天然气中的硫对渗碳的影响

2.2重复表面淬火产生的裂纹效应保证了工件在加热和冷却时的连续性也增加了工件加对42(rM钢而言表面淬火时不论在任何情况下中途热和冷却的均匀性。停止淬火或淬火后硬度不均需返工重新淬火不允许在原来(2)改变原来的中频预热为炉中预热。减少了工件截面已淬火的位置重新淬火。上的温差使过渡层的组织状态平稳、连续。其预热温度一定因为表面淬火后表层形成淬火组织即使硬度不均匀),要适宜太低则达不到最佳效果太高则会使表面硬度降低其残余应力状态为表层呈压应力内层为拉应力分布3。在(3)对于需要重新表面淬火或返工淬火的工件因为之重复加热的情况下因为感应加热的比功率远比炉内加热的前该材料为调质状态故现在选择炉中高温回火接近调质的大加热速度快δ。即使是以中频感应回火代替消除应力回回火温度)替消除应力回火及淬火前的预热以达到原来整火其应力消除得不彻底同样不能达到满意的效果。因为感体调质状态。再进行返工淬火同样能保证质量应加热的特点是快速加热原来已淬火的组织在快速加热的采用上述三点工艺改进措施使瓦楞辊的表面质量稳定情况下其应力发生突变加之应力消除得不彻底若重复淬硬度合格并且无开裂或剥落的现象使用效果好获得了良火组织应力与热应力过于集中或重叠在重复淬火的区域淬好的技术经济效益火时很容易在此处发生裂纹。所以感应淬火前原始组织具参考文献有特别重要的意义。在此之前必须进行预先热处理以便为[1]夏国华杨树蓉籌现代热处理技术M]北京浜兵器工业出版感应加热淬火提供合理的原始组织5。一般情况下采用调社,997:185质、退火或正火2]沈庆通感应热处理问M]北京机械工业出版社,19903解决办法[3]安运铮热处理工艺字M]北京机械工业出版社1982252,通过以上的分析我们对原有的中频淬火工艺作了一些277257256[4]刘宗昌.钢件的淬火开裂及防止方汯M]北京治冶金工业出版(1)暂不加工A到B处的开囗槽即长度方向上的小短社,99190齿加工成了长齿条)待中频淬火合格后再用一特殊的切割[51浙江大学等钢铁材料及其热处理工艺M1上海止海科学技术出版社,978385方法将开口槽切开。避免了加热时在开口尖角处的涡流集中天然气中的硫对渗碳的影响张毓军重庆铁马工业集团有限责任公司重庆400050)摘要天然气中硫的超标不但会使制取吸热式气氛的镍基催化剂中毒失效冋时还影响渗碳的界面反应降低零件的表面硬度延长渗碳时间。所以作为渗碳用原料气必须对天然气充分脱硫。关键词脱硫镍基催化剂渗碳界面反应表面硬度中图分类号:I)871.6IG156.8文献标识码A文章编号254605K200210048-03Effect of Sulphur in Natural Gas on Carburizing ProcessZHANG Yu-junChongqing Tiema Industries Corporation Ltd. Chongqing 400050 ChinaAbstract The Ni-catalyzer of prepared endogas can be poisoned and failed because of the overdetermined sulphurin the natural gas. The overdetermined sulpher also affects the interfacial reaction of carburizing process then thesurface hardness of carburized part is reduced and the time of carburization is prolonged. As a raw gas for carburzing it is necessary to desulphurize in the natural gas sufficientlyKey words desulphurizing Ni-catalyzer 'carburizing interfacial reaction ' surface hardness1引言我公司2000年9-27炉的渗碳工艺曲线和技术要求见图我公司生产的重载汽车变速箱齿轮和传动轴零件材料主1。该炉零件渗碳淬火回火后有效硬化层深仅为FHI610)要是18 CrMnBH、16 CrMnBH钢。齿轮、轴和大部分零件采用0.3mm表面硬度为54-56HRC表面硬度和有效层深均与渗碳淬火处理。渗碳设备为德国德固沙公司的箱式多用炉生技术要求不符。经检查渗碳工艺参数输入正确操作无误产线采用微机对渗碳过程进行全自动控制渗剂采用以天然设备正常但O红外分析仪显示表明CO2含量偏高且不气为原料气制备的吸热式可控气氛(载气)+天然气(富化稳定。中国煤化工.4%,多次测量(包括烧气炉内碳CNMHG2原因分析作者简介张毓军1973-)男重庆开县人助理工程师以事热处理2.1数据分析工艺编制及现场技术指导工作。