齿轮的天然气渗碳.pdf

舍 全 全 全 仝 ～ 工 艺 一 齿轮的天然气渗碳 朱金木 安徽星瑞齿轮传动有限公司， 安徽 六安 2 3 7 0 1 0 摘 要 与传统的甲醇丙酮气体渗碳相 比， 用净化后 的天然气制备的吸热式气氛对汽车齿轮 等零件进行渗 碳 ， 具有使用方便、 生产成本低、 渗碳层不易产生非马氏体组织等优点， 已成功地用于生产 ， 具有广阔 的应 用前 景 。 关键词 净化 ； 天然气 ； 渗碳 中图分类号 T G 1 5 6 ． 8 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 ． 1 6 9 0 2 0 1 1 0 3 ． 0 0 7 5 ． 0 5 Ca r bu r i z i ng Ge a r s wi t h Na t u r a l Ga s Z HU J i n i n i l A n h u i X i n g r u i G e a r T r a n s mi s s i o n C o ． ， L t d ． ， L u a n 2 3 7 0 1 0 ， A n h u i C h i n a Ab s t r a c t Co mp a r e d wi t h t h e t r a d i t i o n a l g a s c a r b ur i z i n g p r a c t i c e wi t h me t h a n o l pl u s p r o p a n o ne，t h e c a r bu r i z i n g o f a u t o g e a r a n d o t h e r p a r t s w i t h t h e e n d o t h e r mi c a t mo s p h e r e p r e p a r e d b y p u r i f i e d n a t u r a l g a s h a s s u c h a d v a n t a g e s a s b e i n g c o n v e n i e n t t o u s e ，l o w e r o p e r a t i n g c o s t ，n o a b n o r ma l c o mp o n e n t i n t h e c a r b u r i z e d c a s e a n d S O O i l ，a n d h a s b e e n s uc c e s s f u l l y a p p l i e d t o p r a c t i c e， a n d i t s a pp l i c a t i o n p r o s p e c t i s br o a d． Ke y wo r ds p u rific a t i o n；n a t u r a l g a s ；c a r b u r i z i n g 在传统渗碳工艺中， 一般都是选用 甲醇 一丙酮、 煤油 、 甲醇 一丙烷等作渗碳剂 。近年来 ， 以天然气作 能源并用于渗碳 ， 由于其价廉 、 安全等优点 ， 已得到 日益广 泛 的应用 。 1 反应原理 用天然气制备吸热式气氛的化学反应式为 C H 4 2 ． 3 8空气 C 02 H 2 1 ． 8 8 N 2 ， 用 作 催化剂 ， 反应温度≥1 0 0 0 o C。所制备的吸热式气氛 的成分列于表 1 。 上述反应式表明， 采用天然气渗碳 ， 天然气与空 气 的比例为1 2 ． 3 8 ， 而实际上一般为1 2 ． 5 甚 至更 表 1 用天然气 制备的吸热式气氛的成分 体积分数 。 ％ Ta b l e 1 Co mp os it i o n o f e n d o t h e r mi c a t mo s p h e r e p r e p a r e d b y n a t u r a l g a s v o l u me f r a c t io n ，％ C O C O 2 0 2 H 2 C H 4 N 2 N 2 露点 2 0 ． 9 0 ． 3 0 4 0 ． 7 0 ． 4 0 ． 6 其余常温 高 ， 因为天然气不仅含甲烷 ， 还有丙烷等含碳较高的 化合物以及有害杂质 。 