Өндөр температурын орчинд өнхрөх гинжний материалын сонголт

Өндөр температурын орчинд өнхрөх гинжний материалын сонголт

Металлургийн дулааны боловсруулалт, хүнсний нарийн боов, нефть химийн үйлдвэрлэл зэрэг үйлдвэрлэлийн орчинд,булны гинж, гол дамжуулалтын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьд ихэвчлэн 150°C-аас дээш температурт тасралтгүй ажилладаг. Хэт өндөр температур нь уламжлалт гинжийг зөөлрүүлж, исэлдүүлж, зэврүүлж, тослох чадваргүй болгодог. Аж үйлдвэрийн мэдээллээс харахад буруу сонгогдсон булны гинж нь өндөр температурын нөхцөлд ашиглалтын хугацааг 50%-иас дээш бууруулж, тэр ч байтугай тоног төхөөрөмж ажиллахаа болиход хүргэдэг. Энэхүү нийтлэл нь өндөр температурын орчинд булны гинжний гүйцэтгэлийн шаардлагыг судалж, үйлдвэрлэлийн мэргэжилтнүүдэд дамжуулах системээ тогтвортой шинэчлэхэд нь туслахын тулд янз бүрийн гол материалын шинж чанар, сонголтын логикийг системтэйгээр шинжилсэн болно.

I. Өндөр температурын орчны өнхрөх гинжин хэлхээнд тулгарч буй гол бэрхшээлүүд

Өндөр температурын орчноос үүдэлтэй өнхрөх гинжин хэлхээнд учирсан хохирол нь олон хэмжээст байдаг. Гол бэрхшээлүүд нь хоёр тал дээр оршино: материалын гүйцэтгэлийн доройтол болон бүтцийн тогтвортой байдал буурсан. Эдгээр нь мөн материалын сонголтын даван туулах ёстой техникийн саад тотгорууд юм.

- Материалын механик шинж чанарын доройтол: Энгийн нүүрстөрөгчийн ган нь 300℃-ээс дээш температурт мэдэгдэхүйц зөөлөрч, суналтын бат бэх нь 30%-50%-иар буурдаг бөгөөд энэ нь гинжин хавтангийн хугарал, зүүний деформаци болон бусад эвдрэлд хүргэдэг. Нөгөөтэйгүүр, бага хайлштай ган нь өндөр температурт ширхэг хоорондын исэлдэлтээс болж элэгдлийг улам хурдасгаж, гинжин сунгалтыг зөвшөөрөгдөх хэмжээнээс хэтрүүлдэг.

- Исэлдэлт ба зэврэлт нэмэгдэх: Өндөр температурт хүчилтөрөгч, усны уур, үйлдвэрлэлийн орчин (хүчиллэг хий, тос гэх мэт) нь гинжин хэлхээний гадаргуугийн зэврэлтийг хурдасгадаг. Үүссэн исэлдэлт нь нугасны гацалтыг үүсгэж болох бол зэврэлтийн бүтээгдэхүүн нь тосолгоог бууруулдаг.

- Тосолгооны системийн эвдрэл: Уламжлалт эрдэс тосолгооны тос нь 120℃-ээс дээш температурт ууршиж, нүүрстөрөгчжиж, тослох чадвараа алддаг. Энэ нь бул болон зүүний хоорондох үрэлтийн коэффициентийг нэмэгдүүлж, элэгдлийн хэмжээг 4-6 дахин нэмэгдүүлдэг.

- Дулааны тэлэлтийн тохируулгын сорилт: Хэрэв гинжин хэлхээний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн (гинжин хавтан, зүү, бул) дулааны тэлэлтийн коэффициентүүд мэдэгдэхүйц ялгаатай бол температурын мөчлөгийн үед завсар зай өргөсөх эсвэл гинж нь баригдаж, дамжуулалтын нарийвчлалд нөлөөлж болзошгүй.

