Өндөр хромтой цутгамал төмрийг Cr15, Cr20, Cr26 цутгахад янз бүрийн элементүүдийн үүрэг

Өндөр хромтой цутгамал төмөр (HCCI) нь элэгдэлд тэсвэртэй, зэврэлтэнд тэсвэртэй, өндөр температурт тэсвэртэй тул уул уурхай, цемент, металлурги, цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх зэрэг салбарт өргөн хэрэглэгддэг. Нийтлэг зэрэглэлүүдийн дунд Cr15, Cr20, Cr26 нь хамгийн төлөөлөлтэй бөгөөд тэдгээрийн гүйцэтгэл нь хайлшийн элементүүдийн найрлага, эзлэх хувь зэргээс ихээхэн хамаардаг. Энэхүү нийтлэлд Cr15, Cr20, Cr26-ийн цутгах процесс, бичил бүтэц үүсэх, үйлчилгээний гүйцэтгэлд элемент бүрийн үүргийг системтэйгээр тайлбарласан болно. өндөр хромтой цутгамал төмөр, цутгах үйл явцын зураг төсөл, материалын сонголтод практик удирдамж өгөх.

1. Нүүрстөрөгч (C): Элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг тодорхойлдог гол элемент

Нүүрстөрөгч нь өндөр хромтой цутгамал төмрийн хамгийн чухал элемент бөгөөд Cr15, Cr2.0, Cr26-ийн ерөнхий агууламж 20% -3.3% хооронд хэлбэлздэг (гурван зэрэглэлийн хооронд үндсэндээ тогтвортой). Үүний гол үүрэг нь материалын элэгдэлд тэсвэртэй байдлын гол эх үүсвэр болох хатуу карбид үүсгэх явдал юм.

Cr15 өндөр хромтой цутгамал төмрийн нүүрстөрөгчийн агууламж ихэвчлэн 2.4%–3.0% байдаг бөгөөд үүний үр дүнд карбидын эзлэхүүний фракц ойролцоогоор 25%–30% байдаг. Cr20-ийн хувьд нүүрстөрөгчийн агууламж 2.3%–3.1% хооронд хэлбэлздэг бөгөөд карбидууд 30%–35% эзэлдэг. 2.2%–3.0% нүүрстөрөгчийн агууламжтай Cr26 нь хромын агууламж өндөр тул карбидын эзлэхүүний фракц хамгийн өндөр (35%–40%) байдаг.

Нүүрстөрөгчийн нөлөөллийн хууль тодорхой байна: нүүрстөрөгчийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр карбидын тоо нэмэгдэж, энэ нь материалын хатуулаг болон элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг мэдэгдэхүйц сайжруулдаг. Гэсэн хэдий ч нүүрстөрөгчийн агууламж 3.3%-иас хэтэрвэл торон буюу бүдүүн карбид үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь цутгамал төмрийн хатуулгийг огцом бууруулж, хэврэг хугаралд өртөмтгий болгодог. Нүүрстөрөгчийг хромтой хослуулах нь чухал: гол карбидын төрөл нь M₇C₃ (хэврэг M₃C-ийн оронд) байхын тулд Cr/C харьцаа 4-өөс их байх ёстой (ялангуяа Cr26-ийн хувьд Cr/C харьцаа 7-оос их байх ёстой), ингэснээр элэгдэлд тэсвэртэй байдал болон хатуулгийг тэнцвэржүүлнэ.

2. Хром (Cr): Гол элементийн ялгарах зэрэглэл

Хром нь өндөр хромтой цутгамал төмрийн тодорхойлох элемент бөгөөд түүний агууламж нь Cr15, Cr20, Cr26 зэрэглэлийг шууд ялгадаг. Үүний гол үүрэг нь карбидын төрөл, хэмжээг тодорхойлох, зэврэлтээс хамгаалах чадварыг сайжруулах, өндөр температурын тогтвортой байдлыг сайжруулах явдал юм.