采用天然气 C H 4 空气制备 R X气氛时 ， 若 反应温度为 1 0 0 0～1 0 4 0℃ ， 天然气 空气 1 2 ． 4 ， 露点 一 2～ 5℃ ， 则天然气与空气的用量与天然气的 产气量如表 2所示 。 表 2 吸热 式气 氛制备量与所需的天然气和 空气量／ m。 h T a b l e 2 Ou t p u t o f e n d o t h e r mi c a t mo s p h e r e a n d c o r r e s p o n d i n g c o n s u mp t ion s o f n a t u r a l g a s a n d a i r ／m。h一 ’ 我公 司 目前所使用 的天然气与空气 的配 比为 1 2 ． 8， 空气 比例为最高值 ， 气氛露点为 一2 5 。 工作 中一般将空气 比例适 当调高 ， 因为这样可 以确 保天然气完全裂解 ， 不容易积聚炭黑 ， 同时节约了制 备 R X气氛的天然气用量约 1 5 ％ ， 渗碳层 因内氧化 而产生的非马氏体组织也大大减少 浅腐蚀 。 收 稿 日期 2 0 1 0 ． 0 7 1 6 作者简介 朱金木 1 9 8 3 一 ， 男， 安徽六安人 ， 助理工程师， 从事热处理技 术以及管理工作， 曾多次获得公司先 进 荣誉 。联 系电话 1 5 0 0 5 6 9 3 1 7 6，E ma i l z h u j i n mu 1 2 6 ． c o rn 热处理 2 0 1 1 年第2 6 卷第3期 7 5 2用天然气热处理的优势 以通常采用的甲醇 一丙酮为例 ， 来 比较天然气 的优势 。 1 采购 、 运输及 输送 方便。 甲醇 、 丙酮 为 液 体 ， 运输不便 ， 且成本较高。而天然气用城市管道输 送， 非常方便。将甲醇、 丙酮输入炉内， 必须先泵到 一 定的高度或者使用一定压力的气体输送 。而天然 气只需经过适当减压 ， 便可直接输送进炉 。 2 管理简便。使用 甲醇 、 丙 酮必须有通风 良 好的库房 ， 有一定的安全 隐患。使用天然气则简便 安全安得多。 3 产品质量提高。甲醇 、 丙酮为液态介质 ， 滴 人设备后 ， 有一个气化一 分解 的过程 ， 甲醇 内还有 水 、 有机硫 、 无机硫等杂质， 介质的输送管道容易积 聚炭黑。而天然气属气态介质 ， 输 入炉 内后无需气 化过程， 直接分解成无氧的活性碳和氢气等 ， 不易结 炭 ， 工件表面洁净 ， 渗碳层非马氏体组织大大减 少， 一 般在有效硬化层深度为 0 ． 8～1 ． 2 13 3 1 ／ 1 时 ， 齿节部 位非马组织为 5 m左右 浅腐蚀 ， 表 面硬度 H V 1 转换 6 1 H R C以上 。渗碳层组织见图 2一图4 。 4 生产成本降低 。表 3是爱协林单推连续炉 正常投产后天然气的消耗量。 表 3 以天然气作渗碳剂时天然气的消耗量 T a b le 3 Co n s u mp t i o n o f n a t u r a l g a s u s e d f o r c a r b u r iz i n g 天然气按市场价 3 ． 0元／ m 计算 ， 爱协林连续炉 所用渗碳剂成本为 3 ． 0 I n X 2 ． 5 1 T I ／ h 7 ． 5 Y r _ ／ h 。 而 I p s e n炉采用甲醇 丙酮的成本粗略估算为 甲醇 4 0 0 0 k g ／ 月 X 4 ． 2元／ k g1 6 8 0 0 月 ， 丙酮 1 6 0 0 k g ／ 月 X 1 4 ． 6元／ k g 2 3 3 6 0元／ 月 ， 液化 气 8 0 0 k g ／ 月 5 ． 5元／ k g 4 4 0 0元／ 月 ， 则 I p s e n连 续炉介质使用成本为 1 6 8 0 0元／ 月 2 3 3 6 0 月 4 4 0 0元／ 月 3 0天 2 4 h6 1 ． 8 9元／ h 。显然 ， 使用天然气作为渗碳剂 的成本比采用 甲醇丙酮的低 得多。 5 碳黑积 聚少。从实 际使 用情况看 ， 爱协林 连续炉投产约半年来 ， 输送管道没有积聚过炭黑 ， 工 件呈光亮银灰色 ， 无炭黑。淬火油清亮无污染。 3用天然气渗碳的注意事项 3 ． 1 净 化天 然气 目前 ， 我 国不同级 别的民用天然气的成分如表 4所示。天然气能够进行渗碳 的前提条件是其纯度 必须大于9 5 ％， 且含硫量小于 1 0 m g ／ m 硫、 水含 量越低越好 。