II. Өндөр температурт эргэлддэг гинжний гол материалын төрөл ба гүйцэтгэлийн шинжилгээ

Өндөр температурын ажиллагааны нөхцлийн онцлог шинж чанараас шалтгаалан гол өнхрөх гинжин хэлхээний материалууд нь зэвэрдэггүй ган, халуунд тэсвэртэй ган, никель дээр суурилсан хайлш гэсэн гурван үндсэн системийг бүрдүүлсэн. Материал бүр нь өндөр температурт тэсвэртэй, бат бөх, зэврэлтээс хамгаалах чадвараараа өөрийн гэсэн давуу талуудтай тул тодорхой ажиллагааны нөхцөлд үндэслэн нарийн тохируулга шаарддаг.

1. Зэвэрдэггүй ган цуврал: Дунд болон өндөр температурын ажиллагааны нөхцөлд өртөг хэмнэлттэй сонголт

Зэвэрдэггүй ган нь маш сайн исэлдэлт болон зэврэлтэнд тэсвэртэй тул 400°C-аас доош дунд болон өндөр температурт ашиглахад илүүд үздэг материал болсон. Эдгээрээс 304, 316, 310S зэрэг нь өнхрөх гинжин хэлхээний үйлдвэрлэлд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг. Гүйцэтгэлийн ялгаа нь голчлон хром ба никелийн агууламжийн харьцаанаас үүдэлтэй.

Зэвэрдэггүй ган гинж нь "алдаатай" биш гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. 304 зэвэрдэггүй ган нь 450°C-ээс дээш температурт мэдрэгжүүлэлт үзүүлдэг бөгөөд энэ нь эс хоорондын зэврэлтэд хүргэдэг. 310S нь халуунд тэсвэртэй боловч өртөг нь 304-өөс ойролцоогоор 2.5 дахин өндөр тул ашиглалтын хугацааг цогцоор нь авч үзэх шаардлагатай.

2. Дулаанд тэсвэртэй ган цуврал: Хэт өндөр температурт бат бөх чанарын тэргүүлэгчид

Ашиглалтын температур 800℃-ээс хэтэрсэн үед ердийн зэвэрдэггүй гангийн бат бэх мэдэгдэхүйц буурдаг. Энэ үед хром, никелийн агууламж өндөртэй халуунд тэсвэртэй ган нь гол сонголт болдог. Эдгээр материалууд нь хайлшийн элементийн харьцааг тохируулснаар өндөр температурт тогтвортой исэлдсэн хальс үүсгэдэг бөгөөд сайн мөлхөх бат бөх чанарыг хадгалдаг.

- 2520 Дулаанд тэсвэртэй ган (Cr25Ni20Si2): Түгээмэл хэрэглэгддэг өндөр температурт материалын хувьд урт хугацааны ашиглалтын температур нь 950℃ хүрч, карбюраторжуулах агаар мандалд маш сайн гүйцэтгэл үзүүлдэг. Гадаргуугийн хромын диффузийн боловсруулалтын дараа зэврэлтээс хамгаалах чадварыг 40%-иар сайжруулж болно. Үүнийг олон зориулалттай зуухны гинжин дамжуулагч болон арааны урьдчилан исэлдүүлэх зуухны дамжуулагч системд түгээмэл ашигладаг. Суналтын бат бэх ≥520MPa ба суналт ≥40% нь өндөр температурт бүтцийн деформацийг үр дүнтэй эсэргүүцдэг.

- Cr20Ni14Si2 халуунд тэсвэртэй ган: 2520-аас арай бага никелийн агууламжтай тул илүү зардал багатай сонголтыг санал болгодог. Тасралтгүй ажиллах температур нь 850℃ хүрч чаддаг тул шил үйлдвэрлэл, галд тэсвэртэй материал тээвэрлэх зэрэг өртөг өндөртэй өндөр температурын хэрэглээнд тохиромжтой. Үүний гол онцлог нь дулааны тэлэлтийн тогтвортой коэффициент бөгөөд энэ нь цоолбортой материалтай илүү сайн нийцэж, дамжуулах цочролыг бууруулдаг.