联系电话:364265864收稿日期2001-07-05经化验发现天然气中硫含量(主要是HS)竟高达《金属热处理》2002年第27卷第1期置。表2就是安装脱硫裝置后试生产的11炉的渗碳结果工艺曲线见图2。安装脱硫装置后再提取天然气化验其中硫BE890含量仅为34mg/m3完全达到了吸热式气氛渗碳对硫含量的要求。从这次事故的发生和对安装脱硫裝置前后渗碳结果的油冷怕0-1D01比较說明天然气中硫含量的多少对渗碳结果有很大的影响Tmn2,2理论分析图1渗碳工艺曲线天然气中硫对渗碳的影响主要表现在渗碳的3个控制Fig 1 Carburizing and quenching process环节级热式气氛的生成、金属对活性碳原子的吸收以及碳原技术要求材料18 CrMnbh钢有效硬化层深EHI610)子在金属基体中的扩散速度。0,4~0.7mm表面硬度59~63HRC表2脱硫后的渗碳结果1200mg/mY标准状态下下同)而按要求制取吸热式气氛Table 2 Carburizing results after sulphur removal的天然气中硫的含量应低于200mg/m3。经向天然气公司查序号渗碳时间扩散时间实测HH610EH610询原来是川东气田供气出口脱硫设备出了故障。而我厂未T,/min超差/mm安装脱硫装置因而导致渗碳零件达不到工艺规定的技术要0求。半月之后川东气田脱硫装置恢复正常我们将裂化罐内1851.26的催化剂更换后渗碳零件才基本满足工艺要求。渗碳工艺曲线见图2渗碳结果见表1。1851.12l852801851.200.051,01油冷10》0.1511280181.210.06图2渗碳工艺曲线注由于有效硬化层深绝大多数超差最终将工艺调整为Fig 2 Carburizing and quenching280min ,T2=160min技术要求材料18 CrMnbh有效硬化层深(EHI610)(1)硫对吸热式气氛生成的影响以天然气为原料气制0.85~1.15mm表面硬度59-63HRC取的吸热式气氛参考成分1见表3冲要求得到尽可能低的表1脱硫前的渗碳结果HO和CO2含量。制备吸热式气氛的化学反应式如下Table i Carburizing results before sulphur removalCH4+2.380.21O2+0.79N2)=OO+2H2+1.88N2+Q渗碳时间序号扩散时间实测EHI610表3吸热式气氛的成分体积分数%)1/minTable 3 Cas( vol %0.931.08组分CO2O2OOH2CH4123456789u成分微量0.020.738.70.8露点-41.13该反应实际上分两步进行第一步部分燃料气与空气的燃烧1,06反应该反应是放热反应0.95CH4+20=CO+ 2H,O+Q第二步IH4与第一步反应生成的OO2和H2O的反应,该反1,05应才是吸热反应1.15CH+HO=CO+3H, 9 CH+CO=2C0+2H,-Q为使第二步反应完全彻底,获得尽可能低的H2O和CO2含0.89量除需较高的反应温度外还需高效能的催化剂。我公司采131,06用的是含NiO的镍基催化剂。高温下天然气中大量的硫1950.95(主要是HS厢和催化剂中的NO发生反应生成NiS使得镍注工艺规定:T1=280in,T2=185min,实际生产中,提前基催化中国煤化工步反应不充分AO2HO20mim看观察试样生产工人根据观察试样的层深来控制零件的渗碳含量较层深并根据实际层深来确定扩散的实际时间重新更以 CNMHG控制误差相当大必须旧ALJ。此时再次提取天然气化验硫的含量,发现其含量为(2)渗剂中含硫对零件表面硬度的影响原料气中的269mg/m3仍然超标。为了避免类似情况再次发生同时也H1S在渗碳时发生分解避免天然气中硫对渗碳设备的腐蚀我公司决定安装脱硫装HS=H,+[S]《金属热处理》2002年第27卷第1期分解岀来的活性硫原子在高温下很容易和金属Fe发生如下要比安裝脱硫装置后长一些。反应3结论Fe+[S]Fes Fe+2S]FeS1)天然气中高的硫含量会使镍催化剂中毒失效,而反应生成的化合物FS和Fs2覆盖在钢铁基体的表面形成影响吸热式气氛的生成使得产气组氛不稳定炉内碳势降层极薄的硫化物膜硬度很低2它在一定程度上降低了低使得零件有效硬化层深和表面硬度都比工艺规定的要低零件表面硬度2)钢铁基体表面硫化物膜的形成会降低钢件的表面3)硫对渗碳吸附的影响金属铁对于活性碳原子有催硬度。化作用。即当渗碳介质如(O被吸附在钢件表面由于金属3)钢铁基体表面覆盖一层硫化物膜降低了铁原子对铁的存在削弱了CO键的结合力31使得界面反应界面反应的催化作用阻碍活性碳原子的形成降低了钢件表FOQ吸附)]+(气)=FdC】吸附)+OO气)面的碳浓度影响了渗碳速度延长了渗碳时间。