тусгаарлагдсантай холбоотой гэж үзэж болно. Хром бол өндөр манганы ганд харьцангуй их хэмжээгээр нэмдэг элементүүдийн нэг бөгөөд түүний үүрэг нь бас тодорхой юм. Ус чангаруулах боловсруулалтын дараа хром нь ихэвчлэн өндөр манганы гангийн аустенит үе шатанд уусч, гангийн уналтын бат бөх чанарыг нэмэгдүүлж, хөргөлтийн үед карбидын хур тунадасыг хурдасгадаг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн үр тарианы хилийн дагуу карбидын тасралтгүй торлог хэлбэрээр тархдаг. Хром нэмсэн өндөр манганы ган нь хүчтэй үрэлтэд өртөх үед элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг харуулж, бутлуурын алхаар цутгахад тохиромжтой.

Титан нь хайлсан ган дахь амин чухал бууруулагч элементүүдийн ангилалд багтдаг. Нүүрстөрөгч ихтэй, азот ихтэй Mn18 ганд C ба N-тэй нийлж тунадас үүсгэдэг. Хэрэв TiN ба Ti(C, N) зэрэг хайлах цэгийн өндөртэй хэсгүүд нь хатуурахаас өмнө үүссэн бол тэдгээр нь аустенитийн аяндаа гетероген бөөм үүсэх цэг болж, нэгж эзэлхүүн дэх үр тарианы тоог нэмэгдүүлж улмаар ширхэгийн хэмжээг сайжруулдаг. Тиймээс өндөр манганы ган дахь титаны бичил хайлшийн талаар нэлээд судалгаа хийж, практик хэрэглээнд оруулав. Энэхүү нийтлэлд дурдсан Mn18 ганд дизайны эхний үе шатанд ойролцоогоор 0.5% титан нэмсэн.

Бутлуурын алх хагарлын интерфейсийн шинжилгээ

Холбогдох шалгалтын дараа цементийн босоо бутлуурт Mn18 бутлуурын алх ашигласан. Үйлчилгээний хугацаа 6 сар өнгөрсний дараа тэдний зарим нь хугарлын гэмтэлтэй тулгарсан. Хагарсан дээжийг шинжилж, холбогдох үр дүнг 1-5-р зурагт үзүүлэв.

