ม้วนโลหะผสมเหล็กสำหรับเตาเผาคืออะไร และคุณจะเลือกเกรดที่เหมาะสมได้อย่างไร?

ม้วนเหล็กโลหะผสมสำหรับเตาเผา เป็นส่วนประกอบทรงกระบอกทนความร้อนที่ติดตั้งอยู่ภายในเตาเผาแบบต่อเนื่อง annealing lines ไลน์ชุบสังกะสี และระบบบำบัดความร้อน เพื่อลำเลียง รองรับ และนำเหล็กเส้น แผ่น หรือเหล็กแท่งเล็กผ่านโซนแปรรูปที่มีอุณหภูมิสูงที่อุณหภูมิตั้งแต่ 700 องศาเซลเซียส ถึงมากกว่า 1,200 องศาเซลเซียส ซึ่งเหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐานจะออกซิไดซ์ เคลื่อนตัว และล้มเหลวอย่างรวดเร็ว การเลือกองค์ประกอบโลหะผสม วิธีการผลิต และการรักษาพื้นผิวที่ถูกต้องจะกำหนดอายุการใช้งานของลูกกลิ้ง คุณภาพพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ และเวลาทำงานของเตาเผา ซึ่งทั้งหมดนี้ส่งผลโดยตรงต่อการประหยัดของสายการผลิตเหล็กและอะลูมิเนียม คู่มือนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของลูกกลิ้งเตาหลอมโลหะผสม เกรดโลหะผสมที่ใช้ในช่วงอุณหภูมิที่แตกต่างกัน วิธีเปรียบเทียบวิธีการหล่อและการผลิต และรูปแบบความล้มเหลวใดที่ควรคาดการณ์และป้องกัน

เหตุใดจึงไม่สามารถใช้เหล็กมาตรฐานสำหรับเตาหลอมได้

เหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐานจะสูญเสียความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่สูงกว่า 450 องศาเซลเซียส และเริ่มออกซิเดชั่นที่พื้นผิวอย่างรวดเร็วที่สูงกว่า 550 องศาเซลเซียส ทำให้ไม่เหมาะสมอย่างยิ่งกับการให้บริการม้วนเตาที่อุณหภูมิเกิน 900 ถึง 1,100 องศาเซลเซียสเป็นประจำในสายการอบอ่อนและชุบสังกะสีอย่างต่อเนื่อง

ความท้าทายที่ลูกกลิ้งเตาหลอมต้องเอาชนะโดยพื้นฐานแล้วแตกต่างไปจากความท้าทายที่ส่วนประกอบทางกลหมุนอื่นๆ ในโรงงานเหล็กต้องเผชิญ:

• คืบคลานที่อุณหภูมิสูง: ที่อุณหภูมิสูง โลหะจะเสียรูปแบบพลาสติกภายใต้ภาระที่ต่อเนื่อง แม้จะมีความเค้นต่ำกว่าความแข็งแรงของผลผลิตที่อุณหภูมิห้องก็ตาม ม้วนที่ทำงานที่อุณหภูมิ 1,100 องศาเซลเซียสภายใต้น้ำหนักของแถบเหล็กจะยุบตัวและสูญเสียรูปทรงทรงกระบอกภายในไม่กี่สัปดาห์หากโลหะผสมไม่ได้ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการต้านทานการคืบ การเติมโลหะผสมของโครเมียม นิกเกิล และทังสเตนจะทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นซึ่งทำให้การคืบคลานมีนัยสำคัญ
• ออกซิเดชันและสเกล: ในบรรยากาศอากาศที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 600 องศาเซลเซียส เหล็กจะก่อตัวเป็นเกล็ดออกไซด์ที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ซึ่งจะหลุดล่อนและปนเปื้อนบนพื้นผิวแถบ การเติมโครเมียมที่สูงกว่า 18% จะทำให้เกิดชั้นโครเมียมออกไซด์ (Cr2O3) ที่ยึดเกาะและเสถียร ซึ่งช่วยปกป้องโลหะที่อยู่ด้านล่างจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม นี่คือกลไกพื้นฐานเบื้องหลังเหล็กโลหะผสมทนความร้อนทั้งหมดที่ใช้ในม้วนเตาหลอม
• ความเหนื่อยล้าจากความร้อน: ม้วนเตาหลอมต้องเผชิญกับการหมุนเวียนความร้อนซ้ำแล้วซ้ำอีกในระหว่างการเริ่มการผลิต การหยุด และการแตกของแถบ ความเครียดจากการขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อนที่เกิดจากความผันผวนของอุณหภูมิ 200 ถึง 400 องศาเซลเซียส สามารถทำให้เกิดการแตกร้าวที่พื้นผิวภายในไม่กี่เดือนบนม้วนที่ออกแบบมาไม่ดี โลหะผสมที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำและความต้านทานความล้าจากความร้อนที่สูงขึ้นเป็นสิ่งจำเป็นในม้วนที่ต้องมีการหมุนเวียนบ่อยครั้ง
• คาร์บูไรเซชันและไนไตรดิ้ง: ในบางบรรยากาศของเตาเผา (ไฮโดรเจน ส่วนผสมของไนโตรเจน-ไฮโดรเจน หรือก๊าซป้องกันที่อุดมด้วยไฮโดรคาร์บอน) คาร์บอนและไนโตรเจนจากบรรยากาศสามารถแพร่กระจายเข้าสู่พื้นผิวม้วน ทำให้เกิดการแตกตัวของชั้นผิวใกล้และเริ่มเกิดการหลุดร่อน โลหะผสมที่มีปริมาณโครเมียมและซิลิกอนสูงจะต้านทานการเกิดคาร์บูไรเซชันโดยการรักษาเกราะป้องกันออกไซด์ไว้
• การสึกหรอทางกลและการสะสมตัว: การสัมผัสโดยตรงระหว่างพื้นผิวม้วนกับแถบเหล็กที่กำลังเคลื่อนที่ทำให้เกิดการสึกหรอและทำให้เกิดการสะสมของออกไซด์หรือสังกะสีบนพื้นผิวม้วนซึ่งทำให้เกิดข้อบกพร่องที่พื้นผิวบนแถบที่ผ่านการแปรรูป ความแข็งของพื้นผิวลูกกลิ้ง ความหยาบ และความสัมพันธ์ทางเคมีของวัสดุแถบล้วนส่งผลต่อความไวต่อการสะสมตัว

