Износостойкая листовая сталь HARDOX в горнодобывающей промышленности

На оборудование, работающее в горнодобывающей промышленности, часто оказывается различное неблагоприятное воздействие, приводящее к его износу и разрушению – истирание, удары, деформация и т.п.

Для преодоления такого воздействия оборудование должно быть изготовлено из специального материала. Такой материал — высокопрочную износостойкую сталь марки HARDOX выпускает Шведская компания SSAB Oxelosund AB.

Основные свойства стали HARDOX

HARDOX — семейство марок сверхтвердых сталей, обладающих высокой стойкостью к износу, одинаковой по всей толщине листа. В настоящее время выпускаются марки — HARDOX 400, 450, 500 и 600. Индекс показывает величину твердости данной марки стали по Бринелю (HBW).

HARDOX представляет собой низколегированную сталь. Типичный химический состав, например, для марки HARDOX 400 (толщина листа — 30мм): C=0.16%, Si=0.32%, Mn=1.3%, Cr=0.60%, B=0.002%.

Почему для изготовления износостойких узлов необходим HARDOX?

Износостойкая сталь HARDOX была специально создана для того, чтобы противостоять сильному износу. Фактический срок службы толстолистовой стали зависит от твердости материала, контактирующего с листом, а также от типа износа.

При работе с горными породами оборудование обычно подвергается изнашивающему воздействию нескольких типов — износ при трении и ударе, часто в сочетании с сильной деформацией. Различные условия износа обычно требуют использования материалов с различным составом и свойствами. Так, керамические изнашиваемые детали отличаются превосходным сопротивлением износу при трении скольжения, но совершенно непригодны в условиях износа при ударе. Резина и марганцовистая сталь противостоят износу лишь при условии, что частицы материала соударяются с износостойкой поверхностью под прямым углом, в то время как их сопротивление износу при трении скольжения неудовлетворительно. Изнашиваемые части из чугуна выдерживают износ при трении скольжения и умеренный износ при ударе.

Износостойкие листы из стали HARDOX с твердостью по Бринелю 400–600 способны выдерживать большинство типов износа.

На рис. 1 представлен относительный срок службы изделия из стали HARDOX при работе с магнетитом.

Из графика видно, что износостойкий лист подвергается двум типам износа. В области А, твердые минералы в обрабатываемой породе могут вырывать микроскопические кусочки из листа (вырывающий износ). После этого поверхность листа становится не столь твердой, чтобы долго выдерживать такой агрессивный тип износа.

В области В обрабатываемый минерал не столь тверд, чтобы вырывать кусочки из листа. В этом случае лист подвергается только «сминающему» износу.

Подобное повторяющееся сминание постепенно приводит к отрыву участков металла от поверхности листа. Такой менее агрессивный тип износа известен как деформационный износ.

Лист подвергается «вырывающему» более агрессивному износу, когда отношение твердости листа к твердости обрабатываемого материала не превышает 0.6. Если это соотношение больше 0.6, износ листа имеет «сминающий» характер. Таким образом, износ изделия, изготовленного из стали HARDOX 400 (твердость 420 HV), будет идти по «сминающему» варианту при работе с материалами, твердость которых не превышает 700 HV. Это — магнетит, мягкий полевой шпат и др. Для HARDOX 500 такими материалами являются твердый полевой шпат, базальт, доменный шлак и другие материалы с твердостью не выше 850 HV.

Кривая на вышеприведенном графике демонстрирует рост срока службы изделия с увеличением твердости листа. Обратите внимание на то, что сильный рост кривой свидетельствует о том, что обрабатываемый материал больше не способен отрывать кусочки от поверхности пластины.

При таком типе износа срок службы HARDOX примерно в пять раз больше, чем у обычной высокопрочной конструкционной стали.

График был построен на основании данных, полученных в ходе полевых испытаний.

Применительно к конкретному изделию (ковш погрузчика, работающего на погрузке железной руды в карьере) зависимость срока службы от твердости материала, из которого изготовлен ковш, представлена на рис.2.

Использование при производстве стали HARDOX чистых исходных материалов и небольшое количество примесей, попадающих в сталь в ходе получения готового проката, дают возможность сочетать высокую твердость стали с высокой ударной вязкостью, в т.ч. при низких температурах.

По прочности сталь HARDOX превосходит другие свариваемые стали, а по значению ударной вязкости сравнима с обычными конструкционными сталями. Так, сталь марки HARDOX 400 имеет при t=–40°C гарантированное значение уд. вязкости > 30 J/см2 (образец с V-образным надрезом).

Типичное значение предела прочности стали HARDOX 400 составляет 1250 МПа, предела текучести — 1000МПа, относительное удлинение — 15%, относительное сужение — 63%.

При этом сварка листов, например, HARDOX 400, толщиной 20?мм может быть осуществлена без предварительного нагрева при комнатной температуре.   

Журнал "Горная Промышленность" №4 2001