Могут ли керметы заменить твердые сплавы в бурении горных пород в горных работах?
Могут ли керметы заменить твердые сплавы в бурении горных пород в горных работах?
Начиная с 2025 года цены на твердые сплавы, используемые в горнодобывающей промышленности, резко выросли из-за ужесточения квот на добычу вольфрама и экспортного контроля. Цена на порошок карбида вольфрама достигла примерно 2400 юаней за килограмм, что усилило ценовое давление по всей цепочке поставок бурового инструмента.
Это подняло важный вопрос: могут ли керметы заменить твердые сплавы в буровых работах в горнодобывающей промышленности?
Сырье и себестоимость
В горнодобывающей промышленности твердые руды в основном состоят из карбида вольфрама (WC) и кобальта (Co), что делает их производство крайне зависимым от дорогостоящих ресурсов вольфрама.
Керметы изготавливаются на основе карбонитрида титана, Ti(C,N), или оксида алюминия, Al₂O₃, и не содержат вольфрама. Это позволяет избежать прямого влияния роста цен на вольфрам.
Согласно рыночным данным за март 2026 года, цена на промышленный карбонитрид титана с размером частиц 300 меш составляла приблизительно 535 юаней за килограмм, что значительно ниже цены на порошок карбида вольфрама, которая составляет около 2400 юаней за килограмм. Таким образом, керметы обладают явным преимуществом в плане стоимости сырья.
Твердость и трещиностойкость
Твердосплав, используемый в горнодобывающей промышленности, обычно имеет твердость приблизительно 88,0–90,8 HRA и трещиностойкость около 10–15 МПа·м¹ᐟ². Это сочетание обеспечивает высокую ударопрочность и позволяет материалу выдерживать высокочастотные удары при бурении горных пород.
Керметы могут обладать несколько большей твердостью, приблизительно 90,0–92,0 HRA, но их трещиностойкость ниже, около 5–10 МПа·м¹ᐟ². При многократных ударных воздействиях они с большей вероятностью скалываются или разрушаются.
Текущие лимиты замены
Несмотря на более низкую стоимость сырья, керметы в настоящее время не могут заменить твердые сплавы во всем диапазоне условий бурения горных пород в горнодобывающей промышленности.
Низкая ударная вязкость является серьезным ограничением при бурении с высокими нагрузками и высокой частотой ударных воздействий, а также при работе с мощным оборудованием. В настоящее время керметы могут рассматриваться только для ограниченного числа применений, таких как чрезвычайно твердые горные породы и условия эксплуатации с низкой ударной нагрузкой.
При выборе материала следует учитывать не только твердость и цену, но и ударную нагрузку, усталостную прочность, абразивность породы, конструкцию долота и риск отказа.
Будущее развитие
Достижения в области модификации керметов, технологий повышения прочности и производства композитных материалов могут улучшить ударопрочность и трещиностойкость.
Если эти технические усовершенствования будут достигнуты и подтверждены в ходе длительной эксплуатации в полевых условиях, применение керметов в бурении горных пород в горнодобывающей промышленности может расшириться. Однако более широкая замена твердых сплавов будет зависеть от измеримых улучшений характеристик, полевых испытаний и общей стоимости жизненного цикла.
