เหล็กหล่อทนความร้อนซิลิคอนสูงคืออะไร? กระบวนการผลิตทำงานอย่างไร?

การเพิ่มองค์ประกอบโลหะผสมจำนวนหนึ่งลงในเหล็กหล่อ จะทำให้ได้เหล็กหล่อโลหะผสมที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงกว่าในตัวกลางบางชนิด เหล็กหล่อซิลิกอนสูงเป็นหนึ่งในเหล็กที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ชุดเหล็กหล่อโลหะผสมที่มีซิลิคอน 10% ถึง 16% เรียกว่าเหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูง ยกเว้นพันธุ์บางชนิดที่มีซิลิคอน 10% ถึง 12% โดยทั่วไปปริมาณซิลิกอนจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 14% ถึง 16% เมื่อปริมาณซิลิกอนน้อยกว่า 14.5% คุณสมบัติทางกลสามารถปรับปรุงได้ แต่ความต้านทานการกัดกร่อนจะลดลงอย่างมาก หากปริมาณซิลิกอนถึงมากกว่า 18% แม้ว่าจะทนต่อการกัดกร่อนได้ แต่โลหะผสมก็จะเปราะมากและไม่เหมาะสำหรับการหล่อ ดังนั้นเหล็กหล่อที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมคือเหล็กหล่อซิลิคอนสูงที่มีซิลิคอน 14.5% ถึง 15% [1]

ชื่อการค้าต่างประเทศของเหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงคือ Duriron และ Durichlor (ประกอบด้วยโมลิบดีนัม) และองค์ประกอบทางเคมีดังแสดงในตารางด้านล่าง

แบบอย่าง	ส่วนประกอบทางเคมีหลัก %
	ซิลิคอน	โมลิบดีนัม	โครเมียม	แมงกานีส	กำมะถัน	ฟอสฟอรัส	เหล็ก
เหล็กหล่อซิลิกอนสูง	〉14.25	-	-	0.50~0.56	〈0.05	〈0.1	ยังคง
โมลิบดีนัมที่มีเหล็กหล่อซิลิกอนสูง	〉14.25	〉3	少量	0.65	〈0.05	〈0.1	ยังคง

ความต้านทานการกัดกร่อน

สาเหตุที่เหล็กหล่อซิลิกอนสูงที่มีปริมาณซิลิกอนมากกว่า 14% มีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี ก็คือ ซิลิคอนจะสร้างฟิล์มป้องกันที่ประกอบด้วยสารไม่ทนต่อการกัดกร่อน

โดยทั่วไปแล้ว เหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมในตัวกลางออกซิไดซ์และกรดรีดิวซ์บางชนิด สามารถทนต่ออุณหภูมิและความเข้มข้นต่างๆ ของกรดไนตริก กรดซัลฟูริก กรดอะซิติก กรดไฮโดรคลอริกที่อุณหภูมิปกติ กรดไขมัน และตัวกลางอื่นๆ อีกมากมาย การกัดกร่อน ไม่ทนต่อการกัดกร่อนจากตัวกลาง เช่น กรดไฮโดรคลอริกอุณหภูมิสูง กรดซัลฟูรัส กรดไฮโดรฟลูออริก ฮาโลเจน สารละลายด่างกัดกร่อน และด่างหลอมเหลว สาเหตุของการขาดความต้านทานการกัดกร่อนคือฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวจะละลายได้ภายใต้การกระทำของด่างกัดกร่อน และกลายเป็นก๊าซภายใต้การกระทำของกรดไฮโดรฟลูออริก ซึ่งจะทำลายฟิล์มป้องกัน

คุณสมบัติทางกล

เหล็กหล่อซิลิคอนสูงมีความแข็งและเปราะโดยมีคุณสมบัติเชิงกลต่ำ ควรหลีกเลี่ยงการกระแทกแบริ่งและไม่สามารถใช้สร้างภาชนะรับความดันได้ โดยทั่วไปแล้วการหล่อไม่สามารถกลึงได้นอกจากการเจียร

