Rudarske verige v uporabi - preizkus novih jekel Testing of New Steels for Coal Mine Chains
Legat F.1, Veriga Lesce A. Lagoja, ACRONI Jesenice
Na osnovi podatkov in rezultatov pri visokoodpornih rudarskih verigah za transport in posnemalce smo preizkušali novo jeklo, ki naj bi dalo ugodnejše rezultate pri uporabi. V rudniku smo zasledovali mehanske in tehnološke lastnosti, ki jih predpisuje ISO 610 D. Nove zlitine z različnimi preizkusnimi kemičnimi sestavami bodo izdelane v Železarni TRINEC, verige In ostala testiranja pa v razvojnem oddelku Tovarna verig - ČEŠKA VES, VERIGA LESCE in v Raziskovalnem oddelku ACRONI JESENICE.
Ključne besede: jeklo, toplotna obdelava, mehanske lastnosti, visoko trdne rudarske verige
A new high tensile steel for produotion of coal mine chains (conveyors and coal ploughs) was tested. The aim of testing was to achieve mechanical and technological properties of chains according to international standard ISO 610 D. Some heats of steels with different chemical composition were made by Steel work TRINEC. Some of the chains were made in the Development Department of Chain Factory ČEŠKA VES and VERIGA LESCE. The testing of material and chains was done by the both factories mentioned above and by Research and Development Department of ACRONI Jesenice.
Key words: steel. heat treatment, mechanical properties, high strength chains for coal
mineš
Uvod
Rudarske verige se v zadnjih letih spreminjajo tako trdnostno kot dimenzijsko. I/ rudnikov smo dobili precej podatkov, na osnovi katerih je bilo v Železarni TRINEC izdelanih pet novih jekel. Osnovno jeklo je bilo znano 23 MnNiCrMo 54. DIN 17115. Trg zahteva jekla s povečano trdnostjo pri ne preveč zmanjšani žilavosti. Iz vseh petih sarž smo izdelali preizkusne komade in gotove verige. Preizkusi so potekali paralelno na Češkem in v Sloveniji.
Možnih je več rešitev: povečati dodatke posameznih elementov (legiranje) v jeklo, pri čemer se varivost ne sme poslabšati, izboljšati toplotno obdelavo, ohraniti srednje mehanske lastnosti (trdnost 1200 N/mnr. raztezek A5 - 10%, kontrakcija Z. min. 40c/c) in povečati debelino člena.
1. Pri rudarskih verigah se v zadnjih letih poleg dimenzij spreminja tudi trdnostni razred. V praksi uporabljamo standarde: DIN 22252. ISO 610 in RAG 342000.
Standardi predpisujejo: uporabnost, kontrolo in označevanje po DIN 685. osnovni material, mehanske lastnosti in kemično sestavo, način prevzema in atestiranje.
Spremembe nastajajo tudi na dimenzijskem področju: področje od 014 do 026 mm se je razširilo do 042 mm. Najbolj
[ran, I EGA T. dipl. in/, me'.
Zahre/nica ' M274 Žiro\ nit .1
zanimiv je najvišji trdnostni razred, ki ga obravnava ISO 610 (D). Zahteve so naslednje:
,, , , ,	Kakovostna stopnja
Mehanske lastnosti---:-
B	CD
R„,	(N/mnr)	630	800	1000
Rc	(N/mnr)	500	640	800
Rp/R,,	(%)	80	so	SO
A5 pri Rp	(%)	1.4	1.6	1.6
A, pri Rm	<%)	12	12	12
Rp = Preizkusna obremenitev verige
Ko ocenjujemo, kakšna naj bo kemična sestava jekla glede na zahteve, moramo upoštevati dvoje bolj ali manj nasprotnih lastnosti; jekla morajo imeti predpisano visoko trdnost, ki jo mora doseči veriga po pobol jšanju ter dobro varivost. kar se z gotovostjo lahko doseže z. manjšim ogljikovim ekvivalentom. Takrat je nevarnost za nastanek kalilnih razpok v toplotno vplivanj coni manjša. Zahteve za dobro varivost pomenijo torej omejitev ogljikovega ekvivalenta. Če ne dosežemo zahtevanih trdnostnih lastnosti v poboljšanem stanju, moramo uporabiti pri določeni debelini bolj legirano jeklo, pri katerem lahko dosežemo povišanje trdnostnih lastnosti. Jeklo ne sme biti nagnjeno k staranju in imeti mora zadovoljivo preoblikovalnost v hladnem stanju.
