книги из ГПНТБ / Производство шарикоподшипниковой стали М. И. Колосов, А. И. Строганов, И. Я. Айзеншток. 1960- 21 Мб

214 Прокатка и термическая обработка стали

Прокатка слитков

В результате прокатки изменяется не только геометрическая форма слитка, но и свойства стали, вследствие разрушения пер­ вичной структуры. Как правило, первичная структура харак­ теризуется грубым строением с более или менее толстыми обо­

лочками из карбидов и других неметаллических включений по границам верен.

Деформация, возникающая при прокатке, зависит в извест­

ной степени от формы слитка. В частности, при прокатке квад­ ратных слитков в ящичных калибрах, деформация носит более равномерный характер, чем при прокатке в тех же калибрах круглых слитков. При наличии хрупких оболочек зерен при про­ катке могут образоваться межкристаллические трещины.

Допустимую степень деформации (обжатия) за один проход на блюминге выбирают, сообразуясь с механическими свойства­

тельно низких температурах показывают, что наблюдаются по­ вышенная хрупкость сталей при 200—300° (область синеломко­ сти) и при 500—600° (область вторичной хрупкости). Однако

при прокатке эти области не имеют практического значения, так как находятся значительно ниже температуры конца прокатки. Более важным для горячей обработки является снижение пла­ стичности в области критических точек в интервале 700—1000°. Снижение пластичности обнаруживается лишь при определен­ ных скоростях испытания, когда скорость деформации меньше скорости рекристаллизации стали при данной температуре. Как

только скорость деформации становится больше скорости ре­ кристаллизации, указанное явление исчезает [165].

Снижение пластичности в интервале критических температур не опасно и в большинстве случаев не требует уменьшенного обжатия шарикоподшипниковой стали (по сравнению с мяг­ кими, углеродистыми сталями).

До недавнего времени для прокатки качественных и высоко­ качественных сталей в связи с малыми развесами слитков этих сталей применяли малые дуо реверсивные блюминги и обжим­ ные станы трио.

На рис. 52 изображена диаграмма обжатия слитков сечением

до 450X450 мм на стане дуо «750» [164].

Обычно по мере разрушения первичной кристаллизации слит­ ка степень обжатия возрастает. Максимальная степень обжатия приходится на средние пропуска.

В последнее время на новых заводах для прокатки слитков легированных сталей устанавливают дуо реверсивные блюмин­

ги тех же размеров, что и для прокатки рядовых углеродистый сталей. Только для прокатки слитков некоторых высоколегиро­ ванных сталей и сплавов, химический состав которых лимитирует

размеры и вес слитка, применяют малые дуо реверсивные блю­ минги и обжимные станы трио с валками диам. 600—900 мм и специальной калибровкой. Размеры больших реверсивных блю­ мингов дуо определяются развесом слитка; так, блюминг с вал­ ками диам. 1100—1150 мм предназначается для прокатки слит­ ков оптимального развеса 5—10 т, блюминг 900—1000 мм — для

Рис. 52. Диаграмма обжатия слитков

слитков 1,5—6,0 т; малые блюминги 650—900 мм— для слитков весом до 4,5 т, а обжимные станы трио с диаметром валков до 900 мм — для прокатки слитков не более 2 т [164].

Примером калибровки блюминга дуо> с диаметром валков

1100 мм может служить калибровка блюминга Челябинского металлургического завода. Прокатка сталей марок ШХ6—ШХ15

на этом заводе производится по схеме прокатки сталей средней

твердости (табл. 99).

При прокатке заготовки размером 300 X 300 мм, начиная с 7-го пропуска, применяют другую схему (табл. 100).

Величина суммарной деформации слитка, наряду с темпера­

турой конца прокатки, определяет развитие рекристаллизации стали. Под рекристаллизацией стали при горячей обработке обычно понимается термический процесс возникновения и роста

новых зерен, имеющих более или менее равноосную форму и пра­ вильную кристаллическую решетку. Новые зерна быстро разви­

ваются за счет окружающих их зерен, искаженных деформацией.

Рекристаллизация является эндотермическим процессом и проходит за счет тепла деформируемого металла. По мере пони­ жения температуры металла к концу прокатки рекристаллизация

ослабевает, поэтому с точки зрения получения мелкого зерна

прокатку желательно заканчивать при низкой температуре. Од­ нако необходимо учитывать пластичность металла, а также тем­ пературу начала прокатки. Как было уже указано, высокая тем­ пература нагрева слитков обеспечивает хорошее растворение карбидов.

Прокатка слитков на требуемый профиль может осуществ­

ляться либо с одного нагрева, либо с двух. Так, на некоторых

германских заводах одно время после прокатки слитков на блю­ минге заготовки размером 145X145 мм с температурой 960— 1100° передавали на крупносортный стан, где прокатывали на круг 90, 72 и 65 мм в пять и восемь проходов.

При прокатке готового профиля с двух нагревов заготовки

после блюминга зачищают пневматическими молотками, кисло­ родными резаками или наждачными кругами.

