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

Рис. 60. Влияние содержания угле­ рода в стали ШХ15 на карбидную

сетку

1,06% средний балл по карбидной сетке почти монотонно повы­

шается от 1,10 до 1,63.

или хрома на 0,01% принять за

критерий относительного влияния этих элементов, то для углерода этот критерий составляет 0,048

балла, а для хрома 0,022, т. е.

хром влияет на карбидную сетку

вдва раза слабее, чем углерод.

Всвязи с заметным влиянием

на карбидную сетку содержания углерода рекомендуется для ста­

ли, сдаваемой с отжигом, огра­ ничивать содержание углерода

По данным сдаточного контроля на Челябинском металлурги­ ческом заводе, сталь марки ШХ15СГ имеет меньший балл по карбидной сетке, чем сталь ШХ15. Этот вывод подтверждается

результатами статистической обработки 28615 оценок по кар­

бидной сетке в одинаковых профилях стали обеих марок за 5 лет работы завода (рис. 62).

Сталь обеих марок разливали, прокатывали и. отжигали по общей технологии. Контроль карбидной сетки после отжига ве­

ли в соответствии с ГОСТ 801—47 по 5 шлифам от каждой плав­ ки-операции. Различие в технологии выплавки стали ШХ15СГ по сравнению со сталью ШХ15 заключалось лишь в дополнитель­ ной присадке ферромарганца и ферросилиция в процессе рафи­ нирования.

Как видно из рис. 62, для любой группы профилей баллы по карбидной сетке у стали ШХ15СГ неизменно ниже, чем у стали ШХ15, что объясняется прежде всего повышенным содержанием кремния, который затрудняет диффузию углерода.

Влияние технологических факторов прокатки

Разрушение и исчезновение карбидной сетки при отжиге сор­ та диаметром более 30 мм зависит от ее характера (толщины и величины петель, слитности и пр.); в связи с этим роль техноло­ гических факторов прокатки, формирующих структуру карбид­

ной сетки, несомненна.

Основными технологическими факторами прокатки, которые могут влиять на характер карбидной сетки в сорте, являются:

а) нагрев слитков и передельных заготовок перед прокаткой; б) вес слитка;

в) температура конца прокатки; г) скорость охлаждения после прокатки.

Влияние указанных факторов прокатки, подробно изучали на

Челябинском металлургическом заводе [1813-

Материалом исследования служила сталь марки ШХ15, вы­ плавлявшаяся по единой технологии с суженными против ГОСТ

801-—47 пределами по содержанию углерода (0,95—1,03%).

Слитки развесом 1,2 т прокатывали на заготовку 140X140 лог, которую затем прокатывали на круг диаметром 30—70 мм.

Слитки нагревали в методических печах в течение 7,5 час. (с холодной посадкой), а передельные заготовки — также в методи­ ческих печах в течение 3 час. Температура нагрева в печах обоих станов составляла 1220 +10° (по стенке печи у окна выдачи).

При этом температура поверхности слитка на первом стане пос­ ле второго прохода составляла 1140—1160°, а температура по­

верхности заготовок (также после второго прохода) — ИЗО—

1150°С.

При изучении влияния укрупнения слитка и дополнительного нагрева перед прокаткой плавки разливали в слитки весом 1,2 и 2,8 т. Малые слитки, нагревали и прокатывали по указанному вы­

ше режиму, а большие слитки подвергали последовательной про­

катке на трех станах. При этом перед прокаткой на обжимном стане слитки нагревали в колодцах в течение 3,0—3,5 час. (тем­

пература слитков при всаде 750—800°, температура поверхности слитков при выдаче 1150—1170°).

Для каждого варианта нагрева от каждой плавки отбирали по 6 проб, из которых приготовляли продольные осевые шлифы для выявления карбидной полосчатости. Карбидную сетку оце­ нивали после закалки непосредственно в катаном состоянии.

Исследование показало, что продолжительность нагрева слит­ ков перед прокаткой практически, не влияет на карбидную сетку. Общий среднеплавочный балл по карбидной сетке при нормаль­ ной продолжительности нагрева составил 3,04, а при более про­ должительном нагреве—2,91, т. е. практически не улучшился.

Аналогичное соотношение наблюдается и при сопоставлении максимальных среднеплавочных баллов.

Так как при нагреве металла в литом состоянии диффузион­ ные процессы, влияющие на карбидную сетку, протекают хуже,

чем в предварительно деформированном состоянии, исследование продолжили с тем, чтобы окончательно убедиться в отсутствии

влияния продолжительного нагрева на карбидную сетку. Опытные заготовки 140X140 мм прокатывали на готовый сорт

(диам. 50 мм), нагревая в такой же методической печи до такой же температуры. Контроль карбидной сетки в этом случае про­ изводили по закаленным шлифам от отожженный прутков, про­

катанных из опытных слитков.