2. DIN 171 15 in drugi po/.nani standardi /a verige predpisujejo v te namene jeklo 23 MnNiCrMo 54. To jeklo dosega po toplotni obdelavi dobre lastnosti. V proizvodnji se pojavljajo razne težave. Pri trdnosti Rm -• 1400 N/mm' se poslabšajo lastnosti: raztezek. žilavost in dinamična trdnost. Rešitev (izboljšanje mehanskih lastnosti) smo pričeli iskati z razvijanjem novega jekla. Izdelali smo pet variantnih analiz, tako da smo jeklu 23 MnNiCrMo 54 spreminjali ogljik, dodajali legirne elemente in eni sarži dodali tudi bor.
Sarža	C	Mn Si P S	Cu Cr Ni Al Mn	Ti B Al N
74766	0.241	1.73 0.22 0.1124 0.013	0.06 0.57 1.00 0.025 0.56 0.003 0.0006 0.025 0.0098	
"4767	0.255	1.22 0.2!) 0.021 0.1112	0.05 0.56 (1.83 D.02 i 0.54	(l.(i()3 0.1...... 0,013 0.0097
74708	0.251	OST 0.19 0.019 0.013	(1.05 0.5(1 1.40 0.051 0.34	0.003 0.0004 0.038 0.01N5
74769	0.228	1.28 0.20 ii.ni>) 0.012	0.06 0.49 1.01 0.056 0.57	0.038 0.0053 O.H42 0.0088
74770	0.219	i.Ol 0.37 0.021 0.012	0.06 1.22 1."= 0.036 0.57	0.048 0.0005 0.017 0.0156
Jeklo je bilo vroče i/val jano in je imelo precej površinskih napak, zato smo se odločili, da bomo material v bodoče vlekli i/ 0 28 na 0 26.5 ±0.1 mm.
Mehanske lastnosti:
Preizkušanci v toplo val janem stanju brez toplotne obdelave: (rezultati-TRINEC)
Preizkušanec (sarža)	Re N/mm	Rm N/mm	A; 9f	Z',
1 74766	S27	1103	13.6	49.6
1 74766	832	1125	15.2	48.15
2 74767	739	1041	15.4	5!
2 74767	752	1032	14.6	46.7
74768	662	880	17.0	52.4
74768	661	876	17.0	52.4
4 74769	859	1 i 16	15.0	51.0
4 74769	854	1111	14.0	43.S
5 74770	1014	1287	14.2	51.0
5 74770	981	1274	17.0	51,0
Od \ sake sarže smo vzeli palico in iz nje izdelali standardne preizkušance ter jih toplotno obdelali. Tako smo dobili:
-	kaljene preizkušance	(1.2, 3, 4. 5) popuščane pri 350 C (1.2, 3. 4. 5)
-	popuščane pri 400 C	(1, 2, 3. 4. 5)
-	popuščane pri 450 ('	(1. 2. 3, 4. 5) izotermično kaljene v soli AS 140 pri 295-310 C (1.2,3,4.5)
Rezultate kaže tabela:
Preizkušanec	Temper. popušč.	Rm N/mm	A,	
1	450°C	1230	9,0	38
T	450 C	1215	10.6	53
3	450 C	1 181	12.7	58
4	450 C	1204	10.0	40
5	450' C	1259	12.5	52
1	400 C	1306	7.5	36
2	400 C	1287	10.0	52
3	400 C	1278	10.0	52
4	400' C	I26S	10.0	53
5	400 C	1313	10.0	52
Preizkušanec	Temper. popušč.	Rm N/mm	A, ' ,	Z ',
1	350 C	1394	1 1.0	50
->	350 C	1364	12.0	
3	350 C	1364	10.0	51
4	350 C	1339	9.0	51
5	350 C	1383	10.0	51
1	sol 295-3K) C	1566	1 1.5	36
s	sol 295-310 C	1489	1 1.0	49
3	sol 295-310°C	1080	12.0	52
4	sol 295-3 10CC	1448	1 1.0	40
5	sol 295-310 C	1513	1 1.5	47
1	direktno kaljeno	1754	9.0	36
s	direktno kaljeno	1730	10.5	36
3	direktno kaljeno	1700	4.0	7
4	direktno kaljeno	1641	10.0	34
5	direktno kaljeno	1790	10.2	37
Iz palic smo izdelali verige po DIN 2222.^2 026 \ 92 mm v kvaliteti D po ISO 610. Verižni konci su bili varjeni obžigalno na MIEBACH-ovem stroju GSKK 24. Verige so bile kaljene v vodi pri 880 C. v uri popuščene pri 430 C in gašene v vodi.
