Підвищення тріщиностійкості футерівки скіпа доменного цеху

Іван Кривда*

kryvda.v@icloud.com

Отримано 12.12.2025, Доопрацьовано 01.04.2026, Прийнято 28.04.2026, Опубліковано 29.05.2026
Анотація

Експлуатація футірки скипа доменного цеху супроводжується інтенсивним абразивно-ударним зношуванням, через що актуально розробляти залізовмісні наплавні матеріали з гетерогенною карбідною мікроструктурою для підвищення міцності та зносостійкості. Метою роботи було підвищення механічної міцності та довговічності футірки скипа доменного цеху шляхом оптимізації структури наплавлених шарів і встановлення закономірностей між мікроструктурою, механічними властивостями та зносостійкістю покриттів. Дослідження виконано з використанням електродугового наплавлення на зразках зі сталі 09Г2С. Проведено випробування на твердість, ударну в’язкість і абразивне стирання, а також мікроструктурний аналіз наплавлених шарів і оцінку характеру тріщиноутворення після мікроіндентування. Основні результати експериментальних досліджень показують, що твердість наплавлених шарів коливалася від 52 HRC у матеріалу SAS Global до 58 HRC у ВЕЛТЕК, тоді як ударна в’язкість змінювалася від 18 Дж/см² у Duroxite до Дж/см² у ВЕЛТЕК, що демонструє обернену залежність між твердостю та ударною в’язкістю: більш тверді шари мають більшу схильність до крихкого руйнування. У випробуваннях на абразивне стирання встановлено, що ВЕЛТЕК проявив найкращу зносостійкість із масовою втратою 0,12 г та лише однією тріщиною на 100 см², тоді як SAS Global характеризувався найбільшою кількістю тріщин (4 на 100 см²) і втратою маси 0,20 г, а Duroxite мав проміжні значення – 0,18 г втрати маси та 3 тріщини. У результаті встановлено, що формування заевтектичної структури з карбідною фазою типу M₇C₃ сприяє зниженню інтенсивності абразивного зношування та обмеженню поширення мікротріщин. Отримані наплавлені шари характеризуються поєднанням підвищеної твердості та достатньої ударної в’язкості, що є критичним для роботи футірки в умовах змінних ударних навантажень. Практична цінність результатів полягає у можливості їх використання при відновленні та модернізації футірки скипів доменних печей з метою збільшення міжремонтного ресурсу та зниження експлуатаційних витрат

Ключові слова:
наплавлення; мікроструктура; зношування; міцність; залишкові-напруження; твердість

