金相復型技術在鑄造起重機吊鉤橫樑維護管理中的應用

起重機吊鉤有哪幾種

陳賢波 樊建成

寶山鋼鐵股份有限公司 上海 201900

摘 要：鑄造起重機部分部件長時間工作於高溫環境，其金相結構易發生改變。透過採用金相復型技術，得到部件組織的金相影象，確定鑄造起重機吊鉤橫樑的受熱部件金相組織的狀態，從而確保裝置的安全執行。

關鍵詞：金相復型技術；吊鉤橫樑；應用

中圖分類號：TH218 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）19-0051-04

0 引言

鑄造起重機是鋼鐵企業重要的物料搬運裝置，其主鉤主要用於吊運高溫熔融金屬，主要受力結構長期受到高溫熔融金屬烘烤，雖大部鋼結構設定隔熱板，但U 形架、吊鉤橫樑腹板處實際溫度超過100℃。這些長期處於高溫狀態的鋼結構部件日常檢查困難，灰塵堆積，一般只能透過目視遠觀檢查，只有在停機檢修時才能靠近檢查。

特殊的工作環境會造成工作配件金相結構的改變，從而改變構件強度，造成事故的發生。如2005 年10 月，某廠450 t/80 t×23。4 m 鑄造起重機在吊運過程中吊鉤橫樑腹板母材嚴重開裂，裂紋延焊縫方向擴充套件至母材，總長度超過1 m。對開裂部位的母材切割後進行金相檢查，發現金相組織主要為鐵素體+ 珠光體球化體，已完全球化。根據檢查結果確定造成故障的原因為：吊鉤橫樑在實際執行時，距離高溫熔融金屬表面較近，橫樑表面溫度高，長時間的高負荷執行導致腹板母材金相組織發生變化，母材強度大幅下降，最終導致腹板在使用中瞬間撕裂。

1 珠光體球化的危害

起重機橫樑鋼結構用材質和一般壓力容器材質相同，採用碳素鋼和低碳合金鋼，在常溫下的組織一般為鐵素體加珠光體。珠光體內呈片狀、表面積較大並處於高能量狀態的碳化物在常溫下是穩定的，但在高溫、高應力長期作用下， 原子擴散速度加快， 具有高能量的片狀碳化物自行向低能量的球狀碳化物轉變並進一步聚集增大。球化是金屬在長期高溫作用下的一種組織變化的必然過程［1］。

珠光體球化使材料的抗拉強度、屈服點以及硬度降低， 球化越嚴重， 影響越大，中度球化會使碳素鋼常溫強度下降10%~15%；嚴重球化時下降20%~30%。

2 採用金相復型技術確定組織的球化程度

對已發生球化的鋼材，可採用熱處理方法使之恢復原來的組織，但是對橫樑進行熱處理會造成結構的嚴重變形，加之橫樑部件體型龐大，無法採用熱處理的方法進行處理。

為準確掌握吊鉤橫樑以及板鉤金相組織的變化情況，近年逐步對在用的相關部件進行復膜金相檢查，以確保裝置的安全執行。

復膜金相又被稱為現場金相復型技術，主要是以金相試樣為物件，透過貼合預製復型材料進而將部件金屬微觀組織形貌完整複製、獲取的一種技術。在具體復型期間，需將磨製、拋光和腐蝕等工序實施在實驗點物件上，並在溶劑的運用下將完成製備的復膜材料軟化，使其具備流動性，緊接著將復膜片接觸金屬面，透過加壓使復膜面材料流動，以便將磨面影象浮雕充滿，進而完成金相影象的影印。而在完成了復膜之後，在實驗室觀察膜，也可在完成了膜噴金後再觀察分析［2］。