因为硫 、 水对管道及设备腐蚀严 重 ， 使热处理气源耗量大增 ， 产品质量下降 ， 因此需 要对天然气进行净化。我公司经过 多方调研 ， 最终 采用了我国发 明的专利产品 “ 天然气净化设 备” 对 城市天然气进行净化。该设备特点是投资较低。我 公司采用的脱硫技术与采用二步法脱除天然气 中有 机硫和无机硫相比， 其初期脱硫效果就较差， 半年后 二步法效果越来越差。二步法脱硫 中用 F e 2 0 3 Z n 0 2 等混合 固态法或湿碱法脱无机硫会产生很 多水分 ， 对热处理渗碳气氛不 利； 旧法 活性炭脱除天然 气中 的有机硫一般经 5 0次再生就失效。而本设 备投资 额减少一半 以上 ， 占地面积缩小 2 ／ 3以上 ， 投产后运 行费用低 ， 净化效果好， 见表 5 。 表 4民用天然气 成分 Ta b le 4 Co mp o s it i o n o f c iv i l n a t u r a l g a s 表 5 天然气 的净化效 果 Ta b l e 5 Co mp o s it i o n o f p u r i f i e d n a t u r a l g a s 注 供气压力很低时， 不会出现不畅通现象； 当天然气矿脱硫 设备检修 、 其无机硫高达 1 1 0 0 m g ／ m 时， 缩短再生周期即 可 ， 不会停产。 此数据为微量水分检测仪检测， 若用露点 仪沏 0 则 ≤ 一 6 0℃ 。 净化剂寿命长， 我公司使用净化设备净化后的 天然气 无 异 味 ， 火 焰 呈 蓝 色， 经 化 验 ， 总 含 硫 量 1 mg ／ m。 ， 证明净化效果非 常稳定。 7 6 热处理 2 0 1 1 年第2 6卷第3期 净化罐采用的净化剂会与天然气 中的杂质有机 硫 、 无机硫 、 水 、 石油 、 汞等进行化学反应 、 电化学反 应， 发生物理吸附、 物理过滤， 当达到饱和后 ， 就需进 行再生 ， 我公司是使用压缩空气对净化罐进行再生。 由于再生需要加热 约 3 5 0 q C ， 使硫化物特别是有机 硫中的 四氢噻吩完全析 出， 同时析 出水 、 油、 汞。但 是 ， 在析出硫化物的同时， 净化剂所吸附的水经加热 解析产生的水气又在管道中冷凝成水 ， 积聚后从管道 燃烧 口喷出， 浇灭气体发生器的点火 嘴和废气火焰 ， 造成气体发生器停工。为此 ， 我们对管道进行了简单 改造， 解决了这一难题。改造后的管道如图 1 所示。 椭 嘲 图 1 改造后的排气管道 F i g ． 1 I mp r o v e d e x h a u s t p i p e l i n e 由图 1可以看出 ， 在原管路上作简单改装 ， 将弯 头改成相应大小 的三通 ， 再连接适 当长度的带梯度 的管道 ， 在管道末端 装一个球 阀， 便 可解 决喷水 问 题 。其原理是 ， 当水蒸气冷凝成水时 ， 便积存在改造 后的储管内， 隔一定 时间将 球 阀打开放水 即可 实 际经验是大约 3 h放水一次 。如果在再生管道上 增加一个水气分离器 ， 也可以解决这一问题。 3 ． 2工艺调整 一 般的贯通式连续炉 ， 炉前废气排放量要大于 炉后废气排放量， 比例约为 7 3 ， 从而保证设备安全 及产品质量 ， 这样各区的介质流量应该是从 前到后 逐渐减少 。经过反复调整 ， 将爱协林连续炉保 温区 的天然气流量略微提高， 从而确保保温区的碳势， 同 时天然气也得到充分分解 定碳结果 与仪表显示基 本吻合 。 3 ． 3减压阀 在使用天然气时， 还要重点注意使用的天然气 压力 。首先要根据产品的产量 、 大小等确定渗碳炉 所需要的天然气流量以及压力， 并考虑适当的余量， 然后得出所需要的天然气压力 以及流量 。由于城市 天然气使用的是中压 0 ． 0 2～0 ． 0 7 MP a ， 而渗碳炉 使用的压力仅为 3～5 k P a ， 因此要适当减压 。减压 阀一定要根据减压前 、 后的压力选用 ， 才能确保减压 阀安全可靠地运行。 3 ． 4检漏 由于天然气属易燃易爆气体 ， 在使用过程 中不 能掉以轻心 ， 对管道要定期检漏 ， 一般一个月一次， 对活结 、 弯头 、 球 阀等接头部位要重点检查。检查方 式有多种 ， 如采用肥皂水 ， 或使用专业厂生产的类似 手机大小的便携式C H 4 气体检漏仪 。对压力表及相 应的配套设施要经常检查 ， 发现漏气现象应及时处 理 。 