Cr15 өндөр хромтой цутгамал төмөр нь 11%–18% хром агуулдаг. Энэ нь голчлон бага хэмжээний M₂₃C₆-тай хамт M₇C₃ карбид үүсгэдэг бөгөөд энэ нь дунд зэргийн элэгдэл, зэврэлтэнд тэсвэртэй боловч өндөр хромын агуулгатай харьцуулахад илүү сайн бат бөх чанарыг өгдөг. Cr20 (18%–23% хром) нь M₇C₃ карбидын өндөр, илүү тогтвортой хувийг агуулдаг бөгөөд энэ нь Cr15-аас хамаагүй илүү сайн элэгдэл, зэврэлтэд тэсвэртэй болгодог бөгөөд гүйцэтгэл болон өртгийн хооронд оновчтой тэнцвэрийг бий болгодог.

Cr26 өндөр хромтой цутгамал төмөр (23%–30% хром) нь M₇C₃ карбидын хамгийн их эзэлхүүний фракцтай (≥35%) бөгөөд энэ нь өндөр стрессийн элэгдэлд тэсвэртэй, зэврэлтэд тэсвэртэй, өндөр температурт исэлдүүлэх эсэргүүцэлээрээ давуу талтай. Гэсэн хэдий ч хромын агууламж 25%-иас хэтэрсэн үед M₆C болон M₂₃C₆ зэрэг хэврэг фазууд үүсэх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь бат бөх чанарыг бууруулж, цутгах хүндрэлийг нэмэгдүүлдэг.

Гурван зэрэглэлийн хромын нийтлэг шинж чанар нь матрицад уусч Cr₂O₃ идэвхгүй хальс үүсгэдэг бөгөөд энэ нь материалын зэврэлт ба исэлдэлтийн эсэргүүцлийг үр дүнтэй сайжруулдаг.

3. Цахиур (Si): Исэлдэлт ба цэвэршүүлэлтийн туслах элемент

Цахиурыг өндөр хромтой цутгамал төмрийн нэмэлт элемент болгон нэмдэг бөгөөд гурван зэрэглэлийн (Cr15, Cr20, Cr26) агууламж нь ≤1.2% байдаг. Үүний гол үүрэг нь дараах байдалтай байна.

• Исэлдэлтгүйжүүлэлт: Цахиур нь цутгах явцад хром, манган болон бусад хайлшийн элементүүдийн исэлдэлтийн алдагдлыг үр дүнтэй бууруулж, хайлшийн найрлагын тогтвортой байдлыг хангадаг.
• Карбидыг цэвэршүүлэх: Энэ нь хатууралтын үед хатуу-шингэн хоёр фазын бүсийг багасгаж, карбидуудыг илүү нарийн, илүү тархсан болгож, улмаар бичил бүтцийн жигд байдлыг сайжруулдаг.
• Хатуу уусмалыг бэхжүүлэх: Цахиур нь матрицад уусч, материалын бат бөх чанар болон уян хатан чанарын хязгаарыг сайжруулдаг.

Цахиурын агууламж 2%-иас хэтэрсэн үед бал чулууны тунадасжилт үүсэх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь цутгамал төмрийн хатуулаг болон элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тиймээс цутгахад цахиурын агууламжийг (≤1.2%) хатуу хянах нь чухал юм.

4. Манган (Mn): Хатуурах чадвар болон бичил бүтцийн жигд байдлыг сайжруулах

Cr15, Cr2.0, Cr26 өндөр хромтой цутгамал төмрийн хувьд манганыг ихэвчлэн 0.5%–1.0% (хамгийн ихдээ ≤20%) хооронд нэмдэг. Үүний үндсэн үүрэгт дараахь зүйлс орно.

• Аустенитийг тогтворжуулж, Ms цэгийг бууруулснаар перлит үүсэхийг бууруулж, материалын хатууралтыг сайжруулна.
• Хатуу уусмалыг бэхжүүлж, дендритийг цэвэршүүлж, бичил бүтцийг илүү жигд болгож, нийт гүйцэтгэлийг сайжруулна.
• Дулааны боловсруулалтын явцад хоёрдогч карбидын тунадасыг нэмэгдүүлж, материалын хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг улам сайжруулдаг.