เกรดโลหะผสมใดที่ใช้สำหรับ Furnace Rolls

ม้วนเตาโลหะผสมเหล็กมีส่วนประกอบต่างๆ ตั้งแต่เกรดสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีโครเมียม 18 ถึง 25% สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิปานกลางจนถึง 900 องศาเซลเซียส ไปจนถึงโลหะผสมทนความร้อนนิกเกิล-โครเมียมที่อุณหภูมิ 900 ถึง 1,100 องศาเซลเซียส ไปจนถึงซูเปอร์อัลลอยหลายองค์ประกอบที่ซับซ้อนสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการมากที่สุดที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 1,100 องศาเซลเซียส

1. สแตนเลส 310 (25Cr-20Ni)

เหล็กกล้าไร้สนิม AISI 310 ซึ่งมีโครเมียม 25% และนิกเกิล 20% เป็นโลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับลูกกลิ้งเตาเผาในช่วงอุณหภูมิ 800 ถึง 1,050 องศาเซลเซียส ให้การผสมผสานที่ยอดเยี่ยมของความต้านทานต่อออกซิเดชัน ความแข็งแรงของการคืบ และราคาเมื่อเทียบกับเกรดที่มีอัลลอยด์สูง ปริมาณโครเมียม 25% ช่วยให้มั่นใจได้ถึงสเกลโครเมียมออกไซด์ที่เสถียรและป้องกันได้ที่อุณหภูมิการทำงาน ในขณะที่ปริมาณนิกเกิล 20% ทำให้โครงสร้างจุลภาคออสเทนนิติกมีความเสถียร และให้ความต้านทานต่อความล้าจากความร้อน ม้วนเตาหลอมแบบต่อเนื่องส่วนใหญ่ ม้วนเข้าและออก และม้วนบังเหียนในโซน 850 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ผลิตจากโลหะผสม 310 ที่หล่อหรือประดิษฐ์

• อุณหภูมิบริการต่อเนื่องสูงสุด: ในอากาศ 1,050 องศาเซลเซียส
• ความหนาแน่น: 7.75 ก./ซม.3
• ความต้านแรงดึงที่ 900 องศาเซลเซียส: ประมาณ 120 ถึง 150 MPa
• การใช้งานทั่วไป: เตาหลอมแบบต่อเนื่อง, เตาหลอมแบบนอร์มัลไลซ์, เส้นหลอมสารละลาย

2. โลหะผสม HK40 (25Cr-35Ni)

HK40 เป็นเกรดหล่อแบบหมุนเหวี่ยงที่ประกอบด้วยโครเมียม 25% และนิกเกิล 35% พร้อมคาร์บอนควบคุม (0.35 ถึง 0.45%) เป็นโลหะผสมมาตรฐานสำหรับเตาหลอมที่ใช้งานหนักในช่วง 1,000 ถึง 1,150 องศาเซลเซียส ให้ความแข็งแรงการคืบที่เหนือกว่าสเตนเลส 310 เนื่องจากมีปริมาณนิกเกิลสูงกว่าและกลไกการตกตะกอนของคาร์ไบด์ทำให้แข็งแกร่งขึ้น การเติมคาร์บอนโดยเจตนาใน HK40 จะทำให้เกิดโครเมียมและนิกเกิลคาร์ไบด์ที่ตกตะกอนตามขอบเขตของเกรนและภายในเมทริกซ์ออสเทนไนต์ในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน ทำให้เกิดการเสริมความแข็งแกร่งของโครงสร้างระดับจุลภาคที่เพิ่มความต้านทานการคืบคลานอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิซึ่งโลหะผสมอื่นๆ เริ่มลดลงภายใต้ภาระ HK40 ระบุโดย ASTM A608 และเป็นหนึ่งในโลหะผสมหล่อทนความร้อนที่มีคุณสมบัติครบถ้วนที่สุดในอุตสาหกรรม

• อุณหภูมิบริการต่อเนื่องสูงสุด: 1,150 องศาเซลเซียส
• ความแรงของการแตกของครีพ 100,000 ชั่วโมงที่ 1,000 องศาเซลเซียส: ประมาณ 20 ถึง 25 MPa
• การใช้งานทั่วไป: เตาแบบคานเดิน เตาแบบดัน เตาอุ่นซ้ำสำหรับเหล็กแท่งและแผ่นคอนกรีต
• วิธีการผลิต: การหล่อแบบแรงเหวี่ยง (ท่อและม้วน), การหล่อแบบคงที่ (ส่วนปลายและหน้าแปลน)