3 ． 5突然停气 天然气用来渗碳以及废气点火的过程中， 有可 能 出现突然断气的情况 ， 此问题 已与天然气公司作 过反复交流。从理论上说 ， 只要事先 9 h得 知停气 时间 ， 便可将损失降到最低 。而实际情况是 ， 生产中 总会确保管道内储存 的天然气量 足够 9 h使用 ， 即 使是突然停气也不会带来重大损失。除了客观原因 造成停气之外 ， 也有可能因误操作等原 因而使得控 制主管道通断的电磁 阀断开。对此 ， 处理办法是 手 动打开电磁阀 ， 启动气体发生器 ， 调节露点 ， 待露点 稳定后再送气。 3 ． 6 气体发生器的清理 气体发生器是用于制备吸热式气氛的， 对其保 养维护至关重要。 日常维护点有循环水过滤 网、 探 头 、 阻火器 、 马达阀等， 如发现罐前压与罐后 压相差 大于 1 k P a ， 应立即清理炭黑 。每周清理一次炭黑过 滤罐和炭黑过滤器 ， 擦拭露点观察窗玻璃 ， 每个月清 理一次放散阀内积存的炭黑 ， 以保持管道畅通。 3 ． 7定期烧炭黑 气源净化设备要求定期烧炭黑 ， 其周期可依据 实际情况确定 ， 有 的使用单位基本不烧炭黑 J 。气 体发生器在烧完炭黑重新启动时 ， 一定要待 温度升 到工艺温度且保温 0 ． 5～1 h后再通气 ， 并先通空气 后通天然气 ； 连续炉烧完炭黑后要充分预渗 ， 待温度 及气氛碳势到达工艺要求后方可进料 。 3 ． 8安 全 在使用天然气 的过程 中， 要对相关 作业人员反 复进行安全教育和宣传 ， 加大培训力度 ， 确保安全生 产万无一失。另外 ， 天然气 中含有 的硫化氢 等杂质 有毒 ， 在置换时要佩戴防护用 品。 4齿轮渗碳层组织 生产 中， 对不同规格的 2 0 C r Mn T i H钢和 2 2 C r Mo 钢齿轮采用天然气进行了渗碳和淬火， 部分齿轮渗 碳层非马氏体组织金相检测结果见表6和图 2 一图 4 。试样在不腐蚀状态下观察 ， 均无晶界氧化现象。 热处理 2 0 1 1年第2 6卷第3期 7 7 ～ 工 艺 ～ 仝 舍 个 ， 舍 舍 舍 一 Mn l 8 C r l 3 N b N无磁不锈钢的形变强化 田 君 ， 高 军， 刘延斌 内蒙古北方重3 - 业集团， 内蒙古 包头0 1 4 0 3 3 摘要研究了 Mn 1 8 C r 1 3 N b N无磁 不锈钢的形变强化工艺及所获得的力学性能。结果表 明， 冷变形和 温变 形均能使钢强化 ， 且温变形较冷变形更容易控制。在强度相同的情况下， 温变形的钢 具有更好的塑 韧性 。经冷 变形 的钢 回 火可提 高其 塑韧 性 。 关键词Mn l 8 C r l 3 N b N无磁钢 ； 形变强化 ； 力学性能 中图分类号 T G 1 4 2 ． 7 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 ． 1 6 9 0 2 0 1 1 0 3 ． 0 0 7 9 0 3 De f o r m a t i o n S t r e ng t h e n i ng o f M nl 8 Cr l 3 NbN No n- ma g n e t i c S t a i n l e s s S t e e l T I AN J u n，GAO J u n，L I U Ya n b i n I n n e r M o n g o l i a B e i f a n g He a v y I n d u s t r i a l G r o u p C o ． ， L t d ． ， B a o t o u 0 1 4 0 3 3 ，I n n e r Mo n g o l i a C h i n a Abs t r a c t T he d e f o r ma t i o n s t r e n g t h e n i n g pr a c t i c e a n d r e s u l t i n g me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f Mn1 8 Cr 1 3 NbN n o n ma g n e t i c s t a i n l e s s s t e e l wa s i n v e s t i g a t e d．