3. Никель дээр суурилсан хайлшийн цуврал: Хатуу ажиллагааны нөхцөлд хамгийн тохиромжтой шийдэл

1000℃-ээс хэтэрсэн онцгой нөхцөлд эсвэл өндөр зэврэлттэй орчинд (жишээлбэл, сансар судлалын эд анги, цөмийн үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжийг дулааны боловсруулалт хийх) никель суурьтай хайлш нь өндөр температурт тэсвэртэй тул орлуулшгүй материал юм. Inconel 718-ийн жишээ бол никель суурьтай хайлш бөгөөд 50%-55% никель агуулдаг бөгөөд ниоби, молибден зэрэг элементүүдээр бэхжүүлсэн тул 1200℃-д ч гэсэн маш сайн механик шинж чанарыг хадгалдаг.

Никель дээр суурилсан хайлшин гинжний гол давуу талууд нь: 1. Мөлхөх бат бэх нь 310S зэвэрдэггүй гангаас гурав дахин их; 1000℃ температурт 1000 цаг тасралтгүй ажилласны дараа байнгын деформаци нь ≤0.5%; 2. Маш хүчтэй зэврэлтэнд тэсвэртэй, хүхрийн хүчил, азотын хүчил зэрэг хүчтэй зэврэлттэй орчинд тэсвэртэй; 3. Өндөр температурын ядралын маш сайн гүйцэтгэлтэй, температурын мөчлөгийн байнгын нөхцөлд тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийн өртөг нь 310S зэвэрдэггүй гангаас 5-8 дахин өндөр бөгөөд ихэвчлэн өндөр зэрэглэлийн нарийвчлалтай дамжуулах системд ашиглагддаг.

4. Туслах материал ба гадаргуугийн боловсруулалтын технологи

Суурийн сонголтоос гадна гадаргуугийн боловсруулалтын технологи нь өндөр температурын гүйцэтгэлийг сайжруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Одоогийн байдлаар гол үйл явцуудад дараахь зүйлс орно: 1. Хромын нэвчилт: гинжин хэлхээний гадаргуу дээр Cr2O3 оксидын хальс үүсгэх, зэврэлтээс хамгаалах чадварыг 40% -иар нэмэгдүүлэх, өндөр температурт химийн орчинд тохиромжтой; 2. Никель дээр суурилсан хайлшаар шүрших бүрхүүл: зүү, бул зэрэг амархан элэгддэг эд ангиудын хувьд бүрхүүлийн хатуулаг нь HRC60 ба түүнээс дээш хүрч, ашиглалтын хугацааг 2-3 дахин уртасгадаг; 3. Керамик бүрхүүл: 1200°C-ээс дээш нөхцөлд ашигладаг, өндөр температурт исэлдэлтийг үр дүнтэй тусгаарладаг, металлургийн үйлдвэрт тохиромжтой.

III. Өндөр температурт ажилладаг гинжний материалын сонголтын логик ба практик зөвлөмжүүд

Материалын сонголт нь зүгээр л "температурын эсэргүүцэл өндөр байх тусмаа сайн" гэсэн зарчим баримтлах тухай биш, харин "температур-ачаалал-дунд өртөг" гэсэн дөрвөн үнэлгээний системийг бий болгохыг шаарддаг. Дараах нь янз бүрийн нөхцөлд сонголт хийх практик зөвлөмжүүд юм.