3. HP Modified Alloys (25Cr-35Ni พร้อมไมโครอัลลอยด์)

อัลลอยด์ดัดแปลงของ HP แสดงถึงวิวัฒนาการของ HK40 ด้วยการเติมไนโอเบียม (0.5 ถึง 1.5%) ทังสเตน (1 ถึง 3%) หรือไทเทเนียม (0.1 ถึง 0.5%) ที่ช่วยปรับแต่งการกระจายตัวของคาร์ไบด์และสร้างตะกอนเสริมความแข็งแกร่งเพิ่มเติม ซึ่งยืดอายุการใช้งานได้ 30 ถึง 50% เมื่อเทียบกับ HK40 มาตรฐานที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,050 องศาเซลเซียส การเติมไนโอเบียมมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากจะทำให้เกิดคาร์ไบด์ NbC ละเอียดซึ่งมีความเสถียรที่อุณหภูมิสูงมากกว่าโครเมียมคาร์ไบด์ที่หยาบและสูญเสียผลการเสริมกำลังในมาตรฐาน HK40 ในระหว่างการใช้งานเป็นเวลานาน เกรด HP-Nb และ HP-W ได้เข้ามาแทนที่มาตรฐาน HK40 เป็นส่วนใหญ่ในการติดตั้งเตาเผาแบบใหม่ซึ่งมีอุณหภูมิการใช้งานสูงสุดเกิน 1,050 องศาเซลเซียส

• อุณหภูมิบริการต่อเนื่องสูงสุด: 1,150 ถึง 1,200 องศาเซลเซียส
• ข้อได้เปรียบด้านอายุการใช้งานมากกว่า HK40: ได้นานขึ้น 30 ถึง 50% ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,050 องศาเซลเซียส
• การใช้งานทั่วไป: โซนการปะทะของเปลวไฟโดยตรงในเตาเผาแบบอุ่น, หลุมแช่ที่อุณหภูมิสูง

4. ซูเปอร์อัลลอยฐานนิกเกิลสำหรับการบริการขั้นสุดยอด

ที่อุณหภูมิสูงสุดที่สูงกว่า 1,150 องศาเซลเซียส ซูเปอร์อัลลอยฐานนิกเกิลที่มีโครเมียม 20 ถึง 30% และองค์ประกอบเสริมความแข็งแกร่งเพิ่มเติม เช่น อลูมิเนียม ไทเทเนียม โคบอลต์ และโมลิบดีนัม จะถูกใช้สำหรับลูกกลิ้งในบริเวณเตาเผาที่รุนแรงที่สุด แม้ว่าจะมีต้นทุนระดับพรีเมียมสามถึงห้าเท่า สูงกว่ามาตรฐาน HK40 โลหะผสมเหล่านี้รักษาความแข็งแรงที่เป็นประโยชน์ที่อุณหภูมิซึ่งโลหะผสมที่เป็นเหล็กเป็นหลักไม่มีความต้านทานการคืบคลาน โดยทั่วไปจะระบุไว้เฉพาะสำหรับลูกกลิ้งในโซนเปลวไฟโดยตรง ส่วนเตาท่อแบบกระจายที่กำลังไฟสูงสุด หรือในเตาสุญญากาศและเตาบรรยากาศควบคุม ซึ่งวัสดุที่ผ่านการแปรรูปจะปรับต้นทุนระดับพรีเมียมของวัสดุม้วนที่มีอุณหภูมิสูงมาก

5. เกรดโลหะผสมต่ำสำหรับการใช้งานที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 700 องศาเซลเซียส

สำหรับทางเข้าและทางออกของเตา โซนอุ่นเครื่อง และส่วนทำความเย็นที่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 700 องศาเซลเซียส โลหะผสมที่มีต้นทุนต่ำกว่า รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 304, 316 และ 321 หรือแม้แต่เกรดเหล็กโลหะผสมที่มีปริมาณโครเมียม 9 ถึง 12% ให้ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการคืบคลานที่เพียงพอโดยต้นทุนวัสดุลดลงอย่างมาก เกรดเหล่านี้มักใช้ในการก่อสร้างม้วนแบบประดิษฐ์ (การออกแบบเปลือกแบบเชื่อมและฝาท้าย) แทนที่จะใช้การหล่อแบบแรงเหวี่ยง ทำให้เหมาะสำหรับม้วนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ซึ่งมีต้นทุนการหล่อสูง

การเปรียบเทียบเกรดโลหะผสมสำหรับเตาหลอม

การเลือกเกรดโลหะผสมที่ถูกต้องต้องจับคู่อุณหภูมิในการทำงานของม้วน บรรยากาศ ภาระทางกล และอายุการใช้งานที่คาดหวังกับข้อมูลประสิทธิภาพที่ได้รับการรับรองของโลหะผสม การใช้โลหะผสมที่ไม่ระบุเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวของม้วนเตาก่อนกำหนด

ตารางที่ 1: เกรดม้วนเตาโลหะผสมเหล็กเปรียบเทียบตามองค์ประกอบ อุณหภูมิบริการสูงสุด คุณสมบัติทางกล และการใช้งานทั่วไป

ม้วนเตาโลหะผสมเหล็กผลิตได้อย่างไร?