Pri preizkušanju členov je prihajalo do lomov v osnovnem materialu pri obremenitvah od 98 do 108 ton, predpisana obremenitev pa je 106 ton. Pri preizkusni obremenitvi 86 ton so bili raztezki 1.6-1,8%. predpisan pa je raztezek 1,6' <. kar pomeni, da so verige "premehke".
3. Se enkrat smo delno popravili analizo, kolikor nam dovoljuje varjenje in izdelali dve novi sarži. Boljšo smo izbrali za preizkus, imela je naslednjo kemično analizo:
Sarža 75677
C
Si Mu P
S
Cu Cr
Ni
Al Mo N
0.258 0.19 1.23 0.014 0.015 0.050 0.56 l).9x 0.1)34 P.5.3 0.0092 Mehanske lastnosti v valjanem, kaljenem, poboljšanem stanju:
Stanje
Rc N/mm Rm N/mm- A; c<
Z1
Valjano	730-756 920-9.50
Kaljeno	1380-1450 1660-1740
Popuščeno 350°C 1200-1270 1320-1400
15.1-15.9	52.4-59,1
11.2-13.0	46.5-49,0 12.4-13.5 59.0-61.0
Posebej smo preizkusili jeklo in tudi gotove verige po popuščanju pri 350 C. Meritve trdot po preseku kažejo na dokaj dobro prekaljivost in na zadovoljiv o trdoto.
Popuščanje:
300 C 41,5; 43: 350°C 41.0:42; 400 C 40; 40;
43: 42: 43.5: 44: 43: 43.5 HRc 42.0: 42; 43; 43; 43: 42.5 HRc 40.5; 41: 40; 40.5; 41; 41 HRc
Gotove verige so dosegle 110-112 ton pri /rušilni trdnosti, kar pomeni, da smo dosegli določeno rezervo.
Na osnovi preiskav smo se z Železarno v TRINEC-u dogovorili za naslednjo analizo:
C	Si	Mn	P + S Cu„m	Cr Ni	Al	Mo
0.23	0.15	1,3	0.020 0.020	0.45 0.9	0.025	0.55
0.26	0,25	1,5	<0,035 0.20	0.60 1.1	0,050	0.65
Zrno po ASTM 8-9.
Za verigo 0 26 je možno uporabiti valjane palice:
-	0 26,5 mm ± 0.2 mm. brez površinskih napak, že pa te tolerance ni mogoče doseči, uporabimo varianto z vlečenjem.
-	O 28 111111 ± 0,5 mm valjano jeklo, vlečenje palic v hladnem na O 26,5 mm ± 0.1 mm.
Posebno moramo paziti na upogibanje, ki je izvedeno v vročem stanju, da ne pride do zmanjšanih presekov in do oslabitve členov.
Zaključek
\a osnov i preiskav smo ugotovili:
- jeklu lahko zvišamo trdnost pri temperaturi popuščanja 300-420 C z v ečjim dodatkom Mo.
-	možna je korektura kemične sestav e / V in Ti. poudariti moramo, da se s povečanjem C ,, z dodatnim le-
giranjem in z zviševanjem količine ogljika, povečuje nevarnost nastanka kalilnih razpok v toplotno vplivani coni,
-	temperature peči morajo hiti v čim ožjih tolerancah, s hitrostjo ohlajanja moramo doseči dobro prekalitev.
-	povečanje dimenzij (debeline) verig pomeni, da rudarska industrija v zahodni Ev ropi posega po debelejših verigah / nekoliko nižjo trdnostjo in boljšo žilavostjo.