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              首頁 公司簡介 碳化鎢-鋼梯度耐磨材料 滲鍍二硅化鉬耐蝕耐熱材料 開發與研究 產品展示 材料的選取需知
               
                 
               
                 
               
               
               
               
                江蘇省鹽城市建湖縣豐收西路裕豐工業開發區(建湖華星液壓元件有限公司院內)
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              離子注滲碳化鎢用于冶金設備易耗配件耐磨效果好

              (冶金文摘2006.1

              摘要:篩分燒結料的篩板,高爐放散閥,轉爐濕法除塵脫水器彎板,軋鋼線上的導衛輪、切分輪等易耗配件,改用碳化鎢離子注滲鋼基耐磨合金(下簡稱WCSA),替代了原用的堆焊、噴涂等表面改性耐磨材料;替代了昂貴的高合金工具鋼、高速鋼。使用壽命達到上述被替代材料的三倍以上,經濟效益十分顯著。并對WCSA高耐性原因進行初步分析。

              關鍵詞:碳化鎢 篩板 放散閥 脫水器彎板 導衛輪 切分輪 耐磨性


              1、前言

                  鋼鐵企業中的許多設備都處于劇烈磨損工況中。過去這些設備及其配件大量采用堆焊、噴涂等表面改性耐磨材料;或選用高合金工具鋼、高速鋼制造。盡管如此,還有很多設備配件的壽命很低。如燒結系統的篩板,使用高鉻鎳合金制造,壽命也不超過三個月;高爐放散閥堆焊厚5~10mm碳化鎢,壽命仍低于2個月;高線軋制線上的切分輪,用W6Mo5Cr4V2高速鋼制造,過鋼量也達不到1500T……造成設備停機率高,維修工作量增大,制約了產量,影響了質量,還增加了成本。因此研究新型耐磨材料替代傳統的耐磨材料是一項刻不容緩的工作。最近幾年,碳化鎢注滲鋼基耐磨合金(WCSA)在冶金行業得到了廣泛應用。WCSA具體使用效果及耐磨機理還未見報道,本文對此問題進行研究探討。

              2、WCSA產品使用效果

                  燒結、煉鐵、煉鋼、軋鋼設備的許多易耗配件,改用WCSA后,提高了使用壽命,降低了生產成本,受到客戶的廣泛歡迎。

              2.1燒結系統WCSA產品使用效果

                  某鋼鐵公司燒結廠有一臺400m2燒結機,日處理燒結料萬噸左右。由于燒結機負荷重,工作條件十分惡劣,與燒結機相配套的各種機械設備壽命較短。如各種溜槽,原用16Mn鋼板堆焊10mm厚碳化鎢耐磨層,使用壽命只有100天左右;篩板、盲板原用Cr24Ni5耐熱耐磨鑄鋼,使用壽命只有3個月左右;合金鋼制造的風機葉片,壽命不到半年……最近幾年,燒結系統中這些關鍵易耗配件都改用WCSA產品。WCSA溜槽平均壽命提高到400天;WCSA篩板使用壽命達到一年以上;WCSA風機葉片壽命提高3倍以上;WCSA除塵彎管壽命提高4倍……由于改用WCSA后壽命提高數倍,節約了生產成本,減少維修強度和維修費用,大大提高了設備作業率,其經濟效益十分明顯。

              2.2煉鐵系統WCSA產品使用效果

                  高爐上的放散閥、受料漏斗、旋轉溜槽、爐前開鐵口機鉆打軸等都是磨損較快的零部件。過去高爐上的放散閥大部分采用合金鑄鋼、球墨鑄鐵再堆焊或噴涂一層耐磨層,平均壽命只有一個月左右。當改用WCSA的放散閥座和閥蓋,平均使用壽命達到8個月以上;爐前開鐵口機的鉆打軸,由于工作負荷重,工況較惡劣。原用合金工具鋼生產的鉆打軸磨損很快,有時還出現斷軸事故,影響生產和安全。鉆打軸改用WCSA產品磨損減少了,軸不斷了,使用壽命提高4倍以上。

              2.3 WCSA彎頭脫水器下弧板使用效果

                  某鋼鐵公司20T和100T轉爐采用濕法除塵。凈化回收轉爐煙氣系統的第一級文氏管后,是900彎頭脫水器及下弧板。該下弧板由于長期使用堿性水沖刷,壓力大,流速快,溶液中又含有很多固體顆粒,磨損嚴重。原來用8mm厚的16MnCu鋼制造,一般使用30天左右就被打漏,停爐補焊,補焊后不久又被打漏,影響生產。現改為在普通鋼板表層注滲碳化鎢,耐磨耐蝕性大大提高,使用壽命達到6個月以上。

              2.4 WCSA導衛輪及切分輪使用效果

                  軋鋼生產線上的導衛輪,高速線材軋制線上的切分輪,長期與950~10000C軋件局部接觸,水冷卻又使導衛輪、切分輪處于急冷急熱狀態中,常常發生疲勞裂紋引起表面崩裂失效;高速行進的軋件又使導衛輪、切分輪產生強烈磨損。不規則的外力又加快了磨損。在這種較惡劣工況下工作的導衛輪、切分輪使用壽命普遍較低。