ม้วนโลหะผสมเหล็กสำหรับเตาเผาผลิตโดยเส้นทางการผลิตหลักสามเส้นทาง ได้แก่ การหล่อแบบแรงเหวี่ยง การหล่อแบบคงที่ด้วยการตัดเฉือน และการผลิตจากส่วนประกอบโลหะผสมที่ดัดขึ้นรูป ซึ่งแต่ละเส้นทางเสนอข้อดีข้อเสียที่แตกต่างกันในด้านความแม่นยำของมิติ คุณภาพโครงสร้างจุลภาค ต้นทุน และความเหมาะสมสำหรับขนาดและการกำหนดค่าม้วนที่เฉพาะเจาะจง

การหล่อแบบแรงเหวี่ยง

การหล่อแบบแรงเหวี่ยงเป็นวิธีการผลิตที่นิยมสำหรับเปลือกม้วนเตาหลอมเหล็กโลหะผสมส่วนใหญ่ ทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคที่หนาแน่น ปราศจากการแยกส่วน พร้อมคุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับการหล่อแบบคงที่ที่มีองค์ประกอบโลหะผสมเดียวกัน ในการหล่อแบบแรงเหวี่ยง โลหะผสมหลอมเหลวจะถูกเทลงในแม่พิมพ์ทรงกระบอกที่หมุนด้วยความเร็ว 300 ถึง 1,500 รอบต่อนาที แรงเหวี่ยง (โดยทั่วไปคือ 50 ถึง 100 เท่าของแรงโน้มถ่วง) จะดันโลหะที่มีความหนาแน่นมากขึ้นไปที่ผนังด้านนอก และบังคับให้มีสิ่งเจือปนที่เบากว่า ความพรุนของก๊าซ และการรวมตัวของตะกรันไปทางรู จากนั้นจึงกำจัดออกโดยการตัดเฉือนในภายหลัง ผลการหล่อที่ได้มีดังนี้:

• ผิวหนังชั้นนอกหนาแน่น: การหล่อแบบแรงเหวี่ยงด้านนอกสุดขนาด 15 ถึง 25 มม. นั้นมีความพรุนเป็นศูนย์ ทำให้กระบอกลูกกลิ้งมีความสมบูรณ์ของพื้นผิวและต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่เหนือกว่า
• โครงสร้างเม็ดละเอียด: การแข็งตัวอย่างรวดเร็วเมื่อเทียบกับแม่พิมพ์ที่หมุนด้วยความเย็นจะสร้างโครงสร้างเกรนที่ละเอียดกว่าการหล่อแบบคงที่ ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานการคืบและความเมื่อยล้า
• ความหนาของผนังสม่ำเสมอ: สามารถควบคุมขนาดความหนาของผนังบวกหรือลบ 2 ถึง 3 มม. ได้ ซึ่งช่วยลดค่าเผื่อการตัดเฉือนให้เหลือน้อยที่สุด
• ช่วงขนาด: การหล่อแบบแรงเหวี่ยงประหยัดที่สุดสำหรับเปลือกม้วนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 100 ถึง 600 มม. และความยาว 500 ถึง 4,000 มม.

การหล่อแบบคงที่ด้วยเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ

การหล่อแบบคงที่ในแม่พิมพ์ทรายหรือเซรามิกใช้สำหรับส่วนท้ายเจอร์นัล หน้าแปลน และรูปทรงปลายม้วนที่ซับซ้อนซึ่งไม่สามารถผลิตได้โดยการหล่อแบบแรงเหวี่ยง และยังใช้สำหรับการประกอบแบบม้วนที่สมบูรณ์ในเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็ก หรือในกรณีที่ไม่มีเครื่องมือหล่อแบบแรงเหวี่ยงสำหรับโลหะผสมเฉพาะที่ต้องการ การหล่อแบบคงที่ต้องใช้ค่าเผื่อการตัดเฉือนที่มากขึ้น (โดยทั่วไปคือ 8 ถึง 15 มม. ต่อพื้นผิว) เพื่อขจัดผิวด้านนอกที่แยกออกจากกัน และให้แน่ใจว่าพื้นผิวที่กลึงจะได้เสียงโลหะที่ปราศจากข้อบกพร่อง ความพรุนภายในถูกควบคุมโดยการออกแบบที่เพิ่มขึ้นและการควบคุมการแข็งตัว แต่โดยทั่วไปการหล่อแบบคงที่จะมีความแข็งแรงของการแตกร้าวที่ต่ำกว่าการหล่อแบบหมุนเหวี่ยง เนื่องจากมีโครงสร้างเกรนที่หยาบกว่าและการแยกตัวที่มากขึ้น

การก่อสร้างม้วนประดิษฐ์

ม้วนเตาหลอมแบบประดิษฐ์จะประกอบจากท่อโลหะผสมดัดหรือส่วนแผ่นที่เชื่อมเข้ากับวารสารแบบหล่อหรือปลอมแปลง ซึ่งให้ข้อได้เปรียบของการใช้โลหะผสมดัดขึ้นรูปคุณภาพสูงสำหรับส่วนถัง ในขณะที่วารสารแบบหล่อมีรูปทรงที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นที่ปลายม้วน ม้วนแบบประดิษฐ์เป็นตัวเลือกที่ประหยัดที่สุดสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ (มากกว่า 600 มม.) และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนของเตาชุบสังกะสีซึ่งมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางม้วน 600 ถึง 1,200 มม. ทั่วไป รอยเชื่อมระหว่างกระบอกและเจอร์นัลส่วนปลายเป็นองค์ประกอบการออกแบบที่สำคัญ จะต้องทำด้วยโลหะผสมฟิลเลอร์ที่เข้ากัน ได้รับการบำบัดความร้อนอย่างเหมาะสมเพื่อบรรเทาความเค้นตกค้าง และทดสอบโดยไม่ทำลายก่อนการติดตั้งเพื่อป้องกันการแตกร้าวของรอยเชื่อมในบริการ