Хэт их манган (1.5%-иас дээш) нь аустенитийг хэт их хэмжээгээр хадгалахад хүргэж, улмаар цутгамал эд ангиудын хатуулаг, хэмжээст өөрчлөлтийг тогтворгүй болгоно. Тиймээс манганы агууламжийг зохих ёсоор хянах нь маш чухал юм.

5. Молибден (Мо): Хатуулаг болон бат бөх чанарыг сайжруулна

Молибден нь өндөр хромтой цутгамал төмрийг бэхжүүлж, хатууруулах чухал хайлшийн элемент бөгөөд Cr1.5 ба Cr20-ийн нийтлэг агууламж 0.5%–15%, Cr26-ийн хувьд 1.0%–2.0% байдаг. Үүний гол үүрэг нь:

• Хатуурах чадварыг эрс сайжруулж, том хэсэгтэй цутгамал эд ангиуд ч гэсэн бүтэн хэсэгтэй мартенсит эсвэл бейнит бүтэцтэй болж, зөөлөн перлит үүсэхээс сэргийлнэ.
• Үр тариаг цэвэршүүлж, сүлжээний карбид үүсэхийг дарангуйлж, улмаар материалын бат бөх чанар, хагарлын эсэргүүцлийг сайжруулдаг.
• Хатуу уусмал болон тунадасны бэхжилтийг бий болгож, матрицын хатуулгийг HRC 50-60 хүртэл нэмэгдүүлж, карбидыг үр дүнтэй дэмжиж, ашиглалтын явцад карбидын ялгаралтыг бууруулна.
• Өндөр температурын тогтвортой байдлыг сайжруулж, зөөлрүүлэх эсэргүүцэл болон улаан хатуулгийг (500-600℃) нэмэгдүүлж, материалыг өндөр температурын ажлын нөхцөлд тохиромжтой болгодог.

Cr26 өндөр хромтой цутгамал төмрийн хувьд өндөр молибдений агууламж (1.0%–2.0%) нь хромын өндөр агууламжаас үүдэлтэй хатуулаг болон бат бөх чанарыг бууруулахад ашиглагддаг.

6. Никель (Ni): Аустенитийг тогтворжуулж, бат бөх чанарыг сайжруулдаг

Никель нь ихэвчлэн Cr1.5 болон Cr20-д 0.5%–15%, Cr26-д 0.8%–1.8% хооронд нэмэгддэг. Үндсэн үүрэг нь:

• Аустенитийн хүчтэй тогтворжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэж, γ-фазын бүсийг өргөжүүлж, хатууралтыг сайжруулж, перлит үүсэхийг дарангуйлдаг.
• Бага температурын бат бөх чанарыг сайжруулж, хүйтэн хэврэг шилжилтийн температурыг бууруулж, материалыг бага температурт ажиллах орчинд тохиромжтой болгодог.
• Молибдентэй синергжих: молибден нь хатууралтыг сайжруулдаг бол никель нь аустенитийг тогтворжуулж, зузаан, том цутгамал эд ангиудад жигд бүтэц, өндөр бат бөх чанарыг бий болгодог.

Илүүдэл никель нь хэт их хэмжээний аустенитийг хадгалж, улмаар материалын хатуулаг буурахад хүргэдэг. Тиймээс никелийн агууламжийг боломжийн хязгаарт хянах хэрэгтэй.

7. Зэс (Cu): Туслах бэхжүүлэлт ба зэврэлтээс хамгаалах

Зэс нь өндөр хромтой цутгамал төмрийн ≤2.0% агууламжтай туслах хайлшийн элемент юм. Үүний гол үүрэг нь:

• Хатуу уусмал нь матрицыг бэхжүүлж, материалын бат бөх, хатуулгийг сайжруулдаг.
• Аустенитийг тогтворжуулж, хатууралтыг сайжруулахад тусалдаг (никельээс сул).
• Зэврэлтээс хамгаалах чадварыг сайжруулах, ялангуяа шингэрүүлсэн хүчил болон агаар мандлын зэврэлтийн орчинд.
• Материалын боловсруулах чадварыг бага зэрэг сайжруулдаг.