                  某鋼鐵公司軋鋼廠,用一般耐磨材質制造的導衛輪,過鋼量不超過2000T。使用周期還不穩定,給導衛輪定期更換帶來很大困難。為了解決這一難題,軋制生產線上的工程師們,在優化選擇導衛輪材料、合理使用導衛輪表面改性處理工藝、改進導衛輪結構設計等方面進行大量研究試驗工作,取得了很多進展。目前該公司軋制生產線上的導衛輪采用4Cr5MoSiV1(簡稱H13)鋼材制造,再經適當表面熱處理。這種導衛輪在第八架軋機使用,過鋼量達到6000T左右;在第十架軋機使用,過鋼量達到5000T左右。但他們并沒有滿足已經取得的成績,在原導衛輪表面注滲了碳化鎢,改性后的WCSA導衛輪在第八架軋機使用過鋼量平均達到28500T,提高壽命4.7倍,在第十架軋機使用過鋼量達到19000T,提高壽命近4倍。

                  某鋼鐵公司高速線材軋制線上的切分輪,使用壽命一直較低。過去曾試驗過對切分輪楔尖局部熱處理;切刃噴涂和堆焊碳化鎢;也采用過不同成份合金工具鋼制造。這些措施的效果都不太理想。相對而言,采用昂貴的W6Mo5Cr4V2高速鋼制造的切分輪,使用壽命尚可。在軋制¢16帶肋鋼筋時每對切分輪過鋼量達到1000T左右。后來改用一般工具鋼制造并經離子注滲碳化鎢處理,這種WCSA切分輪過鋼量達到3300T以上。過去常常發生的疲勞裂紋引起崩烈的現象消失了。一只高速鋼切分輪,采購價250元/只;而WCSA切分輪采購才200元/只。價格下降20%,壽命提高3倍以上。

              3、WCSA產品高耐磨性初步分析

                  上述實例說明WCSA零部件比堆焊、噴涂表面改性耐磨材料更耐磨,比熱處理硬化后的合金工具鋼、高速鋼更耐磨。WCSA為什么比這些耐磨材料更耐磨呢?

                  WCSA是北京永固運通表面合金科技有限公司的技術產品。該產品以一般結構鋼或工具鋼制造,然后以直徑比納米還小的高能碳化鎢離子注滲到鋼基體表層冶金而成。注滲層厚度達到1.2~1.5mm。注滲層中的碳化鎢以微小質點高度彌散分布在鋼的不同晶格中。它與鋼基體是冶金結合。形成了以鋼基體完全不同的特殊組織結構和獨特性能:表層具有WCSA的高硬度、高耐磨性能,心部又保留了所選鋼基體的強度和韌性,在表層與心部之間還存在一個性能漸變的梯度過渡區。實現了耐磨性、強韌性、耐熱性、抗沖擊性的合理組合。

                  從微觀角度看,鋼材表層經無數離子轟擊和注入,使注滲層內晶體結構發生很大變化,形成很多小角度晶界、亞晶界,使注滲層晶粒得到細化。無數外來離子經過電子交換后,有的形成晶體存在,大部分則在鋼基晶體中的某一點陣中存在,引起了許多晶格畸變。外來的許多微小的WC顆粒分布在鋼基內,彌散強化作用很突出。這些使注滲層的硬度、拉伸強度、疲勞強度以及紅硬性、熱強性等綜合性能比鋼基體有大幅度提高,使遭遇磨損的碳化鎢顆粒不被很快磨耗掉的夾持能力大大增強,使WC本身的高耐磨性得到充分展示。

                  前面提到采用工具鋼、高速鋼制造的導衛輪、切分輪,經常發生疲勞裂紋崩裂而失效。實踐證明,WCSA導衛輪和切分輪不存在這個問題。這是因為金屬疲勞裂紋都源于材料表面。離子注滲WC產品的表面,由于注滲時無數離子轟擊已發生塑性變形,伴隨產生的壓應力有效地抑制裂紋萌生。同時鋼基中易萌生裂紋的各種位錯及其它晶體缺陷,在離子注入時,由于外來原子的填充,強烈的釘扎作用使滑移面受阻,不易萌生裂紋。注滲層晶粒細化也能有效地阻止微裂紋擴展。這些因素使WCSA導衛輪、切分輪在使用中不易發生裂紋和崩落。

                  總之,離子注滲碳化鎢層中,聚集了數量眾多、高度彌散分布的細小WC顆粒,這些WC顆粒抗磨能力強;隨著注滲層綜合力學性能的提高,使WC顆粒在磨損時獲得很大的支護能力,使WC顆粒不崩不掉;注滲層還具有不易產生疲勞裂紋而崩裂破壞的功能。上述因素綜合作用的結果,宏觀表現出來的,就是WCSA在許多治金設備易耗配件中具有杰出的耐磨功能。由于離子注滲碳化鎢材料是一種新型耐磨材料,它為什么具有如此高的耐磨性,還有待進一步從理論上加以系統的研究。

              4、結語

                  碳化鎢注滲鋼基耐磨合金(WCSA)是一種創新型的高級耐磨材料。它主要用于冶金行業許多劇烈磨損設備的易耗配件。替代了原用的堆焊、噴涂等表面改性耐磨材料;替代了原用高合金工具鋼、高速鋼制造的易耗配件。使用壽命還比上述被替代材料提高3倍以上,技術經濟效益十分顯著。在大量消耗耐磨材料的冶金行業,推廣應用WCSA產品具有十分重要的意義。

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