ประสิทธิภาพการตัดเฉือน

การเพิ่มองค์ประกอบโลหะผสมลงในเหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดเฉือนได้ การเพิ่มโลหะผสมแมกนีเซียมธาตุหายากลงในเหล็กหล่อซิลิคอนสูงที่มีซิลิคอน 15% สามารถทำให้บริสุทธิ์และกำจัดก๊าซ ปรับปรุงโครงสร้างเมทริกซ์ของเหล็กหล่อ และทำให้กราไฟต์เป็นทรงกลม ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแข็งแรง ความต้านทานการกัดกร่อน และประสิทธิภาพการประมวลผลของเหล็กหล่อ สำหรับการหล่อประสิทธิภาพก็ดีขึ้นด้วย นอกจากการเจียรแล้ว เหล็กหล่อซิลิคอนสูงนี้ยังสามารถกลึง ต๊าป เจาะ และซ่อมแซมได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ อย่างไรก็ตามยังไม่เหมาะสำหรับการระบายความร้อนอย่างกะทันหันและการทำความร้อนอย่างกะทันหัน ความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็กหล่อซิลิคอนสูงธรรมดา สื่อที่ดัดแปลงโดยพื้นฐานแล้วจะคล้ายกัน

การเติมทองแดง 6.5% ถึง 8.5% ลงในเหล็กหล่อซิลิคอนสูงที่มีซิลิคอน 13.5% ถึง 15% สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดเฉือนได้ ความต้านทานการกัดกร่อนนั้นคล้ายคลึงกับเหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงทั่วไป แต่จะแย่กว่าในกรดไนตริก วัสดุนี้เหมาะสำหรับทำใบพัดและปลอกปั๊มที่ทนทานต่อการกัดกร่อนและการสึกหรออย่างรุนแรง ประสิทธิภาพการตัดเฉือนสามารถปรับปรุงได้โดยการลดปริมาณซิลิกอนและเพิ่มองค์ประกอบอัลลอยด์ การเพิ่มธาตุโครเมียม ทองแดง และธาตุหายากลงในเหล็กหล่อซิลิคอนที่มีซิลิคอน 10% ถึง 12% (เรียกว่าเฟอร์โรซิลิคอนมีเดียม) สามารถปรับปรุงความเปราะบางและความสามารถในการแปรรูปได้ สามารถหมุน เจาะ ต๊าปเกลียว ฯลฯ และในหลายสื่อ ความต้านทานการกัดกร่อนยังคงใกล้เคียงกับเหล็กหล่อซิลิคอนสูง

ในเหล็กหล่อซิลิกอนขนาดกลางที่มีปริมาณซิลิกอน 10% ถึง 11% บวกโมลิบดีนัม 1% ถึง 2.5% ทองแดง 1.8% ถึง 2.0% และธาตุหายาก 0.35% ประสิทธิภาพการตัดเฉือนได้รับการปรับปรุง และสามารถกลึงและ ทน ความต้านทานการกัดกร่อนมีความคล้ายคลึงกับเหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูง การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าเหล็กหล่อชนิดนี้ถูกใช้เป็นใบพัดของปั๊มกรดไนตริกเจือจางในการผลิตกรดไนตริกและใบพัดของปั๊มหมุนเวียนกรดซัลฟูริกสำหรับการอบแห้งคลอรีน และผลที่ได้ก็ดีมาก

เหล็กหล่อซิลิคอนสูงที่กล่าวมาข้างต้นมีความต้านทานการกัดกร่อนของกรดไฮโดรคลอริกต่ำ โดยทั่วไปสามารถต้านทานการกัดกร่อนในกรดไฮโดรคลอริกความเข้มข้นต่ำที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงในกรดไฮโดรคลอริก (โดยเฉพาะกรดไฮโดรคลอริกร้อน) จึงสามารถเพิ่มปริมาณโมลิบดีนัมได้ ตัวอย่างเช่น การเติมโมลิบดีนัม 3% ถึง 4% ลงในเหล็กหล่อซิลิกอนสูงที่มีปริมาณซิลิกอน 14% ถึง 16% จะทำให้ได้เหล็กหล่อที่มีซิลิกอนสูงที่มีโมลิบดีนัม จะสร้างฟิล์มป้องกันโมลิบดีนัมออกซีคลอไรด์บนพื้นผิวของการหล่อภายใต้ การออกฤทธิ์ของกรดไฮโดรคลอริก มันไม่ละลายในกรดไฮโดรคลอริก จึงช่วยเพิ่มความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนของกรดไฮโดรคลอริกที่อุณหภูมิสูงได้อย่างมาก ความต้านทานการกัดกร่อนยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในสื่ออื่น เหล็กหล่อซิลิคอนสูงนี้เรียกอีกอย่างว่าเหล็กหล่อทนคลอรีน [1]