8. Хүхэр (S) ба фосфор (P): Хатуу хяналттай хортой элементүүд

Хром ихтэй цутгамал төмрийн хүхэр болон фосфор нь хортой хольц бөгөөд тэдгээрийн агууламжийг хатуу хянах ёстой: Cr15, Cr20, Cr26-ийн хувьд хүхрийн агууламж ≤0.06%, фосфор ≤0.10% байна.

Хүхэр нь MnS зэрэг бага хайлдаг нэгдлүүдийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь үр тарианы хил хязгаарыг хэврэгшүүлэх, халуун хагарал үүсгэх, цохилтын бат бөх чанарыг бууруулахад хүргэдэг. Фосфор нь Fe₃P зэрэг хэврэг нэгдлүүдийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь цутгах явцад бага температурт хэврэгшил, хүйтэн хагарал үүсэх хандлагыг нэмэгдүүлдэг. Өндөр хромтой цутгамал төмрийн цутгах найдвартай байдал, үйлчилгээний гүйцэтгэлийг хангахын тулд хүхэр, фосфорын агууламжийг хатуу хянах нь чухал юм.

9. Cr15, Cr20, болон Cr26-ийн элементийн дизайны харьцуулалт

10. Дүгнэлт ба гол санаануудыг тодорхойлох

Cr15, Cr20, Cr26 өндөр хромтой цутгамал төмрийн гүйцэтгэлийг янз бүрийн хайлшлах элементүүдийн харилцан үйлчлэлээр хамтад нь тодорхойлдог. Нүүрстөрөгч ба хром нь карбидын хэмжээ, төрөл, элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг тодорхойлдог гол элементүүд юм: хромын агууламж өндөр байх тусам элэгдэлд тэсвэртэй байдал сайжирдаг боловч хатуулаг бага, цутгахад хүндрэлтэй байдаг. Молибден ба никель нь бэхжүүлэх-хатууруулах гол хослолыг бүрдүүлдэг: молибден нь хатуурах чадвар болон ширхэгийн цэвэршүүлэлтийг сайжруулдаг бол никель нь аустенитийг тогтворжуулж, хатуулгийг нэмэгдүүлдэг.

Цахиур болон манганы хэмжээг исэлдэлт болон бэхжилтийг хангахын тулд бага түвшинд хянаж, бал чулууны тунадасжилт болон хэт их хадгалагдсан аустенитээс зайлсхийх хэрэгтэй. Халуун хагарал, хүйтэн хэврэгшил, үр тарианы хил хязгаарын хэврэгшилтээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд хүхэр болон фосфорыг хатуу хянаж байх ёстой. Материалын сонголтын хувьд: Cr15 нь өртөг багатай, сайн бат бөх чанартай, ерөнхий элэгдэлд тэсвэртэй эд ангиудад тохиромжтой; Cr20 нь элэгдэлд тэсвэртэй байдал болон хатуулгийн хоорондох хамгийн сайн тэнцвэрийг хангаж, ерөнхий ерөнхий зэрэглэлийн үүрэг гүйцэтгэдэг; Cr26 нь элэгдэлд тэсвэртэй, зэврэлтэд тэсвэртэй, өндөр температурын гүйцэтгэлийг санал болгодог боловч хэврэгшил, цутгахад хүндрэлтэй байдал, өртөг өндөртэй байдаг.

Хайлшийн найрлагыг оновчтой төлөвлөж, цутгах процессыг оновчтой болгосноор Cr15, Cr20, Cr26 өндөр хромтой цутгамал төмрийн гүйцэтгэлийн потенциалыг бүрэн ашиглаж, янз бүрийн үйлдвэрлэлийн ажлын нөхцлийн шаардлагыг хангаж чадна.