• 1-р зурагт хугарал нь алхны бэхэлгээний нүхний эргэн тойронд үүссэнийг харуулсан бөгөөд энэ нь хөндлөн хэврэг хугарал байгааг харуулж байна.
• Зураг 2-оос харахад өөр өөр байрлал дахь хугарлын гадаргуу нь хагарлын хугарлын ердийн шинж чанарыг харуулдаг бөгөөд энэ нь алхны хатуулаг муу байгааг харуулж байна. Нэмж дурдахад, жигд бус блок хэлбэрийн орцууд нь өөр өөр хэсгүүдэд өргөн тархсан байдаг нь ийм орцуудын нийт тоо харьцангуй өндөр байгааг харуулж байна.
• 3-р зурагт үзүүлснээр бүтцийн хэвийн хэсэгт мөхлөгүүд нь харьцангуй бүдүүн, мөхлөгийн хилийн дагуу блоклог карбидууд тунадасждаг. Гэсэн хэдий ч аустенитийн нийт ширхэгийн хил хязгаар хэвийн харагдаж байна.
• 3 ба 4-р зурагт алхны хэвийн хэсгийн мөхлөгүүд ойролцоогоор 0.5 түвшинд байгааг харуулж байна. Үүний эсрэгээр, хугарлын гадаргуугийн ойролцоох мөхлөгүүд нь том хэмжээтэй, дундаж мөхлөгийн диаметр нь 400 μм-ээс их байдаг. Үр тарианы хилийн дагуу тасралтгүй торлог карбидууд үүссэн бөгөөд олон тооны ацикуляр карбидууд үр тарианы хилээс үр тарианд ургадаг. Хагарлын гадаргуу нь мөхлөг хоорондын хугарлын тодорхой шинж чанарыг харуулдаг. Бөмбөрцөг хэлбэртэй карбидуудаас ялгаатай нь нүүр төвтэй куб бүтэцтэй, ацикул карбидууд нь биед төвлөрсөн куб бүтэцтэй байдаг. Бүтцийн янз бүрийн шинж чанарууд нь тэдгээрийн физик шинж чанарт ихээхэн ялгаатай байдаг. Нарийн цуутай карбидууд (урт ≤20 μм) нь үр тарианы хил хязгаарыг тогтворжуулах, өндөр манганы гангийн механик шинж чанарыг оновчтой болгох, ялангуяа цохилтын бат бөх чанарыг сайжруулахад тустай. Гэсэн хэдий ч 4-р зурагт мөхлөгт нэвтэрч буй хэт урт, гүн саарал карбидууд нь тэдгээрийн дотор перлит хувиргах болно гэдгийг харуулж байна. Учир нь хэт хөргөлтийн тодорхой нөхцөлд карбидын төвлөрсөн хур тунадас бүхий хэсгүүд нь перлит гэж нэрлэгддэг давхаргат Fe3C ба бага хэмжээний ферритээс (карбидын орон нутгийн хур тунадасны улмаас нүүрстөрөгч багатай бүсийг бий болгодог) холимог бүтэц үүсгэдэг. Энэхүү холимог бүтэц нь сул холболттой тул жигд аустенит матрицаас бага нөлөөллийн шингээлтийн энергийг үүсгэдэг. Хүчтэй гадны хүчинд өртөх үед ацикул феррит болон түүний байрлах үр тарианы хил хоёулаа стрессийн төвлөрлийн бүс болж, хугарал, урагдах зэрэг согогийг бий болгож, эцэст нь тодорхой хугацааны дараа алхны толгойн хугарлын эвдрэлд хүргэдэг.
• Зураг 5-аас харахад TiN ба Ti(C,N) нь тодорхой газар нутагт тасралтгүй, өргөн хэмжээгээр нэгтгэгдэж, ган матрицад тасархай мужуудыг үүсгэдэг. Энэ хэсэгт хүч чадал, хатуулаг хоёулаа огцом буурдаг. Алхны толгойн ажлын явцад эдгээр төрлийн орцууд нь стрессийн концентрацийн тодорхой бүс болдог. Тэдгээр нь шууд хагарлын эх үүсвэр болж, аажмаар өргөжиж, өргөжиж, улмаар өргөн тархсан хагарал үүсэхэд хүргэж, алхны толгойн хугарлын эвдрэлийг үүсгэдэг.

 

Шинжилгээ ба хэлэлцүүлэг

 

Химийн найрлагын нөлөө

Нүүрстөрөгч нь өндөр манганы гангийн хамгийн чухал элементүүдийн нэг юм. Түүний оршихуй нь нэг фазын аустенит бүтцийг бий болгоход тусалдаг. Аустенитэд ууссан их хэмжээний нүүрстөрөгч нь өндөр манганы гангийн бат бөх чанарыг нэмэгдүүлэхэд тусалдаг. Нэмж дурдахад Cr зэрэг нүүрстөрөгч болон хайлшийн элементүүдээс үүссэн карбидууд нь өндөр манганы гангийн элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг сайжруулахад хувь нэмэр оруулдаг. Гэсэн хэдий ч нүүрстөрөгчийн хэт их агууламж нь үр тарианы хил дээр карбидын хур тунадасны хандлагыг нэмэгдүүлэх бөгөөд энэ нь ижил нөхцөлд үр тарианы хил хязгаарыг тогтворжуулахад сөргөөр нөлөөлдөг. Тиймээс 1-р хүснэгтэд үндэслэн нүүрстөрөгчийн агууламжийг зохих ёсоор бууруулахыг зөвлөж байна.

