Blog Ko Buijs: Is mangaanstaal nu wel of niet slijtvast?
Koolstofstaal gelegeerd met voldoende mangaan, krijgt zelfhardende eigenschappen zodra er een hoge mechanische impact op het materiaal heeft plaatsgevonden. Hierdoor ontstaat op die plaatsen een bepaalde koudversteviging. Dat betekent gelijktijdig dat er op die plekken een aanzienlijke verharding optreedt. Dat wordt ook wel de vorming van plaatselijke deformatiemartensiet genoemd. Daarom wordt mangaanstaal met succes toegepast in zware abrasieve omstandigheden. Voorbeelden zijn te vinden in de mijnbouw, in steenbrekerijen, materiaal voor schepbakken, rails voor treinen en zeker niet in de laatste plaats ook als componenten voor de baggerindustrie.
(door Ko Buijs - Innomet Consultancy BV)
Mangaanstaal bezit in de leveringsconditie een structuur die voor een aanzienlijk deel uit austeniet bestaat. De reden is dat mangaan de vorming van austeniet sterk bevordert en in het evenwichtsdiagram is dat dan ook waarneembaar. Bij een mechanische impact ontstaat plaatselijk een harde structuur die de slijtvastheid aanzienlijk bevordert. Austeniet is op zich taai en blijft ductiel tot zelfs bij zeer lage temperaturen. Daarom is dit interessant om er bijvoorbeeld treinrails van te maken. Ook bij strenge vorst blijven zulke rails voldoende taai want dat is immers een eigenschap van austeniet. Door het gekletter van de stalen wielen op het railoppervlak, ontstaat er een slijtvast toplaagje dankzij deze versteviging. Dit bewerkt feitelijk een ideale situatie want taaiheid en slijtvastheid is dan gecombineerd in een type legering.
In het verleden heb ik veel te maken gehad met de baggersector en zandwinning. Abrasieve materialen zoals zand, stenen en zelfs harde rotsblokken veroorzaken veel slijtage aan metaalcomponenten. Mangaanstaal biedt dan specifieke voordelen die helaas niet altijd in de praktijk goed uit de verf komen. De reden hiervan is dat men niet goed bekend met de eigenschappen van deze legering ijzer/mangaan. Een goed voorbeeld hiervan zijn slijtplaten die aangebracht worden in de binnenwangen van zandpompen die o.a. opgesteld staan op baggerschepen. Dergelijke pompen zijn kostbaar in aanschaf en versleten slijtplaten zijn relatief gemakkelijk te vervangen. Dat is bovendien qua kosten ook goed te overzien.
Zo kwam ik in een contact met een zandwinningbedrijf, die ongelegeerde stalen ronde slijtplaten in zijn zandpompen aanbracht. Op zich ging dat eigenlijk qua standtijd best naar hun tevredenheid. Dit bedrijf had echter begrepen, dat mangaanstaal op dit gebied veel meer te bieden had dan gewoon staal. Het gevolg was dat men slijtplaten aanschafte van mangaanstaal. Echter mangaanstaal is duurder in aanschaf dan gewoon staal maar dat was geen probleem want zulke platen zouden misschien wel drie tot vier keer zo lang meegaan. Echter de weerbarstige praktijk wees al vrij snel uit dat deze slijtplaten juist sneller versleten waren in vergelijking met de goedkopere stalen platen en dat was op dat moment voor hen een groot raadsel. Dit probleem werd toen aan mij voorgelegd.
Bij enig navragen bleek dat dit bedrijf zand uit de Maas haalde waardoor dit natte zand langs de betreffende slijtplaten schuurde. Wat hier ontbrak was een mechanische impact waardoor de nodige oppervlakte verharding niet had plaatsgevonden. Mangaanstaal is dus voor een aanzienlijk deel austenitisch en dat is zelfs zachter dan de ferritische structuur van koolstofstaal. Daarom was het volkomen logisch dat deze platen veel sneller versleten waren. Zou dit bedrijf stenen of rotsbrokken of zoiets verpompt hebben dan was er wel een oppervlakteharding gekomen door het effect van het koudverstevigen, maar dat was hier dus niet het geval. Zo blijkt dat men in de praktijk verder moet kijken of alle variabelen mee zijn genomen in de afweging om tot een bepaalde materiaalkeuze te komen. Hier is onnodig geld weggegooid wat simpel te voorkomen was geweest.
Pomp voor baggerspecie en zand met daarin slijtplaten.
Om een antwoord te geven op de titel van deze blog kan gesteld worden dat mangaanstaal prima slijtbestendig kan worden mits er aan de voorwaarde wordt voldaan. De voorwaarde is een zware mechanische inslag die koudversteviging c.q. verharding van het oppervlak bewerkt. Gebeurt dat niet, dan blijft het materiaal relatief zacht en zal het zelfs sneller kunnen slijten dan gewoon koolstofstaal.