1. Үндсэн үйл ажиллагааны параметрүүдийг тодруулах

Сонголт хийхээс өмнө гурван гол параметрийг зөв цуглуулах шаардлагатай: 1. Температурын хүрээ (тасралтгүй ажиллах температур, оргил температур, мөчлөгийн давтамж); 2. Ачааллын нөхцөл (нэрлэсэн чадал, цохилтын ачааллын коэффициент); 3. Байгаль орчны орчин (усны уур, хүчиллэг хий, тос гэх мэт). Жишээлбэл, хүнсний нарийн боовны үйлдвэрт гинж нь 200-300℃ өндөр температурыг тэсвэрлэхээс гадна FDA-ийн эрүүл ахуйн стандартыг хангасан байх ёстой. Тиймээс 304 эсвэл 316 зэвэрдэггүй ган нь илүү тохиромжтой сонголт бөгөөд хар тугалга агуулсан бүрхүүлээс зайлсхийх хэрэгтэй.

2. Температурын хязгаараар сонгох

- Дунд зэргийн температурын хязгаар (150-400℃): 304 зэвэрдэггүй ган нь илүү тохиромжтой сонголт юм; бага зэрэг зэврэлт үүсвэл 316 зэвэрдэггүй ган болгон сайжруулна. Хүнсний өндөр температурт хэрэглэх тос (хүнсний үйлдвэрт тохиромжтой) эсвэл бал чулуун суурьтай тос (үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд тохиромжтой) ашиглах нь гинжний ашиглалтын хугацааг ердийн гинжнээс гурав дахин ихэсгэж болно.

- Өндөр температурын хязгаар (400-800℃): 310S зэвэрдэггүй ган эсвэл Cr20Ni14Si2 халуунд тэсвэртэй ган нь гол сонголт юм. Гинжийг хром бүрэх, өндөр температурт бал чулуун тос (температурын эсэргүүцэл ≥1000℃) ашиглах, 5000 цикл тутамд тосолгооны материалаар дүүргэхийг зөвлөж байна.

- Хэт өндөр температурын хязгаар (800℃-ээс дээш): Өртгийн төсөвт үндэслэн 2520 халуунд тэсвэртэй ган (дундаас өндөр зэрэглэлийн) эсвэл Inconel 718 никель суурьтай хайлш (өндөр зэрэглэлийн)-г сонгоно уу. Энэ тохиолдолд тосолгооны эвдрэлээс зайлсхийхийн тулд тосолгооны материалгүй загвар эсвэл хатуу тосолгооны материал (жишээлбэл, молибдений дисульфидын бүрхүүл) шаардлагатай.

3. Материал болон бүтцийн тохирлыг онцлон тэмдэглэ

Өндөр температурт гинжин хэлхээний бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дулааны тэлэлтийн тогтвортой байдал чухал юм. Жишээлбэл, 310S зэвэрдэггүй ган гинжин хавтанг ашиглах үед температурын өөрчлөлтөөс үүдэлтэй хэвийн бус цэвэрлэгээнээс зайлсхийхийн тулд тээглүүрийг ижил материалаар хийсэн эсвэл 2520 халуунд тэсвэртэй гантай ижил дулааны тэлэлтийн коэффициенттэй байх ёстой. Үүний зэрэгцээ өндөр температурт деформацид тэсвэртэй байдлыг сайжруулахын тулд хатуу өнхрүүш болон өтгөрүүлсэн гинжин хэлхээний хавтангийн бүтцийг сонгох хэрэгтэй.

4. Гүйцэтгэл ба өртгийг тэнцвэржүүлэх өртөг-үр ашгийн томъёо

Хэт туйлын бус ажиллагааны нөхцөлд өндөр зэрэглэлийн материалыг сохроор сонгох шаардлагагүй. Жишээлбэл, металлургийн үйлдвэрлэлийн уламжлалт дулааны боловсруулалтын зууханд (температур 500℃, хүчтэй зэврэлтгүй) 310S зэвэрдэггүй ган гинжийг ашиглах өртөг нь 2520 халуунд тэсвэртэй гангийн өртөгөөс ойролцоогоор 60% байдаг боловч ашиглалтын хугацаа нь ердөө 20% -иар буурч, нийт өртөг үр ашгийг нэмэгдүүлдэг. Зардлын үр ашгийг материалын өртгийг ашиглалтын хугацааны коэффициентоор үржүүлж, нэгж хугацаанд хамгийн бага өртөгтэй сонголтыг эрэмбэлэх замаар тооцоолж болно.

