Dependences of Hydroabrasive Wear of Low-Carbon Steels By a Water Jet With Sio2 Particles on Their Mechanical Properties and Carbon Equivalent

Authors

  • D. V. Lyashenko Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
  • A. D. Breki Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences
  • V. A. Yakhimovich Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences
  • E. B. Sedakova Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences
  • N. A. Kazarinov Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences
  • N. E. Starikov Tula State University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2025-4-55-64

Keywords:

Hydroabrasive Wear, yield strength, tensile strength, Brinell hardness, carbon equivalent of steel, mathematical model

Abstract

According to data from oil and gas companies, abrasive wear caused by various types of mechanical impurities accounts for 20 to 40 percent of failures of critical equipment, including tubing, submersible equipment, and production pipelines. This article presents experimental studies of the dependence of hydroabrasive wear on low-carbon steels by a water jet containing SiO2 particles on their mechanical properties and carbon equivalent. It is shown that increasing yield strength, strength, and hardness of the steel, a nonlinear decrease in hydroabrasive mass wear is observed according to a hyperbolic law, consistent with the adopted mathematical model. The regression equations, obtained based on the selected mathematical model, were statistically significant, indicating the validity of this model. The study established a hyperbolic relationship between hydroabrasive mass wear and the carbon equivalent of steel. The resulting regression equations, reflecting this relationship between wear and carbon equivalent, were statistically significant. By introducing the carbon equivalent of steel, a multivariate mathematical model was supplemented to reflect the relationship between hydroabrasive mass wear and the densities of the medium components, the total number of interactions leading to micro cutting, the radius of the abrasive particles, their attackangle, the frictioncoefficient between them and the target surface, the mixturedynamic pressure, the density of the working fluid and particle mixture, and the yield strength of the material. It was found that the lowest hydroabrasive mass wear was observed in the steel sample from the pilot smelting with high content of carbon and chromium, as well as a certain amount of molybdenum and vanadium.

Author Biographies

D. V. Lyashenko, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Post-graduate

A. D. Breki, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences

DSc in Engineering, Professor

V. A. Yakhimovich, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences

PhD in Engineering, Senior Researcher

E. B. Sedakova, Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences

DSc in Engineering, Head of the Laboratory

N. A. Kazarinov, Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences

Doctor of Physics and Mathematics, Senior Researcher

N. E. Starikov, Tula State University

DSc in Engineering, Professor, Head of the Military Training Center

References

Наконечная К. В. Гидроабразивное изнашивание промысловых трубопроводов коррозионно-активной промысловой средой: дис. … канд. техн. наук. 2022. 126 с.

Тененбаум М. М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М.: Машиностроение, 1976. 271 с.

Гамольская З. М., Гутерман В. М. Износостойкость сталей в условиях гидроабразивного износа // Труды ВНИИПТУГЛЕМАШ. Вып. 11. М.: Недра, 1966. С. 3-34.

Козырев С. П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации. 2-е изд., испр. и доп. Москва: Машиностроение, 1971. 240 с.

Тененбаум М. М., Аронов Э. Л. О связи износостойкости материалов при гидроабразивном изнашивании с показателями их механических свойств // Труды ВИСХОМ. Вып. 56, 1969. С. 175-187.

Непомнящий Е. Ф. Трение и износ под воздействием струи твердых частиц // Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа: сб. статей. М.: Наука, 1971. С. 190-200.

Повышение износостойкости горно-обогатительного оборудования / Н. С. Пенкин, Е. П. Капралов [и др.]; ред. Н. С. Пенкин. М.: Недра, 1992. 265 с.

Елагина О. Ю., Наконечная К. В. Оценка вероятности разгерметизации нефтепромысловых трубопроводов в результате коррозионно-механического изнашивания // Губкинский университет в экосистеме современного образования: Тезисы докладов V Региональной научно-технической конференции, Москва, 21 сентября 2021 года / авторы-составители: А. Ф. Максименко, А. Н. Комков, Р. Р. Фатхутдинов, отв. ред. В. Г. Мартынов. М. : Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И. М. Губкина, 2021. С. 123.

Елагина О. Ю., Наконечная К. В. Методика оценки ресурса промыслового трубопровода с внутренним покрытием, работающего в условиях гидроабразивного изнашивания // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2022. № 5 (131). С. 66-70.

Наконечная К. В. Исследование действия коррозионно-активной промысловой среды факторов гидроабразивного износа на вероятности разгерметизации промысловых трубопроводов // Нефть и газ - 2022 : тезисы докладов 76-й Международной молодежной научной конференции, Москва, 25-29 апреля 2022 года / Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И. М. Губкина. Т. 1. М. : Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И. М. Губкина, 2022. С. 475-476.

Тамаркин М. А., Тихонов А. А. Методика расчета съема металла при гидроабразивной обработке // Вестник Донского государственного технического университета. 2011. Т. 11, № 3 (54). С. 327-332.

Тамаркин М. А., Тихонов А. А. Методика расчета установившейся шероховатости поверхности и съема металла при гидроабразивной обработке // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2011. № 4-3 (288). С. 87-93.

Михин Н. М. Внешнее трение твердых тел / Н. М. Михин; АН СССР, Науч. совет по трению и смазкам, Ин-т проблем механики. М.: Наука, 1977. 221 с.

Сорокин Г. М., Сорокин Г. М. Основы механического изнашивания сталей и сплавов: учебное пособие вузов. М.: Логос, 2014. 308 с.

Ginzburg V.B., Ballas R. Flat Rolling Fundamentals / CRC Press, 2000. 850 p.

Материаловедение: практикум: учеб. пособие / В.С. Кушнер, А.С. Верещака, А.Г. Схиртладзе, О.Ю. Бургонова. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. 160с.

Suzuki H., Tamura H. Welding Metallurgy.Complete Book of Welding-Series 1, Sanpo Publications Inc.

Ляшенко Д. В., Тарасенко Е. А. Теоретические основы современных способов повышения износостойкости и восстановления деталей машин. Оборудование для повышения износостойкости и восстановления деталей машин. Экспериментальные исследования на износостойкость материалов при гидроэрозионном изнашивании: лабораторный практикум. URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/s18-113.pdf. doi.org/10.18720/SPBPU/2/s18-113

Яхимович В. А., Бреки А. Д., Стариков Н. Е. Зависимость интенсивности изнашивания от микротвердости покрытий на основе карбида вольфрама для алюминиевых бурильных труб // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. № 4. С. 481-487.

Published

28.12.2025

How to Cite

Lyashenko Д. В., Breki А. Д., Yakhimovich В. А., Sedakova Е. Б., Kazarinov Н. А., & Starikov Н. Е. (2025). Dependences of Hydroabrasive Wear of Low-Carbon Steels By a Water Jet With Sio2 Particles on Their Mechanical Properties and Carbon Equivalent. Intellekt. Sist. Proizv., 23(4), 55–64. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2025-4-55-64

Issue

Section

Articles