Өндөр манганы ган дээр Mo нэмэх нь цутгамал бүтэц дэх карбидын хур тунадасыг бууруулж, аустенитийн ширхэгийн хил дээр карбидын сүлжээ үүсгэх хандлагыг бууруулдаг. Молибден нь зүү шиг карбидын гангийн хур тунадасны хурдыг удаашруулж, хур тунадасны температурыг бууруулдаг. Эдгээр нөлөө нь цутгамал төлөвт өндөр манганы гангийн уян хатан чанар, бат бөх чанарыг сайжруулахад тустай. Тэд хромын элементүүдийг нэмсэнээс үүссэн дутагдлыг нөхөж чадна. Иймээс Мо-г Cr-тэй хамт ажиллуулахын тулд зохих ёсоор нэмж, хоёр элементийн ашигтай нөлөөг ашиглах хэрэгтэй.

Энэ нийтлэлд авч үзсэн өндөр манганы ган дахь титаны бичил хайлшийн үр нөлөөг баталж байна. Гэсэн хэдий ч азотын агууламж харьцангуй тогтвортой байхад титаны агууламж хэт өндөр байвал TiN болон Ti(C, N) 1400°C-т тунадасжиж эхэлдэг. Тэдгээр нь металл хайлмал эсвэл хатуу шингэн хоёр фазын бүсэд тасралтгүй, өргөн хүрээтэй үүсч, нэгддэг. Хатуужилт үргэлжлэхийн хэрээр тэдгээр нь ууссан элементийн концентраци өндөр, хайлах цэгийн үе шатууд харьцангуй багатай, үр тарианы хил рүү байнга нэгддэг. Энэ нэгдэл нь тэдгээрийн бэхэлгээний нөлөөнд шаардагдах хэмжээнээс давж, үр тарианы хилийн анхны бэхэлгээний хүчийг бууруулж, ган матриц болон үр тарианы хил хоорондын хүчтэй салалтыг бууруулдаг. Алхны толгойн ажлын явцад орцыг нэгтгэх нь ихээхэн стрессийн төвлөрөл болж, хагарлын гарал үүслийг шууд гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь аажмаар тархаж, өргөн хагарал үүсгэдэг бөгөөд эцэст нь алхны толгойн эвдрэлд хүргэдэг.

Иймд найрлагын үүднээс авч үзвэл Mn18 цутгамал дахь TiN ба Ti(C, N)-ийн ашигтай нөлөөг бүрэн дүүрэн ашиглахын зэрэгцээ тэдгээрийн их хэмжээний, төвлөрсөн хур тунадасны хортой нөлөөг хянах шаардлагатай. Бага хайлштай ган болон дунд хайлштай гангийн хэрэглээний практикийг харгалзан титаны агууламжийг зохих ёсоор бууруулж болно.

 

Процессын технологийн нөлөө

Сайн гүйцэтгэлтэй, тогтвортой ашиглалтын хугацаатай өндөр манганы ган үйлдвэрлэхийн тулд аустенитийн ширхэгийн боловсронгуй байдал, карбидын морфологийг хянах нь хоёр гол хяналтын цэг юм. Өндөр манганы гангийн хөргөлт, талсжилтын явцад торлог ба цуу карбидууд нь ихэвчлэн мөхлөгүүдийн хилийн дагуу тунадасжиж, цуулаг карбидууд дотогшоо ургадаг. Гэсэн хэдий ч цутгамал хэтэрхий том, халаахаас ус хатууруулах эмчилгээ хүртэлх хугацаа хэт урт, ус хатууруулах явцад хөргөлтийн нэвтрэлт хангалтгүй, өндөр температурын бүсэд (≥500 ° C) удаан хугацаагаар оршин суухад хүргэдэг. Энэ нь аустенитийн үр тарианы тасралтгүй өсөлт, үр тарианы хилийн карбидын тунадасжилт, цул карбидын тасралтгүй өсөлтөд хүргэнэ. Энэ нь эцсийн эцэст дотоод болон гадаад стрессийн төлөв байдлын хэт их ялгаатай байдалд хүргэдэг. Гадны хүчтэй хүчний нөлөөн дор алхны толгойн гадаргуу дээр өндөр нягтралтай мултрал ба хэв гажилт ихэр анх гарч, түүний бат бөх, хатуулаг хурдацтай нэмэгддэг. Дотоод болон гадаад стрессийн зөрүүг цаашид нэмэгдүүлэх нь үр тарианы дотоод хилийн хэврэгжилтийг бий болгож, урагдах, хагарах, алхны толгойн хугарлын эвдрэл хэлбэрээр илэрдэг.