IV. Сонголтын нийтлэг буруу ойлголтууд ба байнга асуудаг асуултуудын хариултууд

1. Буруу ойлголт: Материал нь халуунд тэсвэртэй л бол гинж нь үргэлж тохиромжтой байх уу?

Буруу. Материал нь зөвхөн суурь юм. Гинжний бүтцийн загвар (зайны хэмжээ болон тосолгооны суваг гэх мэт), дулааны боловсруулалтын процесс (өндөр температурын бат бөх чанарыг сайжруулах уусмалын боловсруулалт гэх мэт) болон угсралтын нарийвчлал нь бүгд өндөр температурын гүйцэтгэлд нөлөөлдөг. Жишээлбэл, 310S зэвэрдэггүй ган гинж нь 1030-1180℃ температурт уусмалын боловсруулалт хийгээгүй бол өндөр температурын бат бөх чанар нь 30%-иар буурна.

2. Асуулт: Өндөр температурын орчинд гинжин гацалтыг материалыг тохируулах замаар хэрхэн шийдвэрлэх вэ?

Эрүүний муруйлт нь ихэвчлэн исэлдэлтийн хальслах эсвэл жигд бус дулааны тэлэлтээс үүдэлтэй байдаг. Шийдлүүд: 1 Хэрэв энэ нь исэлдэлтийн асуудал бол 304 зэвэрдэггүй ганг 310S болгон шинэчлэх эсвэл хром бүрэх эмчилгээ хийх; 2 Хэрэв энэ нь дулааны тэлэлтийн асуудал бол бүх гинжин хэлхээний эд ангиудын материалыг нэгтгэх эсвэл дулааны тэлэлтийн бага коэффициенттэй никель суурьтай хайлшин зүү сонгох хэрэгтэй.

3. Асуулт: Хүнсний үйлдвэрлэлийн өндөр температурын гинж нь өндөр температурт тэсвэртэй байдал болон эрүүл ахуйн шаардлагыг хэрхэн тэнцвэржүүлж чадах вэ?

304 эсвэл 316L зэвэрдэггүй ганг давуу эрхтэй болгож, хүнд металл агуулсан бүрхүүлээс зайлсхий; цэвэрлэхэд хялбар болгохын тулд ховилгүй загварыг ашиглаарай; FDA-ийн баталгаажсан хүнсний өндөр температурт тослох тос эсвэл өөрөө тослох бүтэц (жишээлбэл, PTFE тослох материал агуулсан гинж) ашиглаарай.

V. Хураангуй: Материалын сонголтоос системийн найдвартай байдал хүртэл

Өндөр температурт зориулсан гинжин хэлхээний материалыг сонгох нь үндсэндээ хэт туйлын ажиллагааны нөхцөл байдал болон үйлдвэрлэлийн зардлын хоорондох оновчтой шийдлийг олох явдал юм. 304 зэвэрдэггүй гангийн эдийн засгийн практик байдлаас эхлээд 310S зэвэрдэггүй гангийн гүйцэтгэлийн тэнцвэр, дараа нь никель дээр суурилсан хайлшийн эцсийн нээлт хүртэл материал бүр нь тодорхой ажиллагааны нөхцөл байдлын шаардлагад нийцдэг. Ирээдүйд материалын технологийн хөгжлөөр өндөр температурын бат бөх чанар, бага өртгийг хослуулсан шинэ хайлшийн материалууд чиг хандлага болох болно. Гэсэн хэдий ч одоогийн шатанд үйл ажиллагааны параметрүүдийг зөв цуглуулж, шинжлэх ухааны үнэлгээний системийг бий болгох нь тогтвортой, найдвартай дамжуулах системийг бий болгох гол урьдчилсан нөхцөл юм.