T he r e s u l t s i n d i c a t e t h a t b o t h c o l d d e f o r ma t i o n a n d wa r m d e f o r ma t i o n c a n p e r - mi t t h e s t e e l s t r e n g t h e n i n g。a n d w a r m d e f o r ma t i o n w i l l b e e a s i e r t o c o n t r o l t h a n c o l d - d e f o r ma t i o n ．T h e w a r m d e f o r me d s t e e l wi l l o f f e r b e t t e r p l a s t i c i t y a n d t o ug h ne s s c o mpa r e d wi t h t h a t o f t h e c o l d d e f o r me d s t e e l wh e n b o t h t h e s t e e l s a r e i d e n t i c a l i n s t r e n g t h．Th e p l a s t i c i t y a n d t o u g h ne s s o f t h e c o l d d e f o rm e d s t e e l ma y be i n c r e a s e d b y t e mp e r i n g． Ke y wo r d s Mn1 8Cr 1 3Nb N n o n ma g n e t i c s t e e l ；d e f o r ma t i o n s t r e n g t h e n i n g；me c ha ni c a l p r o p e r t y 无磁钻铤在石油钻井过程中起提供钻压和扶正 钻头的重要作用 ， 同时避免磁场的干扰影响， 保证钻 井作业的正常运行 。无磁钻铤技术含量高 ， 制造难 度大， 国外已有相 当数量 的产 品， 并 已形成标准化 ， 而国内尚处在开发试 制阶段 。无磁钻铤用 钢主要 有 蒙耐尔钢 、 铬． 镍钢 、 以铬． 锰为基 的奥 氏体钢 和 铍． 铜巴氏合金。其中蒙耐尔钢和铬一 镍钢易塑性变 形 ， 不适用于扭矩较大的钻铤 ； 以铬一 锰 为基 的奥氏 体钢缺点是对盐水应力腐蚀很敏感 ； 用铍- 铜 巴氏合 金制造的钻铤磁化率低 ， 不易磨损 ， 抗腐蚀性和机加 收稿 日期 2 0 1 0 0 8 0 4 作者简介 田 君 1 9 5 8 一 ， 男， 内蒙古包头人， 高级工程师， 从事材料热处理技术工作， 已发表论文 1 O余篇。 联 系电话 0 4 7 2 03 8 6 9 5 6 套 客 盒 盒 套 盎 盒 盒 盒 盒 盒 客 盒 盒 盒 盒 盒 客 客 盒 盒 客 盒 客 盒 客 盒 盒 盒 客 盒 盒 盒 客 客 盒 套 客 客 套 气之比为1 2 8 ， 太大， 导致气氛中的 C O含量下降， 使渗碳过程中富化气的量不得不加大 ， 结果适得其 反。我们正吸收有关单位的经验 ， 逐渐调整工艺 ， 以 达到最佳效果 。此外必须指 出， 等温淬火油 由于冷 却慢 ， 非马氏体组织一般 较厚 J ， 这与采用何 种渗 碳气氛无关。 5 结束语 采用净化后的天然气进行渗碳等热处理， 不仅 可提高产品质量 ， 而且生产成本较低 ， 可获得较大的 经济效益。另外天然气使用方便 、 安全。 致谢 本文得 到了全国先进失效分析专家、 重庆义扬 机电设备有限公司李 志义教授级 高工的指导 ， 在此 表示感谢。 参考文献 [ 1 ]樊东黎 ．机械工程标准手册 热处理类 [ M] ．北 京 机械工业 出 版社 ， 2 0 0 3 1 6 9 ． [ 2 ] 李志义 ， 马学文， 蒲 玲， 等． 再述渗碳淬火件非马氏体产生的原 因和防止措施[ c ] ∥中国热处理行业协会太原会议论文集． 太 原 ． 2 0 0 8 3 7 ． 4 4 ． [ 3 ]马学文， 李志义， 李晓澎． 用净化后的天然气代替丙烷气渗碳的 质量及经济效益[ c ] ∥十四省市热处理暨第八届全国化学热处 理学术交流会论文集 ． 宜昌 ， 2 0 0 9 ． 热处理 2 0 1 1 年第2 6卷第3期 7 9