การเปรียบเทียบวิธีการผลิต

การเลือกวิธีการผลิตส่งผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงานของม้วนเตาหลอมเหล็กอัลลอยด์ อายุการใช้งาน และต้นทุน การทำความเข้าใจถึงข้อดีข้อเสียเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิศวกรฝ่ายจัดซื้อที่ระบุการเปลี่ยนหรือสร้างม้วนเตาหลอมใหม่

ตารางที่ 2: วิธีการผลิตม้วนเตาหลอมโลหะผสมเหล็ก เปรียบเทียบคุณภาพโครงสร้างจุลภาค ความแข็งแรง ความสามารถด้านขนาด และต้นทุน

การรักษาพื้นผิวม้วนเตาช่วยยืดอายุการใช้งานได้อย่างไร

การรักษาพื้นผิวที่ใช้กับม้วนเตาโลหะผสมเหล็กสามารถยืดอายุการใช้งานของถังได้ 50 ถึง 200% เมื่อเทียบกับพื้นผิวแบบหล่อหรือแบบกลึงโดยการปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ ลดการยึดเกาะที่สะสมของสังกะสีหรือเหล็กออกไซด์ และเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันในสภาพบรรยากาศของเตาเผาที่เฉพาะเจาะจง

สเปรย์เคลือบความร้อน

เชื้อเพลิงออกซิเจนความเร็วสูง (HVOF) และการเคลือบสเปรย์พลาสม่าของเซรามิก รวมถึงอลูมินา (Al2O3), โครเมียมออกไซด์ (Cr2O3) และเซอร์โคเนีย (ZrO2) ที่นำไปใช้กับถังม้วนเตาโลหะผสมเหล็กปรับปรุงความต้านทานการสึกหรออย่างมีนัยสำคัญ และลดการยึดเกาะของเหล็กออกไซด์และการก่อตัวของซิงค์ออกไซด์ที่ทำให้เกิดข้อบกพร่องที่พื้นผิวแถบในแนวการชุบสังกะสีและการอบอ่อน การเคลือบโครเมียมออกไซด์ที่ใช้ HVOF โดยทั่วไปมีความหนา 0.2 ถึง 0.4 มม. ทำให้ได้ค่าความแข็งพื้นผิวที่ 1,100 ถึง 1,400 วิกเกอร์ เทียบกับ 150 ถึง 250 วิกเกอร์สำหรับกระบอกเหล็กโลหะผสมที่อยู่ด้านล่าง ส่วนต่างความแข็งนี้ช่วยลดอัตราการสึกหรอจากการสัมผัสกับแถบเหล็กได้อย่างมาก ความพรุนของสารเคลือบต้องลดลงเหลือต่ำกว่า 1% เพื่อป้องกันไม่ให้สารเคลือบทำหน้าที่เป็นช่องทางในการออกซิไดซ์ก๊าซให้ไปถึงพื้นผิวโลหะผสมเหล็ก

การเชื่อมซ้อนทับ (หันหน้าแข็ง)

การเชื่อมซ้อนทับของวัสดุโลหะผสมสูง รวมถึงสเตลไลต์ โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียมแข็ง หรือการสะสมของโคบอลต์-โครเมียมคาร์ไบด์บนพื้นผิวกระบอกลูกกลิ้งทำให้เกิดชั้นการสึกหรอที่ยึดติดทางโลหะวิทยา ซึ่งเกาะติดได้ดีกว่าการเคลือบด้วยสเปรย์ความร้อนมาก และสามารถนำไปใช้กับม้วนที่ใช้งานอยู่แล้วในระหว่างการปิดซ่อมบำรุงตามกำหนดเวลา การซ้อนรอยเชื่อมที่มีความหนา 2 ถึง 4 มม. จะถูกนำไปใช้โดยกระบวนการเชื่อมพลาสมาทรานเฟอร์อาร์ก (PTA) หรือกระบวนการเชื่อมอาร์กแบบจุ่ม จากนั้นจึงกราวด์เป็นขนาดสุดท้าย การใช้งานหลักสำหรับการซ้อนทับรอยเชื่อมบนม้วนเตาหลอมอยู่ในม้วนอาบน้ำสังกะสีและม้วนตัวแก้ไขในไลน์การชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อน โดยที่สารประกอบระหว่างโลหะของสังกะสีและเหล็กจะเกิดสภาวะการกัดเซาะที่รุนแรงที่อุณหภูมิ 450 ถึง 460 องศาเซลเซียส

การเคลือบแบบแพร่

การทำให้เป็นอลูมิไนซ์และโครไนซ์ของพื้นผิวม้วนเตาโลหะผสมเหล็กโดยกระบวนการแพ็คซีเมนต์หรือกระบวนการสะสมไอสารเคมี (CVD) จะสร้างชั้นพื้นผิวที่มีพันธะการแพร่กระจายที่เสริมสมรรถนะด้วยอลูมิเนียมหรือโครเมียมที่ให้ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันเพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะอุณหภูมิแบบวงจรที่การขยายตัวทางความร้อนไม่ตรงกันทำให้การเคลือบสเปรย์ความร้อนหลุดร่อน การเคลือบอลูมิไนซ์บนม้วนสแตนเลส 310 ได้แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน เทียบเท่ากับการเปลี่ยนไปใช้เกรดโลหะผสมที่สูงขึ้นด้วยต้นทุนเพียงเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโซนเตาเผาที่มีการหมุนเวียนความร้อนอย่างรวดเร็วระหว่าง 600 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส

