Kohlenstoffstahl gegenüber hitzebeständigem Stahl für Walzwerkskomponenten

Zwei Stahlfamilien tragen den größten Teil der Last in einer Mahlanlage, und die Wahl zwischen ihnen wird normalerweise durch die Temperatur und nicht durch den Preis entschieden.

Kohlenstoffstahl-Mühlenbauteile sind das Arbeitstier einer Mühle: strukturell, kostengünstig und leicht zu bearbeiten.

Hitzebeständige Stahlgussteile übernehmen dort, wo dasselbe Bauteil seine Form bei Temperaturen behalten muss, die gewöhnlichen Kohlenstoffstahl erweichen würden.

Die richtige Wahl zwischen den beiden ist eine der folgenreichsten Entscheidungen bei der Spezifikation der Stahlsorte eines Mühlenbauteils.

1. Zwei in Mühlenbauteilen verwendete Stahlfamilien

Ein Mühlenbauteil muss eine von zwei Aufgaben erfüllen: Last bei Umgebungsbedingungen tragen oder Hitze überstehen, ohne an Festigkeit zu verlieren.

Kohlenstoffstahl erledigt das Erste, und hitzebeständiger legierter Stahl das Zweite.

Die Unterscheidung klingt einfach und wird es weniger, sobald die tatsächliche Temperatur einer Arbeitsfläche gemessen wird.

Kohlenstoffstahl umfasst die Sorten mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt, wobei Mangan und Silizium die üblichen Zusätze sind und keine gezielte Legierung für Temperaturbeständigkeit erfolgt.

2. Kohlenstoffstahl-Mühlenteile: Zusammensetzung und Verhalten

Kohlenstoffstahl-Mühlenteile werden aus Güten wie 1045 oder einem entsprechenden Gusswerkstoff hergestellt, mit einem Kohlenstoffgehalt üblicherweise zwischen 0.2 und 0.5 Prozent.

Sie sind fest, zäh, schweißbar und zuverlässig, und ein Werk kann sie in der eigenen Werkstatt reparieren.

Diese Eigenschaften erklären, warum diese Familie die meisten Strukturkomponenten in einem Mahlkreislauf abdeckt.

Die Grenzen zeigen sich, sobald die Temperatur steigt.

Über etwa 400 Grad Celsius beginnt die Oberfläche zu zundern, und die Zunderschicht blättert ab und nimmt bei jedem Zyklus frisches Metall mit.

Über etwa 500 Grad sinkt die Streckgrenze so weit ab, dass ein belasteter Abschnitt langsam kriechen und sich verformen kann.

Die folgende Tabelle listet die üblichen Kohlenstoffstahl-Mühlenteile und den Grund, warum jedes einzelne in diesem Material spezifiziert ist.

Delonshine Technology liefert Kohlenstoffstahl-Komponenten mit einem Werkszeugnis, das die chemische Analyse und die mechanischen Prüfwerte zeigt.

3. Hitzebeständige Stahlgussteile: Wofür die Legierung ausgelegt ist

Hitzebeständige Stahlgussteile werden dort spezifiziert, wo ein Bauteil bei Hitze seine Form behalten muss und wo eine Zunderschicht es andernfalls verzehren würde.

Der Chromgehalt ist die Hauptvariable und er steigt mit der vom Kunden beabsichtigten Betriebstemperatur.

Eine Sorte mit etwa 5 Prozent Chrom eignet sich für mäßige Hitze, während eine Sorte mit über 20 Prozent Chrom und 25 Prozent Nickel für die heißesten Zonen geeignet ist.

Zwei Mechanismen bestimmen die Wahl.

Die Oxidationsbeständigkeit hängt vom Chrom ab, da das sich auf der Oberfläche bildende Oxid stabil ist und langsam wächst.

Die Kriechfestigkeit hängt von der Matrix ab, weshalb Molybdän, Nickel und manchmal Niob zugesetzt werden, um das Gefüge bei hoher Temperatur zu stabilisieren.

Die folgende Tabelle zeigt die gängigen Familien hitzebeständiger Gusswerkstoffe und den Temperaturbereich, den jede einzelne abdeckt.

Ein Käufer, der die gemessene Oberflächentemperatur des Bauteils anstelle der Prozesstemperatur angibt, erhält eine genauere Empfehlung, da die beiden Werte um Hunderte Grad voneinander abweichen können.

4. Temperaturgrenzen, die die Stahlgüte eines Mühlenbauteils bestimmen

Die erste Frage bei jeder Diskussion über die Stahlgüte eines Mühlenbauteils ist, welche Temperatur das Metall selbst erreicht.

Prozesstemperatur und Metalltemperatur sind unterschiedliche Werte, und die Abweichung hängt von der Isolierung, dem Luftstrom und davon ab, ob die Oberfläche direkt der Wärmequelle zugewandt ist.

Ein Gasführungskanal, der Material mit 800 Grad transportiert, kann bei intakter Auskleidung seine Außenwand auf 250 Grad halten.

Daraus ergeben sich drei praktische Grenzwerte.

Unterhalb von etwa 400 Grad ist Kohlenstoffstahl in der Regel die wirtschaftliche Lösung.

Zwischen etwa 400 und 600 Grad amortisiert sich eine Legierungsgüte mit Chrom und Molybdän durch die Vermeidung wiederholter Zunderbildung.

Oberhalb von etwa 600 Grad wird eine hochchromhaltige oder austenitische Güte zur Standardwahl.

Abriebfestigkeit steigt mit der Härte, und die Härte nimmt ab, wenn die Temperatur steigt.

