Предложена методика испытаний трубопроводных сталей, исходя из предпосылки, что для разрушения труб промысловых нефтепроводов по механизму «ручейковой» коррозии требуется одновременное выполнение таких условий, как появление на нижней образующей трубы царапин, перерастающих со временем в канавку в виде «ручейка», обогащение эмульсии кислородом, нахождение металла стенки трубы в напряженном состоянии, наличие в водонефтяной эмульсии хлор-иона. Испытания предлагается проводить в 3 %-ном водном растворе NaCl с непрерывной аэрацией воздухом на изогнутых пластинах 150×15×3 мм, изготовленных из проката анализируемой стали, средняя часть которых находится под действием остаточных напряжений σ ост , близких к уровню максимальных эквивалентных напряжений σ экв в стенке трубы нефтепровода, с наличием на этой части с внутренней стороны пластины надреза, как инициатора дополнительных механических напряжений. С использованием значения модуля нормальной упругости анализируемой стали рассчитывается степень остаточной деформации упруго-пластического тела из этого материала, соответствующая величине σ ост ≈ σ экв , исходя из которой производится изгиб пластин до необходимой стрелы прогиба, после чего на них наносится надрез. После выдержки пластин в агрессивной среде для каждой из них анализируется увеличение глубины надреза в результате разъедания стенок агрессивной средой, из которого с учетом продолжительности испытаний рассчитывается скорость разрушения стали К по механизму «ручейковой» коррозии. Приведены значения скоростей коррозии двух марок трубопроводных сталей, установленных по предлагаемой методике. Из сравнения полученных величин К сделан вывод о более высокой стойкости к «ручейковой» коррозии стали 09Г2С.
Представлены методика и результаты экспериментов по исследованию закономерностей процесса изнашивания конусообразного острия свободно падающего ударника, изготовленного из сталей 38ХМ, У8, Х12МФ, подвергнутого типовой термической обработке и дополнительно обработанного холодом, при нанесении им многократных (до 10000) единичных ударов по граниту в условиях, приближающихся к условиям работы пики гидромолота. Для объяснения процессов использованы значения напряжений σ к , возникающих на площадке контакта ударника и породы, рассчитанные с использованием разработанной математической модели. Установлено, что процесс изнашивания ударника при многократном единичном ударе протекает в три стадии, разделяющиеся критическими значениями , , которые соответствуют прочностным характеристикам материала ударника, демонстрируемым в данных динамических условиях. При малом числе ударов (n ≤ n * ) и малых размерах площадки притупления (стадия I взаимодействия) значения σ к превышают стали и она на площадке контакта подвергается локальному разрушению, что регистрируется в виде значительной убыли массы ударника; при n * < n ≤ n ** (стадия II) возникающих напряжений не хватает для разрушения материала, но оказывается достаточно для его пластической деформации, сопровождаемой перемещением металла с центральной части площадки контакта на периферийную и разрушением части деформированного металла породой; при n > n ** (стадия III) возникающие σ к не достигают уровня и убыль массы ударника определяется стойкостью использованной стали к истиранию продуктами разрушения породы, вытесняемыми ударником из лунки. Обработка ударников из всех испытанных сталей холодом приводит к повышению их износостойкости; суммарная глубина лунок, выколотых обработанным холодом ударником из стали Х12МФ к моменту прекращения внедрения породу, в четыре раза превышает аналогичный показатель для ударника из стали 38ХМ, подвергнутого типовой термической обработке.