При нагреве заготовок необходимо учитывать возможность обезуглероживания поверхностного слоя, степень которой отча­ сти определяется содержанием примесей в стали. Хром и марга­ нец, например, не увеличивают обезуглероживание, а кремний и вольфрам благоприятствуют этому процессу.

Глубина обезуглероживания увеличивается с повышением температуры и удлинением выдержки. Существенное обезуглеро­ живание наблюдается при температурах выше 700—750° (выше точки Aci). Шарикоподшипниковую сталь нагревают таким обра­ зом, чтобы уменьшить обезуглероживание — медленно до 700° и быстро выше этой температуры.

Кроме перечисленных факторов на обезуглероживание влияет также состав печной атмосферы.

В присутствии окиси углерода обезуглероживание уменьшает­

ся. Например, при отношении СО2: СО в печной атмосфере мень­ ше 1 : 7 обезуглероживания не происходит. В печах прокатного производства отношение СО2: СО обычно выше 3:1 [164].

Охлаждение и термическая обработка заготовок

Шарикоподшипниковая высокоуглерюдистая хромистая сталь предрасположена к образованию флокенов. Поэтому следует пре­ дусматривать специальные меры, предупреждающие образование флокенов, которые сводятся прежде всего к замедленному ох­

лаждению после прокатки и в некоторых случаях к специальным

видам термической обработки заготовок.

В зависимости от профиля и назначения применяют тот или другой режим охлаждения и термообработки.

При передаче заготовок с обжимных станов на сортовые до­

статочно обеспечить замедленное охлаждение в колодцах или да­ же штабелях. На Челябинском заводе при размере готового про­ филя больше 70 мм заготовки сечением 250X250 мм и 300X300 мм охлаждают в ямах до температуры около 200° в течение 72 час.; применяется и термообработка. При размере готового про­ филя меньше 70 мм заготовки охлаждают в штабелях, защищен­

ных от сквозняков.

При передаче на сторону заготовок крупного профиля их обычно подвергают термической обработке, заключающейся в высокотемпературном отпуске при 700°. Отпуск проводят после

прокатки, при охлаждении металла до 400—500°. Продолжи­ тельность выдержки при температуре отпуска, необходимой для предупреждения флокенов, определяется размером заготовок: например, для заготовки квадрат 200 мм, продолжительность

выдержки при отжиге составляет 24 час.

янии ее отжигают при 790—800°.

Твердость отожженной стали обычно колеблется в пределах 180—220 единиц по Бринелю.

Иногда сталь перед отжигом подвергают нормализации с целью подготовки структуры для отжига (уменьшения балла карбидной сетки).

После удаления поверхностных дефектов пневматическими зубилами и наждачными кругами сталь отправляют на после­ дующий передел.

Производство калиброванной стали

Калиброванную сталь получают методом волочения. Одной из основных операций в технологии волочения после отжига яв­ ляется очистка поверхности от окалины, обычно путем травления

серной кислотой. В связи с большой прочностью пленки окис­ лов хрома, к серной кислоте иногда добавляют соляную (10— 12%) [166]. С целью экономии соляной кислоты ее можно заме­

нять поваренной солью. Наряду с серной кислотой, используют ингибированную соляную кислоту, представляющую собой 18— 25%-ный водный раствор НС1, в который введен ингибитор ПБ-5 или ПБ-6 в количестве 0,8—1,0%. Ингибитор замедляет воздействие соляной кислоты на металл. Иногда дополнительно присаживают специальные добавки (например, ЧМ) для предо­ хранения металла от разъедания. Травление ингибированной ки­ слотой ведут в железных, деревянных ваннах и в ваннах из кис­ лотостойкого бетона. Расход ингибированной кислоты на одну тонну металла составляет 50—75 кг.

Для ускорения травления металла и экономии кислоты иног­ да применяют комбинированную очистку — сначала механичес­ ким путем, например дробеструйной обработкой, или во вра­

щающихся барабанах (опыт Златоустовского завода), а затем кислотным травлением.

Необходимо иметь в виду, что при травлении металл в какой-

то степени насыщается водородом и возможно1 понижение пла­

стичности металла (водородная хрупкость), поэтому протрав­ ленные штанги следует до волочения выдерживать не менее двух часов, в течение которых водород частично удаляется. После травления для удаления частиц окалины, присадок и т. д. штан­ ги промывают в горячей и холодной воде.

Перед волочением штанги подвергают желтению, чтобы обес­

печить хорошее прилипание смазки. Желтение заключается в

покрытии металла тонкой медно-желтого цвета оксидной плен­ кой, путем выдержки штанг в травильном отделении на воздухе в течение 0,5—1,0 часа. Иногда штанги подвергают омеднению путем выдержки в течение 2—5 мин. в сернокислом растворе медного купороса.

Последней операцией в подготовке штанг к волочению яв­

ляется известкование в горячем известковом молоке для уда­ ления остатков серной кислоты.

Вслучае трудности волочения на Златоустовском заводе по­ сле травления и желтения прутки обрабатывают в 20 %-ном вод­ ном растворе нитрида натрия при 75—80°.