金相復型方法的優點在於適用於某些難以檢測的部位或不允許破壞的工件，且復型件能在現場用低倍光學裝置觀測或帶到實驗室在高倍金相顯微鏡下檢測［3］。

3 取樣方案以及取樣部位

吊鉤橫樑每使用1 a 需下線進行解體探傷檢查，在每次下線檢查過程中，對橫樑以及板鉤主要受熱部位進行覆膜金相以及硬度檢測。取樣部位如圖1 所示，取樣部位要求為：

1）橫樑兩側腹板位置：要求避開焊縫位置，選取腹板中下部母材位置。

2）U 形架位置：要求避開銷軸、焊縫、螺孔位置，選取母材位置。

3）板鉤位置：要求避開鉚釘、隔熱板位置，選取母材位置。

圖 1 取樣部位示意

4 案例示例

4。1 金相組織未發生變化的橫樑

圖2、圖3 分別為某起重機橫樑腹板同一部位在2018 年和2019 年的金相復型圖，金相圖顯示均為為鐵素體+ 珠光體+ 球化體，晶粒度大小評為7~8 級，球化級別評為3~4 級。主要金相組織未發生較大變化。

圖 2 某起重機橫樑腹板在2018 年金相復型圖

圖 3 同一起重機橫樑腹板在2019 年的金相復型圖

4。2 金相組織完全球化的橫樑

在利用金相復型技術對某橫樑的實際檢查中已發現橫樑受熱部位出現完全球化的現象，圖4 為2018 年檢查的橫樑腹板金相復型500×，金相圖顯示為鐵素體+珠光體+ 球化體，晶粒度大小評為 7~8 級，球化級別均評為 3~4 級。圖5 為2019 年檢查完全球化的金相復型500×，金相圖顯示為鐵素體+ 球化體，屬完全球化，球化評級評為6 級。

根據GB/T 36697—2018《鑄造起重機報廢條件》中C。8。1 項：“鉤片板材金相組織發生明顯變化或蠕變應報廢處理。”已對此部件進行報廢處理。

圖 4 某橫樑腹板2018 年金相復型500×

圖 5 同一橫樑腹板2019 年完全球化的金相復型500×

4。3 金相組織完全球化的U 形架

圖6 為某起重機的U 形架金相組織圖，部件使用時間已超過10 年，金相圖顯示為鐵素體+ 球化體，組織發生劣化，球化嚴重，球化評級評為 5~6 級。因組織變化該部件將報廢處理。

圖 6 組織發生劣化，球化嚴重的U 形架金相組織

4。4 受熱嚴重，金相組織出現索氏體的橫樑

圖7 為受熱嚴重，金相組織出現索氏體的橫樑，金相圖顯示為回火索氏體+ 少量鐵素體，組織發生變化，有劣化傾向。

圖 7 受熱嚴重，金相組織出現索氏體的橫樑

橫樑部件過熱，金相組織中出現回火索氏體，存在劣化傾向，該部件將使用一個週期後報廢處理。從上述的四個案例進行分析，可以得出：

1）橫樑、U 形架受高溫烘烤，金相組織會出現變化，除珠光體球化外，還有組織出現回火索氏體。

2）一般認為轉爐加料起重機橫樑以及U 形架在進行加料作業時受到火焰烘烤，更加容易出現金相組織變化的情況，但是在實際檢查中發現金相組織發生變化的橫樑以及U 形架在連鑄跨起重機出現的頻率更高。

3）板鉤鉤片受熱金相組織出現變化後可以直接更換異常的鉤片，無需整體更換，對於完全球化的吊鉤橫樑、U 形架部件應停止使用並報廢處理。

5 結語

吊鉤橫樑是鑄造起重機的關鍵受力部件之一，在日常使用中長期受到高溫輻射以及高應力負荷作用，金相組織會發生變化，若不對這種情況進行及時把控，一旦主要鋼結構開裂會造成不可想象的事故，嚴重威脅冶金企業的安全生產。

採用金相復型技術可以在不破壞吊鉤橫樑的前提下，對受熱嚴重部位母材的金相進行檢查，提前發現異常，避免惡性事故的發生。

參考文獻

［1］ 徐鵬。20 鋼珠光體球化對材質損傷程度的試驗研究［J］。壓力容器，2003（12）：12-14。

［2］ 朱振飛。 鍋爐壓力容器檢驗中金相復膜技術的應用探析［J］。 特種裝置安全技術，2019（1）：55-57。

［3］ GB/T17455—2008 無損檢測 表面檢測的金相復型技術［S］。