На примере стали Гадфильда (110Г13Л), как основного материала быстроизнашиваемых элементов горно-обогатительного оборудования – бил, молотков, футеровок, отражающих плит дробилок и мельниц, проанализированы особенности влияния наклепа на интенсивность износа металлических материалов при различных видах изнашивания по твердым (более 1100 HВ) и мягким породам. Отмечена уникальная способность этой стали сопротивляться ударному износу, показано, что при абразивном воздействии породы сталь демонстрирует низкую износостойкость, которая при изнашивании по породам, твердость которых уступает твердости стали в наклепанном состоянии (менее 1100 HВ), может быть существенно (до 10 раз) повышена предварительным наклепом образцов. Описаны разработанные авторами методики высокотемпературной термомеханической обработки образцов (свободная ковка при 1150-950 °C и последующая закалка в воде) и эксперименты по их абразивному изнашиванию. Представленные результаты испытаний показали, что твердость и износостойкость стали Гадфильда при изнашивании по твердому абразиву (электрокорунду 25А с агрегатной твердостью ~2500 HВ) зависят от интенсивности пластической деформации при ВТМО, возрастая с ее увеличением. Для максимальной интенсивности пластической деформации повышение износостойкости стали по сравнению с недеформированным материалом достигает 70 %. Приведен вид зависимости износостойкости стали от величины твердости HВ в результате пластического деформирования. Способ высокотемпературной термомеханической обработки может быть рекомендован к внедрению в технологии изготовления быстроизнашиваемых элементов горно-добывающего и горно-обогатительного оборудования с целью повышения их срока службы.
На примере стали 110Г13Л как материала зубьев ковшей экскаваторов показано, что механическое упрочнение является эффективным средством повышения (до 10 раз) износостойкости деталей, контактирующих с абразивными средами, например мрамором, уступающим данной стали в состоянии наклепа по твердости. В случае изнашивания по породам (гра-нит, габбро) с твердостью, превышающей твердость стали, влияние наклепа практически не сказывается. Обнаружено, что высокотемпературная термомеханическая обработка стали 35ХГСА как материала державок поворотных резцов (деформация при 900 С, закалка в во-де, отпуск при 230 С) приводит к существенному повышению твердости (на 23 %) и изно-состойкости (на 38 %) по сравнению с типовой термической обработкой, используемой при изготовлении резцов на заводах-изготовителях.
Рассмотрены закономерности абразивного износа стали 110Г13Л при значительных нагрузках на образец и ударном воздействии. Обнаружено, что повышение нагрузки до значений, при которых напряжения на поверхности образца достигают истинного разрушающего напряжения материала, не приводит к повышению износостойкости стали. Ударное воздействие и, как следствие, наклеп не оказывают существенного влияния на скорость износа стали при ее работе по твердым породам (гранит, габбро). В случае мягких пород (мрамор) сопутствующее ударное воздействие повышает износостойкость материала. Разработано заключение о целесообразности изготовления элементов горно-добывающего и обогатительного оборудования из стали 110Г13Л в зависимости от твердости разрушаемой породы.
На примере углеразмольной шаровой мельницы ШБМ 400/800 показано, что при работе мельницы без породы бомбардировка мелющими телами непосредственно брони из стали 110Г13Л способна повысить ее твердость с 200 до 320 НВ при глубине наклепанного слоя до 6,7 мм, что увеличит ее стойкость к истиранию примерно в 2 раза. Время, необходимое для осуществления эффективной бомбардировки, составляет ~ 11 мин, период между упрочняющими наклепами ~ 25 суток.
Приведен анализ данных механических и металлографических исследований тангенциальных поворотных резцов российских и зарубежных производителей. Указана причина быстрого износа тангенциальных резцов российского производства.
Предложен способ повышения износостойкости корпуса резцов проходческих комбайнов, заключающийся в их дополнительной полной закалке. В результате закалки твердость корпуса резцов повышается с 37-42 HRC до 49-51 HRC, что должно привести к повышению износостойкости примерно на 25 %. Предложение реализовано на партии резцов марки РКС-2. Резцы прошли испытание на шахтах Воркуты, где показали повышенную износостойкость по сравнению с резцами, не прошедшими дополнительную закалку.
Показана возможность использования рентгенофлуоресцентного метода анализа для установления состава сталей, применяемых для изготовления породоразрушающего инструмента. Сделан вывод, что одной из возможных причин низкой износостойкости резцов очистных комбайнов в объединении «Воркутауголь» является изготовление их корпусов из сталей, не отвечающих по составу нормативным документам.