โหมดความล้มเหลวทั่วไปของเตาหลอมโลหะผสมเหล็กและวิธีการป้องกัน

การทำความเข้าใจกลไกความล้มเหลวของลูกกลิ้งเตาโลหะผสมช่วยให้วิศวกรบำรุงรักษาสามารถใช้โปรแกรมการตรวจสอบตามเป้าหมาย การควบคุมขั้นตอนการปฏิบัติงาน และการอัพเกรดวัสดุที่ยืดอายุการใช้งานของลูกกลิ้งและลดการหยุดทำงานของเตาเผาโดยไม่ได้วางแผน

• การหย่อนคล้อยของความร้อน (การโก่งตัวของคืบ): มองเห็นเป็นคันธนูในกระบอกลูกกลิ้งเมื่อวัดระหว่างการบำรุงรักษา เกิดจากอุณหภูมิในการทำงานที่สูงกว่าขีดจำกัดความต้านทานการคืบของโลหะผสม หรือโดยการสัมผัสกับความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุดเป็นเวลานานจากการชนของหัวเผา การป้องกัน: ตรวจสอบเกรดโลหะผสมของลูกกลิ้งกับอุณหภูมิการทำงานของเตาจริง (ไม่ใช่อุณหภูมิที่ออกแบบ) เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกกลิ้งเพื่อลดภาระต่อหน่วย หรืออัพเกรดเป็นโลหะผสมที่มีความแข็งแรงการคืบสูงขึ้น
• ออกซิเดชันและสเกลของพื้นผิว: การสูญเสียเส้นผ่านศูนย์กลางกระบอกม้วนอย่างต่อเนื่องจากการก่อตัวของขนาดและการหลุดร่อน เร่งด้วยปริมาณโครเมียมไม่เพียงพอต่ออุณหภูมิการทำงานหรือโดยบรรยากาศเตาเผาที่มีความชื้นหรือสารประกอบกำมะถันมากเกินไป การป้องกัน: ระบุโลหะผสมที่มีโครเมียมขั้นต่ำ 25% สำหรับการให้บริการที่สูงกว่า 900 องศาเซลเซียส; ตรวจสอบองค์ประกอบบรรยากาศเตาเผา ลดจุดน้ำค้างในเตาบรรยากาศไฮโดรเจน
• การแตกร้าวเมื่อยล้าจากความร้อน: รอยแตกบนพื้นผิวเส้นรอบวงหรือตามแนวแกนเริ่มต้นที่พื้นผิวไม่ต่อเนื่องและแพร่กระจายเข้าด้านในภายใต้วงจรความร้อนซ้ำๆ แพร่หลายมากที่สุดในม้วนที่ต้องเปิดเตาบ่อยครั้ง แถบขาด หรืออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว การป้องกัน: ใช้อัตราทางลาดของเตาควบคุมในระหว่างการสตาร์ท ใช้โลหะผสมที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำกว่า ใช้แรงกดอัดที่เหลือที่พื้นผิวโดยการควบคุมการขัดผิวของลูกกลิ้งใหม่ก่อนการติดตั้ง
• การสะสมและการรับ: การสะสมของเหล็กออกไซด์ ซิงค์ออกไซด์ หรืออินเตอร์เมทัลลิกของเหล็กสังกะสีบนพื้นผิวม้วน ทำให้เกิดการกระแทกที่พื้นผิวซึ่งพิมพ์ข้อบกพร่องลงบนแถบ การป้องกันเส้นชุบสังกะสี: ใช้ม้วนที่มีการทับซ้อนของการเชื่อมหรือการเคลือบสเปรย์ความร้อนที่มีความสัมพันธ์ต่ำกับสังกะสี รักษาเคมีของอ่างสังกะสีให้อยู่ในช่วงปริมาณอะลูมิเนียมที่ระบุ ใช้ขั้นตอนการทำความสะอาดม้วนเป็นประจำระหว่างการหยุดตามกำหนด
• ความล้มเหลวของตลับลูกปืนวารสาร: การยึดหรือการสึกหรออย่างรวดเร็วในแบริ่งเจอร์นอลปลายลูกกลิ้ง มักเกิดจากการไหลเวียนของน้ำหล่อเย็นไม่เพียงพอไปยังเจอร์นัลระบายความร้อนด้วยน้ำ หรือจากการวางแนวของเจอร์นัลในเรือนแบริ่งของเตาเผาไม่ตรง การป้องกัน: ใช้การตรวจสอบการไหลของน้ำหล่อเย็นพร้อมสัญญาณเตือนอัตโนมัติ ดำเนินการตรวจสอบการจัดตำแหน่งในการเปลี่ยนม้วนแต่ละครั้ง ระบุระยะห่างของลูกปืนวารสารที่เหมาะสมสำหรับการขยายตัวทางความร้อนของชุดลูกกลิ้งที่อุณหภูมิการทำงาน

ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญในการกำหนดเมื่อสั่งซื้อม้วนเตาโลหะผสมเหล็ก

ข้อกำหนดเฉพาะของม้วนเตาหลอมที่สมบูรณ์ต้องกำหนดพารามิเตอร์ทางเทคนิคอย่างน้อย 8 พารามิเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่าม้วนที่ให้มานั้นตรงตามข้อกำหนดการปฏิบัติงานของเตาหลอม และเหมาะสมกับตัวเรือนแบริ่งและระบบขับเคลื่อนที่มีอยู่โดยไม่มีการดัดแปลง

ตารางที่ 3: พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญที่จำเป็นในข้อกำหนดม้วนเตาโลหะผสมเหล็กที่สมบูรณ์ โดยมีช่วงทั่วไปและเหตุผลของข้อกำหนด

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับม้วนเหล็กโลหะผสมสำหรับเตาเผา

อะไรคือความแตกต่างระหว่างโลหะผสมดัดแปลง HK40 และ HP สำหรับลูกกลิ้งเตาหลอม?