Иймд процессын үүднээс эхлээд алхны толгойн усыг хатууруулахын өмнө халаах температур нь үндэслэлтэй бөгөөд хангалттай байх ёстой бөгөөд ингэснээр карбидууд бүрэн буюу ихэвчлэн аустенитэд ууссан байх ёстой. Халаалтын зуухнаас алхны толгойг салгасны дараа энэ нь карбидын хур тунадасны оргил үе юм. Хэрэв зайлуулахаас эхлээд усанд дүрэх хүртэлх хугацаа урт байвал карбидууд их хэмжээгээр тунадасжиж, цуутай карбидууд хурдан үүснэ. Хөргөлтийн хүч хангалтгүй, дотоод хөргөлтийн дамжуулах хурд хангалтгүй байгаа үед дотоод хөгшрөлтийн үр дагавар гарч, үр тариа их хэмжээгээр ургаж, ашиглалтын явцад хэт их карбидын хур тунадас үүсэж, үр тарианы хил хагарал, алхны толгойн гэмтэл үүсдэг. Иймд цутгамал усанд дүрэх хугацааг маш богиносгож тогтвортой аустенитийг аль болох хурдан үүсгэх, карбидын хур тунадасны хэмжээг багасгах, торлог карбид үүсэхээс зайлсхийх, хэт хөргөлтийг хадгалахын тулд усны хэмжээг нэмэгдүүлэх, дотоод хөргөлтийг хурдасгах, хэт их хөргөлт үүсэхээс зайлсхийх хэрэгтэй. карбидын хур тунадас, хөгшрөлтийн нөхцөлд хэт том овойлттой карбидууд байгаа нь дотоод болон гадаад бүтэц, үр тарианы хилийн шинж чанар, алхны ажлын гүйцэтгэлийг сайжруулж, ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.

 

Оновчлолын арга хэмжээ

Дээрх дүн шинжилгээ, хэлэлцүүлгийн үндсэн дээр дараахь оновчтой арга хэмжээг боловсруулсан болно.

1. Өндөр манганы бутлуурын алхны толгойн C агууламжийн зорилтот түвшинг 1.25%, Ti агууламжийн зорилтот түвшинг 0.15% хүртэл бууруулна.
2. 0.5% молибдений зорилтот утгыг нэмнэ.
3. Бутлуурын алхны ус хатууруулах эмчилгээний халаалтын температурыг 1060°С хүртэл нэмэгдүүлж, ажиллагааг оновчтой болгож, бутлуурын алх зуухнаас гарахаас эхлээд ус руу орох хүртэлх хугацааг 40 секунд хүрэхгүй болгож багасгасан.
4. Хөргөлтийн эрчмийг хангахын тулд усыг унтрах нөхцлийг оновчтой болгох, усны савны эзэлхүүнийг нэмэгдүүлэх, эсвэл их хэмжээний урсгалын температурын хяналттай эргэлтийн усыг ашиглах.

 

Хэрэгжүүлэх үр нөлөө

Бичил бүтэц

Оновчтой процесс нь Mn18 бутлуурын алх үйлдвэрлэдэг бөгөөд 2-р хүснэгтэд хайлсан гангийн бодит найрлагыг харуулав.

Хүснэгт 2. Оновчлогдсон Mn18 алхны толгойн химийн найрлага (ж.%)
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Al	Ti
Жишээ хэсгүүд	1.18	0.36	17.87	0.018	0.012	1.04	0.51	0.11	0.14

Хүснэгт 2-оос харахад найрлага нь оновчтой болгох зорилтот хязгаарт хүрдэг.

