带压开孔材料:耐磨钢的应用

栏目:带压开孔工程 发布时间:2021-08-09 作者: 杜亚利 来源: 原创 浏览量: 607
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一些通用的合金钢如不锈钢、轴承钢、合金工具钢及合金结构钢等也都在特定的条件下作为耐磨钢使用,由于它们来源方便,性能优良,在带压开孔设备制造中也可以作为耐磨钢的使用,但要依据带压开孔所开管道材质和压力来进行不同的配套使用。

管道在带压开孔作业中,随着带压开孔刀的逐渐深入,被开的孔距越来越大,管道在形成时所具有的应力被不段的释放。其应力的作用会促使管道壁在带压开孔刀内部逐渐显露,并开始摩擦刀壁并形成带压开孔内壁的内磨损。

而随着带压开孔刀逐渐深入,刀具及钻杆长度过大,并由于重力的原因,使刀具失去中心点位并向下垂压,造成带压开孔刀具的外壁磨损。

这种情况会随着带压开孔越来越深入而变得越来越明显,尤其是带压开孔作业即将完成之时,造成的夹刀现象和频次越来越多。因此,大口径的管道带压开孔作业中要尤为重视这个问题。下面就磨损和耐磨两个方面来分析:




1.磨损是带压开孔部件失效的主要形式之一,磨损造成了带压开孔机所处的液压系统中能源和原材料的大量消耗,尤其是带压开孔设备要克服这些磨擦力,并且还要实现原有管道的切削作业。根据不完全统计,磨损占液压系统能源消耗的1/3到1/2。

而带压开孔刀具的磨损是一种不可复原的磨损。刀壁被磨损后的横向及螺旋式拉痕,在使用抛光工艺打磨后又可以光滑如新,但其刀壁的尺寸会损失2-10%左右,且目前国内没有一种较为经济的方法来弥补这些由于磨损所带来的损失。

由此可见,提高带压开孔刀的耐磨性能,可以适应延长带压开孔的使用寿命。开发和使用新型高性能耐磨钢应用于带压开孔刀具,以降低由于磨损造成的损失,对于带压开孔的发展是一件具有重要意义的工作。

1.1机械行业内对于“磨损”尚无统一的定义。一般认为磨损是物体工作表面材料在相对运动中不断破坏或损失的现象。

而对于带压开刀的磨损存在很多方面,若按磨损类型划分,可分为磨料磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、接触疲劳磨损、冲击磨损、微动磨损等大类。

在带压开孔施工领域中磨料磨损和粘着磨损在带压开孔设备中磨损失效中占有最大比例,而冲蚀、腐蚀、疲劳、微动等磨损失效方式由于往往产生在带压开孔机承压和切削等一些重要部件的运行中,应当引起重视。

1.2在正常的带压开孔工况条件下,往往是几种磨损形式同时或先后出现,磨损失效交互作用呈现较复杂的形式。材料因素只是影响工件磨损的因素之一,要提高钢件的耐磨性需要从特定条件下的摩擦、磨损系统整体着手才会取得预期的效果。



2.耐磨钢材料分析

带压开孔工程中可使用的耐磨钢种类很多,大体上可分为高锰钢、中、低合金耐磨钢、铬钼硅锰钢、耐气蚀钢、耐磨蚀钢以及特殊耐磨钢等。

2.1一些通用的合金钢如不锈钢、轴承钢、合金工具钢及合金结构钢等也都在特定的条件下作为耐磨钢使用,由于它们来源方便,性能优良,在带压开孔设备制造中也可以作为耐磨钢的使用,但要依据带压开孔所开管道材质和压力来进行不同的配套使用。

2.2带压开孔设备制造中严禁使用铸造工艺制造承压部件、切削部件、动力传动部件等。因铸造工艺天然存在着气孔、砂眼、夹渣等缺陷,且其在铸造过程中钢水质量无法保证,会在带压开孔施工的传动、切削和不断磨损的工况下,其缺陷会逐渐被放大,使部件过早失效甚至为企业带来不可挽回的经济损失。

2.3高锰钢也叫哈德菲尔德钢。它是英国人R.A.Hadfield教授于1883年发明的性能优良的耐磨钢,属Fe-Mn-C系奥氏体锰钢,经典高锰钢公称锰含量为13%。ISO国际标准牌号为GX100Mn13,我国国标为ZGMn13系列,德国DIN标准为G-X120Mn13,俄罗斯国家标准为110Г13Л等。



此类型高锰钢在强大的冲击载荷和接触应力作用下,其表层迅速产生硬化,硬度可从HBS200急剧升高至400-500并有高密度位错和孪晶相继生成,从而产生高耐磨的表层,心部奥氏体却保持着极好的韧性。就这样硬化一层、磨损一层、次表层又被硬化,连续不断、周而复始、层层抵抗,直至磨损到失效状态。。

元素       超高锰钢       作用、特点、要害

C     1.05~1.35      C量越高耐磨性越好,但韧性变差

Si     0.3~0.8   仅作为辅助脱氧用,越低越好

Mn  16~19    厚壁件、强烈冲击时取上限

S     ≤0.04    有害元素,越低越好

P     ≤0.04    极其有害元素,应想方设法降低

Cr    1.5~2.5   提高强度,但降低韧性

Mo  0.5~0.8   全面提高综合性能,但成本昂贵

Ni    0.8~1.2   可抑制高温脆化,适用于篦冷机锤头

Ti    0.1~0.15 提高耐磨性,但超过0.2%变脆

Re   0.35%      细化晶粒、净化晶界

使用耐磨钢也不是万能的,具有一定的条件,在使用过程中要有强大的冲击力或强大的压力下才能使其表面充分硬化。因此在带压开孔部件生产艺上要注意适当地进行改进就可以完全实现其功能。具体详细可关注百家号或下方留言。