การแปรรูปเหล็กหล่อซิลิกอนสูง

เหล็กหล่อซิลิคอนสูงมีข้อดีคือมีความแข็งสูง (HRC=45) และทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี มันถูกใช้เป็นวัสดุสำหรับคู่แรงเสียดทานของซีลกลในการผลิตสารเคมี เนื่องจากเหล็กหล่อมีซิลิกอน 14-16% จึงแข็งและเปราะ การผลิตจึงมีความยากลำบากบางประการ อย่างไรก็ตาม จากการปฏิบัติอย่างต่อเนื่อง ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงยังคงสามารถตัดเฉือนได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ

เหล็กหล่อซิลิกอนสูงถูกแปรรูปบนเครื่องกลึง ความเร็วของแกนหมุนจะถูกควบคุมที่ 70~80 รอบต่อนาที และอัตราป้อนเครื่องมืออยู่ที่ 0.01 มม. ก่อนที่จะทำการกลึงหยาบ ขอบหล่อจะต้องกราวด์ออก ปริมาณป้อนสูงสุดสำหรับการกลึงหยาบโดยทั่วไปคือ 1.5 ถึง 2 มม. สำหรับชิ้นงาน

วัสดุหัวเครื่องมือกลึงคือ YG3 และวัสดุก้านเครื่องมือคือเหล็กกล้าเครื่องมือ

ทิศทางการตัดกลับด้าน เนื่องจากเหล็กหล่อซิลิกอนสูงมีความเปราะมาก การตัดจึงดำเนินการจากด้านนอกสู่ด้านในตามวัสดุทั่วไป สุดท้ายมุมจะบิ่นและขอบจะบิ่นทำให้ชิ้นงานเป็นเศษ ตามการปฏิบัติ สามารถใช้การตัดย้อนกลับเพื่อหลีกเลี่ยงการบิ่นและการบิ่น และปริมาณการตัดขั้นสุดท้ายของมีดเบาควรมีขนาดเล็ก

เนื่องจากเหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงมีความแข็งสูง คมตัดหลักของเครื่องมือกลึงจึงแตกต่างจากเครื่องมือกลึงทั่วไป ดังที่แสดงในภาพด้านขวา เครื่องมือกลึงทั้งสามประเภทในภาพมีมุมคายเป็นลบ คมตัดหลักและคมตัดรองของเครื่องมือกลึงมีมุมที่แตกต่างกันตามการใช้งานที่แตกต่างกัน รูปภาพ a แสดงเครื่องมือกลึงทรงกลมภายในและภายนอก มุมโก่งหลัก A=10° และมุมโก่งรอง B=30° รูปภาพ b แสดงเครื่องมือกลึงส่วนปลาย มุมเอียงหลัก A=39° และมุมเอียงรอง B=6° รูป C แสดงเครื่องมือกลึงเอียง มุมโก่งหลัก = 6°