Вкачестве смазки при волочении в последнее время преи­ мущественно применяют минеральное масло. Так, на Златоустов­

ском заводе при калибровке проволоки в бунтах используют солидол, а при калибровке прутков ■— машинное масло.

Волочильные инструменты (волока) изготавливают из метал­ локерамических сплавов и инструментальных сталей некоторых марок. На Златоустовском заводе при волочении прутков ди­ аметром до 25 мм используют победитовые волоки, а прутки большего диаметра протягивают через стальные матрицы, изго­ товленные из стали ШХ15, ЭИ366, ШХ15СГ.

Калиброванные прутки как правило получают в одну про­ тяжку. В зависимости от мощности волочильного стана и разме­ ра штанг волочение производится с обжатием от 0,5 до 3,5 мм,

обычно до 2 мм. Как правило, относительное обжатие умень­ шается с увеличением диаметра . прутка. В табл. 101 показан режим волочения прутков из стали ШХ15 [167], принятый на од­ ном из заводов.

Таблица 101

Режим волочения прутков из стали ШХ15

220 Прокатка и термическая обработка стали

После волочения прутки подвергают правке, чаще всего на роликовых правильных машинах. В зависимости от класса точно­ сти степень прямолинейности колеблется от 0,5 до 4 мм на один

погонный метр. С целью получения высокого класса прямолиней­

ности прутки подвергают правке на специальных правильнополировальных машинах. В этих машинах полировка прутков производится между косоустановленными бочкообразными вал­ ками. При полировке возможно уменьшение диаметра на 0,05— 0,1 мм. В результате холодного волочения в металле происходит наклеп, который изменяет механические свойства стали. Нагляд­ ным примером изменения механических свойств стали в сторону снижения пластичности являются результаты исследования ме­ ханических свойств стали ШХ15 до и после волочения, прове­

Для снятия напряжения в калиброванном металле, а также для частичного' или полного восстановления физических и меха­

нических свойств стали после волочения проводят низкотемпера­

турный отжиг, нагревая прутки до температуры, несколько ни­ же критической точки.

С целью устранения окисления поверхности металла и умень­ шения его обезуглероживания при нагреве в печной атмосфере, как правило, проводят так называемый светлый отжиг (в трубах или в печах с защитной атмосферой).

При светлом отжиге в трубу для предохранения металла от обезуглероживания засыпают чугунную стружку или графит,

или смесь того и другого (1:1). Торец трубы закрывают крыш­ кой и обмазывают глиной.

Режим нагрева под светлый отжиг определяется режимом нагрева стали до калибровки.

рикоподшипниковой стали, практиковавшейся на Златоустов­ ском заводе.

в течение 3 час., и, наконец, выдержка при 790° в течение 5— 12 час. Охлаждение до 680° вели со скоростью 40° С/час, затем выдержка 2—4 часа, охлаждение со скоростью 50 С/час до 630°

и через 3 часа охлаждение на воздухе.

Светлый отжиг в трубах проводился по следующему ре­ жиму: выдержка при 700° один час, при 710° два часа и при

720° 12 часов. Охлаждение металла на воздухе.

Производство калиброванной стали является, как правило, последней операцией на металлургических заводах. Другие операции — прокатка труб, подготовительные операции к произ­ водству подшипников — осуществляются на специализированных заводах.

Глава 14

ДЕФЕКТЫ СТАЛИ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМИ

К шарикоподшипниковой стали предъявляются очень жест­ кие требования в отношении макроструктуры, чистоты от шлако­ вый и газовых включений, а также карбидной ликвации и полос­ чатости.

сульфидных включений, а также отсутствие карбидной ликвации.

Дефекты макроструктуры, неметаллические включения, и,

особенно, сильно развитые строчечные карбиды могут быть при­ чиной образования мельчайших трещин при закалке, что в свою очередь приводит к разрушению шарика или кольца.

Усадочные пороки

К усадочным порокам стали, обусловленным сокращением объема слитка при его затвердевании и дальнейшем охлаждении, относятся усадоч,ная зональная раковина, общая рыхлость или пористость, осевая рыхлость, внутренние трещины, наружные трещины.

Несмотря на общность органических причйн, порождающих эти пороки, меры борьбы с ними различны из-за их специфиче­ ского характера.

Для предупреждения образования зональной раковины, об­ щей и осевой рыхлости следует обеспечить максимально полное и непрерывное питание всего объема слитка, вплоть до конца

затвердевания.

Во избежание образования наружных трещин необходимо стремиться возможно больше ослабить внутренние растягиваю­

щие напряжения, развивающиеся в слитке при охлаждении. Ме­ ры борьбы с образованием внутренних трещин должны быть комбинированными, т. е. предупреждающими образование уса­ дочных пороков и внутренних напряжений.

Усадочная или зональная раковина. Зональная раковина в слитке шарикоподшипниковой стали является поро­ ком, борьба с которым не представляет больших трудностей — достаточно лишь подобрать такие размеры утепляемой надстав-