Новая высокопрочная свариваемая сталь для платформ БЕЛАЗов

В.Н.Никитин, В.М.Маслюк, ЦНИИчермет им. И.П.Бардина,
Т.Н.Попова, А.В.Голованов, ОАО «Северсталь», С.И.Киселев, В.С.Кураш, ПО «БелАЗ»

На металлургическом предприятии ОАО «Северсталь» освоено производство новой высокопрочной свариваемой стали марки 18ХГНМФР, предназначенной для изготовления платформ большегрузных автосамосвалов БелАЗ. Сталь 18ХГНМФР является аналогом стали НАRDOX-400 [1] и обладает временным сопротивлением в 1050 Н/мм2 и твердостью НВ 360 ед.

Считается, что чем выше твердость стали, тем выше сопротивляемость износу. Имеются данные [1], показывающие зависимость относительной продолжительности эксплуатации изделия, изготовленного из стали НАRDOX-400, в сопоставлении с другими сталями при работе с магнетитом. Из приведенных в [1] данных видно, что срок службы НАRDOX-400 примерно в пять раз больше, чем у обычной высокопрочной свариваемой стали с пределом текучести 690 Н/мм2. Однако известно также, что углеродистая сталь 3сп, имеющая после закалки временное сопротивление 1000–1100 Н/мм2 и твердость по НВ 360 ед., не обладает высокой износостойкостью и по этой характеристике находится на уровне обычной высокопрочной свариваемой стали с пределом текучести 590 Н/мм2 и даже ниже. Это показывает, что износостойкость зависит и от других качественных характеристик стали.


Рис. 1    Относительная износостойкость сталей в зависимости
от ударной вязкости и пластичности

Исследования авторов настоящей статьи по изучению износостойкости стали в условиях скользящего ударно-абразивного изнашивания по методике стендовых испытаний режущих элементов землеройных машин показали, что сопротивление износу зависит не только от твердости стали. В случае абразивного износа стойкость против износа будет определяться также уровнем вязких свойств, относительного удлинения и однородности структуры. На рис. 1 показана износостойкость сталей, обработанных на одинаковую твердость, но обладающих разной ударной вязкостью и пластичностью. Наибольшую износостойкость показала сталь 25ХГН3МФБ (1), обладающая высокой вязкостью и пластичностью – ее стойкость в два раза превосходит износостойкость взятой для сравнения широко применяемой стали 65Г (4). С понижением вязкости и пластичности опытных сталей 25ХГ3МФ (2) и 25ХГ (3) их износостойкость уменьшалась соответственно. Повышенная износостойкость стали с высокой вязкостью и пластичностью, по сравнению со сталями с меньшими указанными характеристиками, при одинаковой их прочности объясняется тем, что вязкие материалы лучше сопротивляются отрыву микроскопических кусочков металла от поверхности листа при воздействии твердых минералов при погрузке и разгрузке породы. Показано также, что если сталь обладает неоднородной структурой, состоящей из смеси мартенсита (бейнита) и полигонального феррита, ее износостойкость уменьшается, несмотря на высокую твердость. На износостойкость влияет также и чистота стали по неметаллическим включениям. Чем выше чистота, тем меньше износ. И обязательным условием высокой износостойкости стали для платформ автосамосвалов является ее прокаливаемость на всю толщину листа. Твердость стали по толщине листа не должна понижаться.

Рассмотренные вопросы предъявляют высокие требования к легированию высокопрочных свариваемых сталей, предназначенных для изготовления платформ большегрузных автосамосвалов и к металлургии при их изготовлении. Эти стали для обеспечения требуемых высоких свойств по прочности и хладостойкости должны содержать никель, молибден, ванадий, ниобий. При выплавке должны быть применены все известные способы по очистке сталей от вредных примесей (по сере, фосфору и неметаллическим включениям) вплоть до вакуумной обработки стали, что не может не отражаться на экономической стороне вопроса.

Механические свойства листовой стали 18ХГНМФР в состоянии поставки

Для изготовления качественных платформ БелАЗов на ОАО «Северсталь» началось освоение производства высокопрочной износостойкой стали марки 18ХГНМФР. По прочностным и пластическим характеристикам она должна обеспечивать предел текучести не менее 950 Н/мм2, временное сопротивление 1050 Н/мм2, ударную вязкость KCV не менее 40 Дж/см2 при температуре –40°С. Твердость должна быть не менее 360 НВ.

ОАО «Северсталь» имеет большой опыт производства высокопрочных свариваемых сталей с пределом текучести 600–700 Н/мм2, поэтому разработанная технология изготовления стали 18ХГНМФР (выплавка в ЭСПЦ в 100 тонной электропечи, разливка на УНРС, прокатка и термоулучшение на стане 2800) не вызывала непреодолимых проблем и не приводила к отбраковке продукции, которая вся отправлялась на Белорусский автозавод. Выход годного составил более 98%.

Механические свойства листовой стали 18ХГНМФР представлены в таблице.

Испытания на разрыв показали,что новая сталь обеспечивает предел текучести от 960 до 1030 Н/мм2, временное сопротивление от 1080 до 1200 Н/мм2, относительное удлинение от 11 до 18%. При этом значения твердости колеблются в пределах 360–375 НВ, а испытания на изгиб дали полностью положительные результаты. Испытания ударной вязкости на образцах с круглым надрезом показали высокие значения от 43 до 108 Дж/см2 при температуре –40°С. ОАО «Северсталь» отгрузило более 2.5 тыс. т листового проката толщиной 9, 12, 14, 18, 22, 25 мм. Работы по повышению механических свойств на разрыв и ударной вязкости КСV-40 продолжаются за счет оптимизации технологии производства.

Разработанная сталь имеет в основном мартенситную структуру в листах толщиной до 25 мм, а, следовательно, и высокую твердость и износостойкость по всему сечению листа.

Проведенное промышленное опробование новой стали дало важные практические результаты. Показано, что в России возможно производить листовой износостойкий прокат с временным сопротивлением 1050–1200 Н/мм2, отвечающий высоким требованиям. Без этих сталей практически невозможно создавать крупногабаритную технику и, прежде всего, в горнодобывающих отраслях промышленности.

Журнал "Горная Промышленность" №6 2004