Износ специальных высокохромистых стальных поковок

Когда говорят про износ специальных высокохромистых стальных поковок, многие сразу думают о проценте хрома — мол, чем выше, тем лучше. На деле же, работая с мелющими телами и футеровками на электростанциях, понимаешь, что цифра в сертификате — это только начало истории. Часто заказчик получает поковку с заявленными 18-20% Cr, но через полгода в мельнице вместо равномерного истирания — сколы и выкрашивание. И начинается: не та термообработка? Не тот режим закалки? А может, и вовсе химический состав ?поплыл? в середине плавки? Вот об этих нюансах, которые в отчётах не пишут, а видны только при разгрузке мельницы, и хочу порассуждать.

Высокий хром — не панацея. Структура решает всё

Наше производство в ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? изначально было заточено под шары и поковки для размола угля на ТЭЦ. Исходная логика была проста: даём высокую твёрдость (62-65 HRC) и максимум хрома для сопротивления абразиву. Но первые же жалобы с объектов показали — поковка лопается, особенно в зонах ударной нагрузки. Стали разбираться.

Оказалось, что при литье и последующей ковке критически важен не просто общий процент Cr, а как распределены карбиды хрома в металлической матрице. Если в структуре после закалки образуется сетка крупных, хрупких карбидов по границам зёрен — материал теряет вязкость. При переменных ударных нагрузках в мельнице эта сетка становится дорожкой для трещины. То есть, износ может быть низким, но ресурс детали закончится не из-за стирания, а из-за катастрофического разрушения.

Пришлось пересматривать технологию. Добавили легирование молибденом и никелем в определённых пропорциях, чтобы повысить прокаливаемость и однородность структуры по всему сечению поковки, особенно крупной. Скорость охлаждения после закалки — отдельная песня. Слишком быстро — риск трещин, слишком медленно — твёрдость ?недоберёшь?. Подбирали буквально эмпирически, делая пробные партии и испытывая их в стендовых условиях, максимально приближенных к реальным — с тем же углём конкретного месторождения.

Реальная среда мельницы: чем теория отличается от практики

В лаборатории образец показывает идеальную износостойкость. В мельнице МШР на ТЭЦ — история другая. Во-первых, абразив. Уголь — это не однородный порошок. В нём встречаются прослойки породы, пирита, да и зольность бывает разной. Эти включения по твёрдости запросто перекрывают твёрдость даже самой лучшей стали. Они работают как режущий инструмент, вызывая не просто истирание, а микровырывание частиц металла.

Во-вторых, коррозионно-механический износ. Влажный уголь, особенно в системах приготовления пыли, создаёт агрессивную среду. Высокохромистая сталь, конечно, коррозионностойкая, но при постоянном микросдвиге абразивных частиц пассивная оксидная плёнка (та самая, что защищает от ржавчины) постоянно сдирается. Обнажённый металл тут же подвергается и химическому воздействию, и механическому. Это синергетический эффект, который ускоряет потерю массы в разы по сравнению с сухим трением.

Поэтому для нас на сайте https://www.nglsjc.ru мы всегда уточняем условия работы. Нельзя просто продать ?универсальную высокохромистую поковку?. Для мокрого размола с высоким содержанием серы в топливе нужна одна корректировка состава (часто в сторону повышения содержания углерода и молибдена для стабилизации карбидов), для сухого размола очень твёрдого антрацита — другая. Иначе обещаний долговечности не выполнишь.

Контроль качества: где чаще всего ?спотыкаются?

Самое слабое место в цепочке — не само производство, а входной контроль шихты и выходной контроль готовой поковки. Бывало, поставляем партию, а у заказчика через месяц проблемы. Начинаем расследование: сохранились образцы от плавки. Делаем глубокий анализ — и находим локальные зоны с пониженным содержанием хрома. Причина — неоднородность исходного лома, особенно если в шихту попал легированный лом неизвестного происхождения.

Теперь мы в ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы? жёстко контролируем поставщиков металлолома и ферросплавов. Каждую плавку проверяем не только по итоговому химическому анализу пробы, но и смотрим макро- и микроструктуру на разных этажах слитка. Важно поймать ликвацию — расслоение компонентов при затвердевании. В крупной поковке это может вылиться в то, что одна её сторона изнашивается быстрее другой.

Ещё один критичный параметр — отсутствие внутренних дефектов. Раскалённую поковку после ковки просвечиваем ультразвуком. Малейшая несплошность, пустота или неметаллическое включение в дальнейшем станет очагом усталостного разрушения. Многие производители экономят на этом этапе, считая УЗК излишеством для ?просто мелющих тел?. Но именно это отличает продукт, который работает сезон, от того, что выдержит несколько межремонтных циклов.

Опыт неудач: когда теория не сработала

Был у нас опыт лет семь назад. Решили экспериментировать с очень высоким содержанием хрома — под 25-27%. Логика была: больше карбидов — выше износостойкость. Технологи отрапортовали о фантастической твёрдости и сопротивлении абразиву на лабораторных тестах. Запустили опытную партию шаров в мельницу на одной из угольных ТЭЦ.

Результат оказался плачевным. Да, поверхность почти не стиралась. Но шары начали массово раскалываться. Анализ показал, что структура стала чрезмерно хрупкой. Карбидов было так много, что они практически срослись в непрерывную жёсткую сетку. Металлическая матрица, которая должна гасить ударные нагрузки, была раздроблена на мелкие островки. Любой сильный удар приводил к транскристаллитному разрушению.

Этот урок хорошо запомнился. Оптимальный баланс для условий размола угля — это не максимум твёрдости и хрома, а оптимальное соотношение твёрдости карбидной фазы и вязкости матрицы. Сейчас мы держимся в диапазоне 18-22% Cr, но с тщательным подбором сопутствующих элементов и, что важнее, с отработанным режимом термички, который обеспечивает дисперсное, равномерное распределение карбидов. На сайте мы так прямо и пишем — специализация на энергетике, потому что знаем её специфику изнутри.

Что в итоге? Критерий — не часы работы, а тонны размолотого угля

В итоге, оценивая износ специальных высокохромистых стальных поковок, мы в компании давно перешли от абстрактных часов наработки на отказ к более приземлённому, но понятному заказчику показателю — тонноёмкости. Сколько тонн конкретного угля с заданной зольностью и влажностью сможет размолоть одна загрузка наших шаров или футеровок до критического износа.

Этот показатель приходится постоянно уточнять и актуализировать. Появился уголь с нового разреза — его абразивные свойства могут отличаться. Меняется режим работы мельницы. Всё это влияет на итог. Поэтому мы не даём гарантий ?в годах?, а строим прогнозы на основе паспорта угля и данных о работе оборудования. Это честнее.

Собственно, вся работа сводится к тому, чтобы поковка изнашивалась предсказуемо и равномерно, не создавая аварийных ситуаций из-за внезапного разрушения. И когда при плановой остановке мельницы видишь, что футеровка или шары стёрлись ?как надо?, ровным слоем, без сколов и вмятин — это и есть лучшая оценка для нашей работы в ООО ?Нинго Люйша Стройматериалы?. Значит, и химия, и структура, и обработка были подобраны верно под конкретные условия. А это, в конечном счёте, и есть то, за что платит заказчик в энергетике — за надёжность и предсказуемость ресурса, а не за красивую цифру содержания хрома в сертификате.