โลหะผสมดัดแปลง HK40 และ HP มีองค์ประกอบพื้นฐานเหมือนกันคือโครเมียมประมาณ 25% และนิกเกิล 35% แต่เกรดดัดแปลงของ HP นั้นมีการเติมไนโอเบียม ทังสเตน หรือไทเทเนียมแบบไมโครอัลลอยด์ ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงของการแตกร้าวจากการคืบที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,050 องศาเซลเซียส และยืดอายุการใช้งานได้ 30 ถึง 50% ในโซนที่มีอุณหภูมิสูง สำหรับลูกกลิ้งที่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1,000 องศาเซลเซียส มาตรฐาน HK40 ก็เพียงพอและคุ้มค่ากว่า สำหรับลูกกลิ้งในโซนอุณหภูมิสูงสุดของเตาอุ่นและแช่ การระบุโลหะผสมดัดแปลง HP-Nb หรือ HP-W โดยทั่วไปจะมีเหตุผลด้วยอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและลดความถี่ในการเปลี่ยนลูกกลิ้ง แม้จะมีต้นทุนวัสดุระดับพรีเมียม 15 ถึง 25% สูงกว่ามาตรฐาน HK40 ก็ตาม

ควรเปลี่ยนม้วนเตาโลหะผสมเหล็กบ่อยแค่ไหน?

อายุการใช้งานของม้วนเตาโลหะผสมเหล็กแตกต่างกันไปตั้งแต่ 1 ถึง 5 ปีขึ้นอยู่กับเกรดโลหะผสม อุณหภูมิในการทำงาน บรรยากาศของเตาเผา การโหลดความตึงของแถบ และความถี่ในการหมุนเวียนด้วยความร้อน โดยม้วนเตาในสายการหลอมที่ทำงานอย่างต่อเนื่องโดยทั่วไปจะใช้เวลา 18 ถึง 36 เดือนก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่ โรลควรได้รับการตรวจสอบในระหว่างการปิดซ่อมบำรุงตามแผนแต่ละครั้งโดยใช้การตรวจสอบขนาด (การวัดเส้นผ่านศูนย์กลางหลายจุดตามแนวลำกล้องเพื่อตรวจจับการหย่อนคล้อยหรือการสึกหรอ) การตรวจสอบด้วยภาพสำหรับการแตกร้าวของพื้นผิวและความเสียหายจากการเกิดออกซิเดชัน และการทดสอบแบบไม่ทำลาย (การตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็กหรือสารแทรกซึมสีย้อม) บนเจอร์นัลและบริเวณรอยเชื่อม ควรกำหนดเวลาการเปลี่ยนก่อนที่การสูญเสียเส้นผ่านศูนย์กลางจะเกิน 1 ถึง 2% ของเส้นผ่านศูนย์กลางกระบอกเดิม เพื่อป้องกันปัญหาการติดตามแถบและการควบคุมความตึง

ม้วนเตาโลหะผสมเหล็กสามารถซ่อมแซมและตกแต่งใหม่แทนที่จะเปลี่ยนใหม่ได้หรือไม่?

ใช่ ม้วนเตาโลหะผสมเหล็กที่มีความเสียหายเฉพาะที่ รอยเจอร์ที่สึกหรอ หรือการสูญเสียออกซิเดชั่นของพื้นผิวมักจะได้รับการตกแต่งใหม่โดยการตัดเฉือนกระบอกให้มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหม่ภายในพิกัดความเผื่อมิติ เคลือบพื้นผิวใหม่ เปลี่ยนเจอร์นัลส่วนปลาย และตัดเฉือนใหม่จนถึงขนาดสุดท้าย ซึ่งช่วยยืดอายุของตัวม้วนที่ 30 ถึง 50% ของต้นทุนของม้วนใหม่ การปรับปรุงใหม่สามารถทำได้ในเชิงเศรษฐกิจเมื่อความหนาของผนังถังที่เหลืออยู่เพียงพอสำหรับความต้องการความเค้นที่อุณหภูมิการทำงาน และเมื่อแกนโลหะผสมไม่แสดงหลักฐานของการเปราะของเฟสซิกมาหรือการเกิดคาร์บูไรเซชันอย่างรุนแรง ม้วนที่มีรอยแตกร้าวทะลุผนัง การหย่อนคล้อยมากเกินไป หรือการเสื่อมสภาพของโลหะผสมจากการสัมผัสอุณหภูมิที่สูงเกินไป ควรเปลี่ยนใหม่ แทนที่จะซ่อมแซมใหม่ เนื่องจากการซ่อมแซมการเชื่อมบนโลหะผสมทนความร้อนที่เสื่อมสภาพอย่างมากมีความน่าเชื่อถือต่ำในการให้บริการที่อุณหภูมิสูง

อะไรทำให้เกิดการสะสมบนม้วนเตาหลอม และจะกำจัดออกได้อย่างไร?