โดยทั่วไปการเจาะรูในเหล็กหล่อซิลิคอนสูงจะดำเนินการโดยใช้เครื่องคว้าน ความเร็วสปินเดิลคือ 25 ถึง 30 รอบต่อนาที และปริมาณการป้อนคือ 0.09 ถึง 0.13 มม. หากเส้นผ่านศูนย์กลางการเจาะคือ 18 ถึง 20 มม. ให้ใช้เหล็กกล้าเครื่องมือที่มีความแข็งสูงกว่าเพื่อบดร่องเกลียว (ร่องไม่ควรลึกเกินไป) ชิ้นส่วนของคาร์ไบด์ YG3 ถูกฝังอยู่ในหัวดอกสว่านและกราวด์ให้เป็นมุมที่เหมาะสำหรับการเจาะวัสดุทั่วไป จึงสามารถเจาะได้โดยตรง ตัวอย่างเช่น เมื่อเจาะรูที่มีขนาดใหญ่กว่า 20 มม. คุณสามารถเจาะรูได้ 18 ถึง 20 รูก่อน จากนั้นจึงทำดอกสว่านตามขนาดที่ต้องการ หัวสว่านฝังด้วยคาร์ไบด์สองชิ้น (ใช้วัสดุ YG3) แล้วกราวด์เป็นครึ่งวงกลม ขยายรูหรือหมุนด้วยดาบ

แอปพลิเคชัน

เนื่องจากความต้านทานการกัดกร่อนของกรดที่เหนือกว่า เหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการป้องกันการกัดกร่อนของสารเคมี เกรดทั่วไปที่สุดคือ STSil5 ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตปั๊มหอยโข่งทนกรด ท่อ หอคอย เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ภาชนะบรรจุ วาล์ว และก๊อก ฯลฯ

โดยทั่วไปแล้ว เหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงจะเปราะ ดังนั้น จึงต้องระมัดระวังเป็นพิเศษระหว่างการติดตั้ง การบำรุงรักษา และการใช้งาน อย่าตีด้วยค้อนระหว่างการติดตั้ง การประกอบจะต้องมีความแม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงความเข้มข้นของความเครียดในท้องถิ่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรุนแรงหรือการทำความร้อนในท้องถิ่นเป็นสิ่งต้องห้ามโดยเด็ดขาดระหว่างการทำงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสตาร์ท หยุด หรือทำความสะอาด ความเร็วในการทำความร้อนและความเย็นจะต้องช้า ไม่เหมาะที่จะใช้เป็นอุปกรณ์รับแรงดัน

สามารถทำเป็นปั๊มหอยโข่งที่ทนต่อการกัดกร่อน ปั๊มสุญญากาศ Nessler ก๊อก วาล์ว ท่อรูปทรงพิเศษและข้อต่อท่อ ท่อ แขนเวนทูรี เครื่องแยกพายุไซโคลน หอดีไนตริฟิเคชั่นและหอฟอกขาว เตาเผาความเข้มข้น และเครื่องซักผ้าเบื้องต้น เป็นต้น ในการผลิตกรดไนตริกเข้มข้น อุณหภูมิของกรดไนตริกจะสูงถึง 115 ถึง 170°C เมื่อใช้เป็นคอลัมน์ลอก ปั๊มหอยโข่งกรดไนตริกเข้มข้นจับกรดไนตริกด้วยความเข้มข้นสูงถึง 98% ใช้เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและบรรจุหอสำหรับกรดผสมของกรดซัลฟิวริกและกรดไนตริก และอยู่ในสภาพดี เตาให้ความร้อนสำหรับน้ำมันเบนซินในการผลิตการกลั่น หอกลั่นอะซิติกแอนไฮไดรด์ และหอกลั่นเบนซีนสำหรับการผลิตเซลลูโลสไตรอะซิเตต ปั๊มกรดสำหรับการผลิตกรดอะซิติกน้ำแข็งและการผลิตกรดซัลฟิวริกเหลว ตลอดจนปั๊มและไก่ชนสำหรับกรดหรือเกลือต่างๆ เป็นต้น ทั้งหมดใช้ในการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง เหล็กหล่อซิลิกอน

เหล็กหล่อทองแดงซิลิคอนสูง (อัลลอยด์ GT) มีความทนทานต่อการกัดกร่อนของกรดอัลคาไลและกรดซัลฟิวริก แต่ไม่ทนต่อการกัดกร่อนของกรดไนตริก มีความทนทานต่อด่างได้ดีกว่าเหล็กหล่ออะลูมิเนียมและมีความทนทานต่อการสึกหรอสูง สามารถใช้กับปั๊ม ใบพัด และบุชชิ่งที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงและอาจเกิดการสึกหรอของสารละลายได้