Износостойкие детали для горнодобывающей промышленности: лист AR в сравнении с марганцовистой сталью Гадфильда

Два механизма износа

Износостойкие детали выходят из строя из-за абразивного износа скольжения / истирания (руда, скользящая по поверхности) или из-за ударно-абразивного износа (порода, ударяющая по поверхности и дробящаяся о нее). Каждое из двух основных семейств сталей хорошо решает одну из этих задач.

Лист AR / NM: твердость с самого начала

Износостойкий лист (NM360–NM550 в системе GB, AR400–AR500 и эквиваленты в других системах) — это низколегированная сталь, закаленная до сквозной твердости примерно 360–550 HBW и поставляемая в состоянии, готовом к резке, сварке и болтовому монтажу. Это стандартный выбор для следующих применений:

• Обшивка ковшей экскаваторов и подкладные листы под режущие кромки
• Кузова самосвалов, футеровка лотков и бункеров
• Износостойкие листы для конвейеров и точек перегрузки

При работе в условиях скольжения срок службы при износе в целом растет с твердостью, но одновременно растут и требования к изготовлению: для более высоких марок необходимы контролируемые режимы резки, сверления и сварки, а радиусы гибки увеличиваются с ростом твердости и толщины.

Сталь Гадфильда Mn13: мягкая до удара

Сталь Гадфильда (Mn13, GX120Mn12, ~11–14% Mn, ~1.0–1.4% C) является аустенитной и поставляется после гомогенизирующего отжига при твердости всего ~200 HB — кажущейся низкой. Под действием удара или высокого сжимающего напряжения ее поверхность упрочняется при наклепе до 500 HB и выше, при этом сердцевина остается пластичной. Она преобладает там, где удары являются сильными:

• Щековые плиты дробилок, дробящие конусы, подброни, детали молотковых мельниц
• Железнодорожные крестовины и стрелочные переводы
• Футеровка камер дробеструйной очистки

Эта логика действует в обе стороны: без удара Mn13 никогда не упрочняется и быстро изнашивается при чистом скольжении. Ее установка в качестве футеровки лотков с низкой ударной нагрузкой — классический пример неправильного применения.

Выбор

Условия работы	Выбор
Скользящая руда, умеренный удар, сварные футеровки / ковши	Лист AR / NM
Дробление, повторяющиеся сильные удары, литые формы	Сталь Гадфильда Mn13
Удар присутствует, но деталь представляет собой сварную листовую конструкцию	Лист AR, большая толщина, или лист с наплавкой

Требования к изготовлению также различаются: лист AR не переносит избыточного тепловложения при сварке; сталь Гадфильда необходимо сохранять холодной (она охрупчивается при длительном нагреве в диапазоне нескольких сотен °C) и сваривать аустенитными сварочными материалами. Наплавленные износостойкие слои дополняют оба семейства, добавляя очень твердый жертвенный слой там, где износ концентрируется.

Выбор внутри семейства AR

Более высокая твердость не означает автоматически лучший результат. Лист класса NM360/AR400 обеспечивает наилучшее сочетание свариваемости, формуемости и ударной вязкости и является рациональным стандартным выбором для ковшей и футеровок, которые также испытывают удар от падающей породы. Марки класса 500 примерно максимизируют срок службы при износе скольжения, но являются менее щадящими: минимальные радиусы гибки больше, для эксплуатации в холодном климате необходимо проверять ударную вязкость при низких температурах, а сильный точечный удар может вызвать их растрескивание вместо вмятины. Указание листа по параметрам класс твердости + толщина + требование к ударной вязкости (зимние рудники заказывают лист с испытаниями по Шарпи) позволяет избежать распространенной ошибки, когда AR500 рассматривают как прямое улучшение по сравнению с AR400.

Наплавка как третий вариант

Для обоих семейств лист с наплавленным износостойким слоем (лист с твердой наплавкой) — основа из мягкой стали или стали AR со слоем карбида хрома или сложного карбида — применяется при экстремальном абразивном износе скольжения, когда ни одна из базовых сталей не является достаточной, ценой отсутствия формуемости и характерной растрескавшейся поверхности. Это футеровочный материал, а не конструкционный, и обычно он крепится болтами или электрозаклепками к несущей конструкции.