การสะสมบนม้วนเตาเกิดจากการที่อนุภาคของเหล็กออกไซด์หลุดออกจากพื้นผิวแถบที่เกาะติดและเผาบนพื้นผิวม้วนที่อุณหภูมิสูง และในสายการชุบสังกะสีด้วยสารประกอบระหว่างโลหะของเหล็กสังกะสีที่ตกตะกอนจากอ่างสังกะสีไปยังม้วนที่จมอยู่ใต้น้ำที่อุณหภูมิอ่างสังกะสี 450 ถึง 460 องศาเซลเซียส ในเตาหลอมและอบชุบด้วยความร้อน การสะสมของเหล็กออกไซด์จะถูกกำจัดออกในระหว่างการปิดการบำรุงรักษาโดยการบดเชิงกลหรือการระเบิดด้วยกรวดของกระบอกลูกกลิ้งเย็น ตามด้วยการตรวจสอบข้อบกพร่องที่พื้นผิวที่สิ่งสะสมนั้นบดบังไว้ ในไลน์การชุบสังกะสี การสะสมตัวระหว่างโลหะของสังกะสีและเหล็กจะถูกควบคุมโดยการจัดการทางเคมีของอ่าง (การรักษาอะลูมิเนียม 0.13 ถึง 0.20% ไว้ในอ่างสังกะสีจะยับยั้งการเกิดระหว่างโลหะ) และโดยการใช้ม้วนที่มีการเคลือบผิวซึ่งมีความสัมพันธ์ต่ำกับอินเตอร์เมทัลลิกของเหล็กสังกะสี

การทดสอบคุณภาพใดที่ม้วนเตาโลหะผสมเหล็กควรผ่านการทดสอบก่อนส่งมอบ

โปรแกรมการยอมรับคุณภาพที่สมบูรณ์สำหรับม้วนเตาโลหะผสมเหล็กควรรวมถึงการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี (การวิเคราะห์สเปกโตรมิเตอร์ของตัวอย่างทดสอบจากความร้อนเดียวกันกับการหล่อแบบม้วน) การตรวจสอบมิติเทียบกับความทนทานต่อการวาดภาพ การทดสอบด้วยรังสีเอกซ์หรืออัลตราโซนิกสำหรับข้อบกพร่องภายใน การวัดความแข็งของพื้นผิว และการทดสอบแรงดันไฮดรอลิกของช่องวารสารระบายความร้อนด้วยน้ำ หากมี สำหรับลูกกลิ้งวิกฤตในสายการผลิตต่อเนื่องซึ่งความล้มเหลวของลูกกลิ้งทำให้เกิดการสูญเสียการผลิตอย่างมีนัยสำคัญ ข้อกำหนดคุณสมบัติเพิ่มเติมอาจรวมถึงข้อมูลการทดสอบการคืบสำหรับความร้อนจริงของโลหะผสมที่ให้มา การตรวจสอบทางโลหะวิทยาของชิ้นทดสอบจากการหล่อแบบเดียวกัน และการวัดความตรงตลอดความยาวเพื่อตรวจสอบการเบี่ยงเบนหนีศูนย์ของบาร์เรลภายในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ระบุ (โดยทั่วไปแล้ว ตัวชี้วัดทั้งหมดจะอ่านค่าได้ 0.2 ถึง 0.5 มม. ตลอดความยาวลำกล้องทั้งหมด)

สรุป: การจับคู่ม้วนเหล็กโลหะผสมกับข้อกำหนดเตาของคุณ

การเลือกม้วนเหล็กโลหะผสมที่ถูกต้องสำหรับเตาเผาเป็นการตัดสินใจที่จะกำหนดเวลาการทำงานของเตาเผา คุณภาพพื้นผิวของแถบ และต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของสินค้าคงคลังตลอดอายุของเตาเผาโดยตรง ตรรกะในการเลือกขั้นพื้นฐานนั้นตรงไปตรงมา: จับคู่อุณหภูมิการบริการอย่างต่อเนื่องที่ได้รับการรับรองของเกรดโลหะผสมกับอุณหภูมิการทำงานสูงสุดจริงในโซนลูกกลิ้งโดยมีระยะขอบอย่างน้อย 50 องศาเซลเซียส ระบุการหล่อแบบแรงเหวี่ยงสำหรับส่วนถังเมื่อใดก็ตามที่เป็นไปได้เพื่อความหนาแน่นและข้อได้เปรียบของคุณสมบัติ กำหนดข้อกำหนดการรักษาพื้นผิวโดยพิจารณาจากกลไกการสะสมตัวและการสึกหรอเฉพาะในบรรยากาศเตาเผาของคุณ และใช้โปรแกรมการตรวจสอบอย่างเป็นระบบที่ติดตามการย่อยสลายของลูกกลิ้งเพื่อให้สามารถเปลี่ยนตามแผนแทนการเปลี่ยนแปลงในกรณีฉุกเฉิน

เมื่อสายการผลิตผลักดันไปสู่ความเร็วแถบที่สูงขึ้น ความกว้างของแถบที่กว้างขึ้น และบรรยากาศของเตาเผาที่ก้าวร้าวมากขึ้นเพื่อบรรลุเป้าหมายด้านประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ เทคโนโลยีม้วนเตาหลอมเหล็กโลหะผสมยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องผ่านองค์ประกอบไมโครอัลลอยด์ที่ซับซ้อนมากขึ้น แนวทางปฏิบัติในการหล่อที่ได้รับการปรับปรุง และวิศวกรรมพื้นผิวขั้นสูงเพื่อตอบสนองความต้องการของสภาพการทำงานของเตารุ่นต่อไปอย่างปลอดภัยและประหยัด