Взято з Том 24, № 1, 2026

Сторінки 86–93

Використані джерела ЦИТУВАТИ
  1. Belik, O.G., Yefremenko, V.V., &Cheiliakh, Ya.O. (2016). Methods of wide-layersurfacing of wear-resistant alloys. Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical Sciences, 33, 63-67.
  2. Czupryński, A., Poloczek, T., & Urbańczyk, M. (2022). Characterization of a new high-abrasion-resistant iron-based alloy for hardfacing applications. International Journal of Modern Manufacturing Technology, 14(1), 27-33. doi: 10.54684/ijmmt.2022.14.1.45.
  3. DSTU EN 14700:2008. (2008). Welding consumables.Welding consumables for surfacing. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=29730.
  4. Fan, C., Chen, M.-C., Chang, C.-M., & Wu, W. (2006). Microstructure change caused by (Cr,Fe)₃C₆ carbides in high chromium Fe-Cr-C hardfacing alloys. Surface and Coatings Technology, 201(3-4), 908-912. doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.01.010.
  5. Franěk, F., Badisch, E., & Kirchgaßner, M. (2009). Advanced methods for characterisation ofabrasion/erosion resistance of wear protection materials. FME Transactions, 37(2), 61-70.
  6. Holovko, L.F., Bloshchytsyn, M.S., & Tretiak, V.A. (2012). Formation of wear-resistant surfaces by laser-plasma surfacing. Mechanics and Advanced Technologies, 64, 99-105.
  7. Ivanov, O. (2020). Investigation of structure and properties of wear-resistantcoatings obtained by surfacing with powder electrodes based on the Fe-Ti-B-Csystem. Central UkrainianScientific Bulletin. Technical Sciences, 3(34), 81-87. doi: 10.32515/2664-262X.2020.3(34).81-87.
  8. Maroli, B., Dizdar, S., & Bengtsson, S. (2017). Iron-based hardfacing alloys forabrasive and impact wear. In International thermal spray conference (pp. 1-7). Düsseldorf: ASM International.
  9. Okechukwu, C., Dahunsi, O.A., Oke, P.K., & Oladele, I.O. (2024). Development of ferro‑alloy hardfacing for high abrasion and low impact wear applications. Metallurgical and Materials Engineering, 24(1), 71-81. doi: 10.30544/338.
  10. Öztürk, Z.T. (2021). Wear behavior and microstructure of Fe‑C‑Si‑Cr‑B‑Ni hardfacing alloys. Materials Testing, 63(3), 215-223. doi: 10.1515/mt-2020-0033.
  11. Pokhmurska, H.V., Voitovych, A.A., & Dziubyk, A.R. (2017). Technology ofmanufacturing wear-resistant plates. Design, Production and Operation ofAgricultural Machines, 47(2), 215-220.
  12. Prysyazhniuk, P.M. (2024). Scientific principles of formation of wear- and impact-resistant coatings of the “high-manganese steel – refractory compounds” system byelectric arc surfacing. (Doctoral dissertation, Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine).
  13. Prysyazhnyuk, P., Ivanov, O., Matvienkiv, O., Marynenko, S., Korol, O., & Koval, I. (2022). Impact and abrasion wear resistance of the hardfacings based on high‑manganese steel reinforced with multicomponent carbides of Ti‑Nb‑Mo‑V‑C system. Procedia Structural Integrity, 36, 130-136. doi: 10.1016/j.prostr.2022.01.014.
  14. Shchetynin, S.V., Shchetynina, V.I., Koval, O.V., Nikitenko, P.V., Elsaed, Kh. (2019). Improvement of crack resistance and wear resistance during high-speed surfacing atlow heat input. Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical Sciences, 38, 72-79. doi: 10.31498/2225-6733.38.2019.181399.
  15. Skvortsov, O., & Mikosianchyk, O. (2023). Research of the wear resistance of electro‑spark coatings under abrasive conditions. Problems of Friction and Wear, 3(100), 45-55. doi: 10.18372/0370-2197.3(100).17895.
  16. Trembach, B., Vynar, V., Trembach, I., & Knyazev, S. (2022). Comparison of two-body abrasive wear resistance of high chromium boron-containing Fe-C B-13wt.%Cr Ti alloy with incomplete replacement of Cr for Cu the Fe C B 4wt.%Cr 7wt.%Cu-Ti alloy. Problems of Tribology, 27(3(105)), 34-40. doi: 10.31891/2079-1372-2022-105-3-34-40.
  17. Varis, T., Lagerbom, J., Suhonen, T., Terho, S., Laurila, J., & Vuoristo, P. (2023). On the applicability of iron-based coatings against abrasion and cavitation erosion wear. Journal of Thermal Spray Technology, 32(2-3), 473-487. doi: 10.1007/s11666-022-01517-7.
  18. Venkatesh, B., Sriker, K., & Prabhakar, V.S.V. (2015). Wear characteristics of hardfacing alloys: State-of-the-art. Procedia Materials Science, 10, 527-532. doi: 10.1016/j.mspro.2015.06.002.
  19. Wang, Z.-H., Wan, G.-L., He, D.-Y., Jiang, J.-M., & Cui, L. (2014). Microstructures and wear resistance of Fe-Cr-B-C hardfacing alloys. Journal of Materials Engineering, 9, 57-62. doi: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.09.010.
  20. Zahiri, R., Sundaramoorthy, R., Lysz, P., & Subramanian, C. (2014). Hardfacing using ferro-alloy powder mixtures by submerged arc welding. Surface and Coatings Technology, 260, 220-229. doi: 10.1016/j.surfcoat.2014.08.076.
  21. Zong, L., Guo, N., Li, R., & Yu, H. (2019). Effect of boron content on microstructure and wear resistance of Fe-Ti-B-C hardfacing alloys. Coatings, 9(4), article number 265. doi: 10.3390/coatings9040265.
Kryvda, I. (2026). Improving the crack resistance of blast furnace skips. Journal of Kryvyi Rih National University, 24(1), 86-93. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2026-1-24-86-93
uk