Цутгаж дууссаны дараа бутлуурын алхыг задлах ба зохион байгуулалтыг Зураг 6-д үзүүлэв.

Зураг 6-аас харахад найрлага, үйл явцыг хоёуланг нь оновчтой болгосны дараа алхны гадаргуугийн ойролцоо бүтэц нь илүү жигд болж байгааг харуулж байна. Үр тарианы хэмжээ 2-р түвшинд байгаа бол үндсэн бүсийн үр тариа 1-р түвшинд байгаа нь үр тарианы хилийн хур тунадасыг тодорхой харуулж байна. Гэсэн хэдий ч тунадас нь голчлон блоктой карбидууд бөгөөд цул карбидын урт нь ихэвчлэн 10 μм дотор байдаг нь нүүрстөрөгчийн агууламж зохих ёсоор буурч байгааг харуулж байна. Mo-г Cr-тэй хослуулан нэмбэл тунадасны нийт хэмжээг бууруулж, тэдгээрийн морфологийг оновчтой болгодог нь үр тарианы хилийн тогтвортой байдлыг хангахад тустай. Түүгээр ч зогсохгүй тунадасны дунд TiN-тэй төстэй бөөгнөрөлтэй нэгдлүүд илэрсэнгүй, ийм хольцын сөрөг нөлөөг хянах боломжтой хязгаарт багтаж байгааг харуулж байна.

18 сар ашигласны дараа бутлуурын алх нь гадаргуугийн төгсгөлийн хэвийн элэгдлийг эс тооцвол ямар ч эвдрэл гэмтэл аваагүй. Энэ нь бутлуурын алхны дотоод болон гадаад чанар мэдэгдэхүйц сайжирч, ашиглалтын хугацааг тогтвортой сунгаж байгааг харуулж байна.

Дүгнэлт

1. Үр тарианы хилийн дагуу хөндлөн огтлолын хагарал нь Mn18 бутлуурын алхны хугарлын шууд шалтгаан бөгөөд үндсэн шалтгаан нь хөргөлтийн хурд хангалтгүйгээс үүссэн үр тарианы хилийн сүлжээний карбидын хур тунадас юм.
2. Хэрэв Ti-ийн агууламж хэт өндөр байвал их хэмжээний дөрвөлжин TiN тунадасжиж, үр тарианы хил дээр бөөгнөрөх ба энэ нь үр тарианы хилийн холболтын хүчийг бууруулж, гадны хүчний нөлөөн дор үр тарианы хилийн хагарлыг дэмжинэ.
3. Cr ба Mo нийлмэл хайлшийг ашиглах нь үр тарианы хилийн карбидын хур тунадасыг бууруулж, карбидын морфологийг оновчтой болгож, зүү шиг том карбидын хур тунадасыг эрс багасгадаг.
4. Mn18 алхны ширхэгийг боловсронгуй болгох, тунадасны нийт хэмжээ, хэлбэрийг хянах, эцсийн эцэст үйлчилгээний хугацааг уртасгах зорилгоор найрлагын оновчлолд тулгуурлан усыг хатууруулах процессыг оновчтой болгох зэрэг арга хэмжээг авдаг.

Манганы бутлуурын алхны хугарлын интерфэйсийн шинж чанар, морфологи, металлографийн бүтцэд хийсэн дүн шинжилгээнд үндэслэн үр тарианы хил дагуу хагарал, Ti-ийн хэт их агууламж, үйлдвэрлэлийн үндэслэлгүй процесс зэрэг нь эвдрэлийн шалтгаан болж байгааг тогтоосон. Ti-ийн агууламжийг бууруулж, Mo элементийг нэмэгдүүлэх, үйлдвэрлэлийн процессыг өөрчлөх болон бусад арга хэмжээг авч хэрэгжүүлснээр Mn18 бутлуурын алхны тунадасуудын микро бүтэц шинж чанар, нийт хэмжээ, морфологийг оновчтой болгож, алхны хошууны ашиглалтын цикл, тогтвортой байдлыг үр дүнтэй сайжруулдаг.