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金相复型技术在铸造起重机吊钩横梁维护管理中的应用

起重吊钩材质 起重吊钩 2021-10-25 17:31

陈贤波 樊建成

宝山钢铁股份有限公司 上海 201900

摘 要:铸造起重机部分部件长时间工作于高温环境,其金相结构易发生改变。通过采用金相复型技术,得到部件组织的金相图像,确定铸造起重机吊钩横梁的受热部件金相组织的状态,从而确保设备的安全运行。

关键词:金相复型技术;吊钩横梁;应用

中图分类号:TH218 文献标识码:A 文章编号:1001-0785(2020)19-0051-04

0 引言

铸造起重机是钢铁企业重要的物料搬运设备,其主钩主要用于吊运高温熔融金属,主要受力结构长期受到高温熔融金属烘烤,虽大部钢结构设置隔热板,但U 形架、吊钩横梁腹板处实际温度超过100℃。这些长期处于高温状态的钢结构部件日常检查困难,灰尘堆积,一般只能通过目视远观检查,只有在停机检修时才能靠近检查。

特殊的工作环境会造成工作配件金相结构的改变,从而改变构件强度,造成事故的发生。如2005 年10 月,某厂450 t/80 t×23.4 m 铸造起重机在吊运过程中吊钩横梁腹板母材严重开裂,裂纹延焊缝方向扩展至母材,总长度超过1 m。对开裂部位的母材切割后进行金相检查,发现金相组织主要为铁素体+ 珠光体球化体,已完全球化。根据检查结果确定造成故障的原因为:吊钩横梁在实际运行时,距离高温熔融金属表面较近,横梁表面温度高,长时间的高负荷运行导致腹板母材金相组织发生变化,母材强度大幅下降,最终导致腹板在使用中瞬间撕裂。

1 珠光体球化的危害

起重机横梁钢结构用材质和一般压力容器材质相同,采用碳素钢和低碳合金钢,在常温下的组织一般为铁素体加珠光体。珠光体内呈片状、表面积较大并处于高能量状态的碳化物在常温下是稳定的,但在高温、高应力长期作用下, 原子扩散速度加快, 具有高能量的片状碳化物自行向低能量的球状碳化物转变并进一步聚集增大。球化是金属在长期高温作用下的一种组织变化的必然过程[1]。

珠光体球化使材料的抗拉强度、屈服点以及硬度降低, 球化越严重, 影响越大,中度球化会使碳素钢常温强度下降10%~15%;严重球化时下降20%~30%。

2 采用金相复型技术确定组织的球化程度

对已发生球化的钢材,可采用热处理方法使之恢复原来的组织,但是对横梁进行热处理会造成结构的严重变形,加之横梁部件体型庞大,无法采用热处理的方法进行处理。

为准确掌握吊钩横梁以及板钩金相组织的变化情况,近年逐步对在用的相关部件进行复膜金相检查,以确保设备的安全运行。

复膜金相又被称为现场金相复型技术,主要是以金相试样为对象,通过贴合预制复型材料进而将部件金属微观组织形貌完整复制、获取的一种技术。在具体复型期间,需将磨制、抛光和腐蚀等工序实施在实验点对象上,并在溶剂的运用下将完成制备的复膜材料软化,使其具备流动性,紧接着将复膜片接触金属面,通过加压使复膜面材料流动,以便将磨面图像浮雕充满,进而完成金相图像的复印。而在完成了复膜之后,在实验室观察膜,也可在完成了膜喷金后再观察分析[2]。

金相复型方法的优点在于适用于某些难以检测的部位或不允许破坏的工件,且复型件能在现场用低倍光学装置观测或带到实验室在高倍金相显微镜下检测[3]。

3 采样方案以及采样部位

吊钩横梁每使用1 a 需下线进行解体探伤检查,在每次下线检查过程中,对横梁以及板钩主要受热部位进行覆膜金相以及硬度检测。取样部位如图1 所示,取样部位要求为:

1)横梁两侧腹板位置:要求避开焊缝位置,选取腹板中下部母材位置。

2)U 形架位置:要求避开销轴、焊缝、螺孔位置,选取母材位置。

3)板钩位置:要求避开铆钉、隔热板位置,选取母材位置。

图 1 采样部位示意

4 案例示例

4.1 金相组织未发生变化的横梁

图2、图3 分别为某起重机横梁腹板同一部位在2018 年和2019 年的金相复型图,金相图显示均为为铁素体+ 珠光体+ 球化体,晶粒度大小评为7~8 级,球化级别评为3~4 级。主要金相组织未发生较大变化。

图 2 某起重机横梁腹板在2018 年金相复型图

图 3 同一起重机横梁腹板在2019 年的金相复型图

4.2 金相组织完全球化的横梁

在利用金相复型技术对某横梁的实际检查中已发现横梁受热部位出现完全球化的现象,图4 为2018 年检查的横梁腹板金相复型500×,金相图显示为铁素体+珠光体+ 球化体,晶粒度大小评为 7~8 级,球化级别均评为 3~4 级。图5 为2019 年检查完全球化的金相复型500×,金相图显示为铁素体+ 球化体,属完全球化,球化评级评为6 级。

根据GB/T 36697—2018《铸造起重机报废条件》中C.8.1 项:“钩片板材金相组织发生明显变化或蠕变应报废处理。”已对此部件进行报废处理。

图 4 某横梁腹板2018 年金相复型500×

图 5 同一横梁腹板2019 年完全球化的金相复型500×

4.3 金相组织完全球化的U 形架

图6 为某起重机的U 形架金相组织图,部件使用时间已超过10 年,金相图显示为铁素体+ 球化体,组织发生劣化,球化严重,球化评级评为 5~6 级。因组织变化该部件将报废处理。

图 6 组织发生劣化,球化严重的U 形架金相组织

4.4 受热严重,金相组织出现索氏体的横梁

图7 为受热严重,金相组织出现索氏体的横梁,金相图显示为回火索氏体+ 少量铁素体,组织发生变化,有劣化倾向。

图 7 受热严重,金相组织出现索氏体的横梁

横梁部件过热,金相组织中出现回火索氏体,存在劣化倾向,该部件将使用一个周期后报废处理。从上述的四个案例进行分析,可以得出:

1)横梁、U 形架受高温烘烤,金相组织会出现变化,除珠光体球化外,还有组织出现回火索氏体。

2)一般认为转炉加料起重机横梁以及U 形架在进行加料作业时受到火焰烘烤,更加容易出现金相组织变化的情况,但是在实际检查中发现金相组织发生变化的横梁以及U 形架在连铸跨起重机出现的频率更高。

3)板钩钩片受热金相组织出现变化后可以直接更换异常的钩片,无需整体更换,对于完全球化的吊钩横梁、U 形架部件应停止使用并报废处理。

5 结语

吊钩横梁是铸造起重机的关键受力部件之一,在日常使用中长期受到高温辐射以及高应力负荷作用,金相组织会发生变化,若不对这种情况进行及时把控,一旦主要钢结构开裂会造成不可想象的事故,严重威胁冶金企业的安全生产。

采用金相复型技术可以在不破坏吊钩横梁的前提下,对受热严重部位母材的金相进行检查,提前发现异常,避免恶性事故的发生。

参考文献

[1] 徐鹏.20 钢珠光体球化对材质损伤程度的试验研究[J].压力容器,2003(12):12-14.

[2] 朱振飞. 锅炉压力容器检验中金相复膜技术的应用探析[J]. 特种设备安全技术,2019(1):55-57.

[3] GB/T17455—2008 无损检测 表面检测的金相复型技术[S].

 

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