F(Q吸附)]+H气)FdC】吸附)+H(气)〔4)对含硫量超标的天然气需经有效脱硫方可作为渗很容易发生形成活性碳原子进而在表面形成碳的固溶体或碳的原料气。化合物。界面反应是渗碳的控制环节该环节中的任何一个参考文献过程发生故障都会影响整个渗碳过程的正常进行甚至整个[1]中国机械工程学会热处理专业学会《热处理手册》编委会.热处渗碳过程处于停止状态。所以当天然气中含硫量太高在工手删二版ⅠM]北京机械工业出版社,99125件表面形成一层极薄的硫化物膜时降低了铁原子的活性减[2]蔡美良簿.新编工模具钢金相热处理M]北京机械工业岀版弱了金属铁对界面反应的催化作用必然会使界面反应缓慢社,998238钢件表面碳浓度有所降低碳原子在铁基体中的扩散速度减[3]安运铮.热处理工艺敩M]北京机械工业出版社,982:181慢。所以安装脱硫裝置前渗碳达到同样的层深所花的时间牙轮钻头牙掌焊接和热处理产生的裂纹分析失效分析冫周细应↓柯黎明王伟兰1华小珍1刘汉鼎〔1.南昌航空工业学院材料科学与工程系江西南昌3300342.宜春第一机械厂江西宜春336000摘要运用扫描电子探针对三牙轮钻头牙掌堆焊和热处理后产生的裂纹特征进行了分析并采用ⅹ射线衍射仪测定了牙掌试件的残余应力。结果表明堆焊层与基体的界面缺陷是裂纹形成的主要原因。裂纹扩展方式为穿晶断裂。而堆焊层表面拉应力导致裂纹的进一步产生与扩展。建议在堆焊工艺和热处理工艺中采取措施尽可能减少应力。关键词裂纹分析推焊热处理牙轮钻头图分类号IG441.8IF21文献标识码3文章编号》254-605K2002)1-050-04Crack Analysis in Palm of Roller bit by Overlaying Welding and Heat TreatmentZHOU Xi- ying KE Li-ming WANG Wei-lan'HUA Xiao-zhen' LIU Han-ding2(1. Department of Materials Science and Engineering Nanchang Institute of Aeronautics and TechnologyNanchang Jiangxi 330034 China 2. Yichun First Mechanical Factory Yichun Jiangxi 336000 ChinaAbstract The characterization of the crack in palm of the roller bit produced by overlaying welding and heat treatment was studied with the scanning electron microscope( SeM) and its residual stress was tested with X-raydiffraction( XRD ) The results showed that the forming of crack was mostly made by the interface defect betweenoverlaying welding layer and matrix. The propagation of crack causes transgranular fracture. The tensile stress inthe layer of overlaying welding resulted in the initiation and propagation of the crack It was suggested that thestress produced by overlaying welding and heat treating would be reduced as possibleKey words crack analysis overlaying welding heat treatment roller bit1引言由于钴基合金具有很高的红硬性(在500~700℃时仍可保持牙掌是用于地质、矿山和石油开采钻探的牙轮钻头的重350-50HⅣV的高硬度)抗磨损耐腐蚀、抗冲击、抗热疲劳要组成部分它的作用是支承牙轮保证牙轮钻孔时环绕牙和抗氧1中国煤化工尤良性能2.通常曆损掌的轴承转动所以牙掌需要非常好的耐磨性等综合性能。面采用CNMHG性其他工作面采用渗碳淬火时階仕又可以保证心部良好的韧作者简介凋细应1964-)男江西南昌人副教授主要研究方向为性。然而由于钴基堆焊层硬度高脆性大3所以在牙掌端材料表面改性工艺与新型功能材料发表论文20余篇。联系电话:面和柱面出现明显的径向裂纹和纵向裂纹并可能出现封闭07918223572收稿日期2001-0329的网状微裂纹。本文对牙掌裂纹产生与扩展的原因进行了分《金属热处理》2002年第27卷第1期