Dieser Konflikt steht im Zentrum der meisten Spezifikationsdiskussionen in einem Mahlkreislauf und ist der Grund, warum eine Stahlsorte für Mühlenkomponenten nicht anhand einer einzigen Eigenschaftstabelle festgelegt werden kann.

Ein Manganstahl-Auskleidungselement behält seine Oberflächenhärte durch Kaltverfestigung und bleibt die gängige Wahl für Schlagbelastung bei Umgebungstemperatur.

Ein Chromlegierungsguss behält die Härte bei höheren Temperaturen und widersteht gut gleitendem Abrieb, verträgt jedoch weniger Schlagbelastung.

Eine austenitische hitzebeständige Sorte gibt etwas Verschleißfestigkeit zugunsten thermischer Stabilität und Schweißbarkeit auf.

Die folgende Tabelle vergleicht die drei Wege mit den Anforderungen, die eine Mühle tatsächlich stellt.

Delonshine Technology bewahrt Muster früherer Fehlerfälle auf und vergleicht sie vor der Freigabe des Auftrags mit der vorgeschlagenen Güteklasse. Dieser Schritt gilt für Teile für Kohlenstoffstahlwerke ebenso wie für ein Legierungsgussteil.

6. Gieß- und Wärmebehandlungsweg für jede Stahlfamilie

Die beiden Familien durchlaufen in einer Gießerei unterschiedliche Routen, und die Route beeinflusst sowohl die Durchlaufzeit als auch die endgültigen Eigenschaften.

Kohlenstoffstahlsorten werden in einem Lichtbogenofen oder einem Induktionsofen geschmolzen, in Sandformen gegossen und normalisiert.

Hitzebeständige Stahlgussstücke benötigen in der Regel einen längeren Wärmebehandlungszyklus, und die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Gießen wird gesteuert und nicht der Luft überlassen.

Die Wärmebehandlung ist der Punkt, an dem ein Gussstück entweder seine Spezifikation erreicht oder sie verfehlt.

Das Lösungsglühen löst die Legierungselemente auf und bereitet das Gefüge vor, während ein kontrollierter Abkühlschritt die Eigenschaften fixiert, die die Konstruktion voraussetzt.

Mit dem Gussstück vergossene Probestäbe werden bearbeitet und geprüft, damit die Werte dem Kunden auf dem Papier vorliegen.

Die folgende Tabelle vergleicht die beiden Verfahren hinsichtlich der Punkte, die ein Käufer am genauesten verfolgt.

Eine Gießerei, die beide Werkstoffgruppen in einem Werk verarbeitet, kann eine gemischte Bestellung gemeinsam einplanen, und Delonshine nutzt diese Flexibilität, wenn ein Kunde Stahl- und Legierungsteile anhand desselben Zeichnungssatzes bestellt.

Wenn Kohlenstoffstahl-Mühlenteile im selben Produktionsprogramm wie Legierungsgussteile gefertigt werden, verkürzt dies häufig die Gesamtlieferzeit.

7. Abstimmung der Stahlsorte auf den Mühlenbetrieb und die Lebensdauer

Die Lebensdauer ist der entscheidende Faktor dafür, ob sich ein höherer Legierungsanteil amortisiert, und sie beantwortet letztlich die meisten Fragen zur Stahlsorte von Mühlenkomponenten.

Ein Kohlenstoffstahlteil, das bei niedrigem Preis zwei Jahre hält, kann ein Legierungsteil schlagen, das bei dreifachem Preis vier Jahre hält.

Der Vergleich wird klar, sobald das Werk eine gemessene Austauschhistorie hat und nicht nur einen Eindruck.

Eine einfache Rechnung hilft.

Die Teilkosten plus die Ausfallkosten geteilt durch die Nutzungsdauer in Monaten ergeben die Kosten pro Betriebsmonat, und die beiden Werkstoffgruppen lassen sich so auf derselben Basis vergleichen.

Stillstandszeiten dominieren normalerweise diesen Wert in einer Anlage mit hohem Durchsatz, weshalb eine langlebigere Qualität oft sogar zu einem höheren Preis gewinnt.

Die folgende Tabelle zeigt einen ausgearbeiteten Vergleich an einem typischen Mühlenbauteil.

Die höhere Qualität dort einzusetzen, wo die Maschine den Engpass für die Anlagenleistung darstellt, bringt den größten Nutzen, und Shenyang Delonshine Technology hilft Kunden, diese Einheit zu identifizieren.

8. Bestellung, Zertifizierung und Dokumentation für Mühlenbauteile

Die Dokumentation entscheidet, ob ein geliefertes Mühlenbauteil anhand der Spezifikation geprüft werden kann, nach der es gekauft wurde.

Ein Mühlenzertifikat sollte die Schmelznummer, die chemische Analyse, die Ergebnisse der mechanischen Prüfung und den Wärmebehandlungsnachweis enthalten.

Ohne diese Angaben kann ein Käufer ein korrektes Teil nicht von einem Ersatzteil unterscheiden.

Die Anfrage selbst benötigt vier Punkte: die Zeichnungsnummer, die Werkstoffspezifikation, die Menge und das gewünschte Datum.

Wenn die Betriebstemperatur und der Verschleißmechanismus angegeben werden, hilft das der Gießerei, eine bessere Qualität zu empfehlen, falls die Zeichnung dazu keine Angaben macht.

Die folgende Tabelle listet auf, was ein vollständiges Dokumentationspaket für Mühlenbauteile enthält.