Результаты испытаний показали, что для стали, прокатанной из предварительно обжатой заготовки, при увеличении продолжи­ тельности нагрева в два раза наблюдается некоторое уменьшение карбидной сетки практически, однако, несущественное. Средне­ плавочный балл карбидной сетки при увеличении длительности нагрева составил 2,76 вместо 2,79 при нормальном нагреве.

Таким образом, ни изменение режима нагрева слитков на об­ жимном стане, ни удлинение нагрева заготовок на сортовом ста­ не не снижают в заметной степени балл по карбидной сетке.

Влияние веса слитка и дополнительного на­ грева. Для проверки влияния веса слитка и дополнительного нагрева на балльность по карбидной сетке было отлито 30 плавок

в слитки весом 1,2 т, и 30 плавок в слитки весом 2,8 т. Техноло­ гическое различие между обеими сериями плавок заключалось

только в наличии дополнительного передела для слитков весом

2,8 т.

На рис. 64 приведено частотное распределение баллов по кар­

бидной сетке в готовом сорте из слитков различного развеса в зависимости от крупности, профиля. Для прутков диам. 42—50 мм несомненна тенденция к улучшению балльности по карбидной

сетке при прокате из слитка 2,8 т. Частотная кривая в этом слу­

чае смещается в сторону низких баллов. Для прутков диам. 30— 40 мм эта тенденция выражена менее отчетливо. Суммарная час­ тота баллов 0,5—2,0 для слитка 2,8 т составляет 77,7%, тогда как для слитка 1,2 т — 62,4%, т. е. на 15% меньше.

Чтобы окончательно убедиться в малой эффективности треть­ его передела, 3 плавки разливали в слитки весом 1,2 и 2,8 т, ко­ торые в два или три передела катали на круглую сталь диам. 38

и 50 мм и отжигали в одинаковых условиях.

Как видно из рис. 65, балл по карбидной сетке в готовом сор­

те, полученном 1,2 и 2,8 т, оказался практически одинаковым.

Таким образом, слитки весом 2,8 т, подвергаемые дополни­ тельному (третьему) переделу с посадкой в нагревательные

печи в горячем состоянии, практически не имеют преиму­ щества по карбидной сетке перед слитками весом 1,2 т.

Влияние скорости охлаждения после проката.

Скорость охлаждения металла после проката несомненно влияет на величину карбидной сетки [182—184]. Считается, что это влия­ ние сводится к изменению микроструктуры катаной стали, предо­ пределяющей поведение стали при отжиге. Если сразу же после прокатки сталь подвергается быстрому охлаждению, то карбид­ ная сетка и пластинчатые карбиды, входящие в состав перлита, получаются в более тонких выделениях, чем в случае медленно* по охлаждения стали. Различие в исходной микроструктуре,

обусловленное скоростью охлаждения после прокатки, в некото­

рой степени сохраняется и после отжига. На рис. 66 показана микроструктура шарикоподшипниковой стали, охлажденной с различной скоростью после прокатки, законченной при темпера­ туре 950°. Пруток диам. 60 мм сейчас же после прокатки, разре­ зали на 4 пробы длиной 1,2 м каждая, после чего одну пробу ох­

лаждали в воде, другую — под вентиляторным дутьем, третью —

на спокойном воздухе и четвертую — в песке. Из охлажденных проб на равных расстояниях нарезали карборундовым диском по

5 шайб толщиной 20—25 мм, из которых приготовляли попереч­ ные шлифы. Для исключения влияния резки перед приготовле­

нием шлифа на наждачном станке стачивали слой глубиной 2 мм.

После просмотра микроструктуры все шлифы отжигали одно­ временно, после чего снова просматривали на карбидную сетку (в закаленном состоянии).

При этом было установлено, что микроструктура шлифов, приготовленных из разных проб, неодинакова: в закаленной про­ бе (твердость 555 Нв) на фоне мартенсита и аустенита карбид­

ная сетка наблюдается лишь в отдельных местах в виде очень

тонких прерывистых линий; в пробе, охлажденной под вентиля­ тором (твердость 375 Нв), сетка располагается сплошь по гра­ ницам зерен, толщина сетки здесь около 2,7 ц; в пробе, охлажден­ ной на воздухе (твердость 363 Нв), толщина сетки увеличивается до 4,7р.; в пробе, охлажденной в песке (твердость 302 Нв) —

8,3 и-. Предельная толщина цементитных пластин в перлите, из­

меряемая на расстоянии, между двумя соседними темными полос­ ками, под микроскопом достигает, соответственно режимам ох­ лаждения, 5,4; 6,7 и 8,1 ц. Приведенные данные, несмотря на их

условный характер, показывают, что влияние, оказываемое

охлаждением после прокатки на карбидную сетку, значительно больше, чем на карбидные пластинки в перлите. Зато на величи­ ну зерна охлаждение не влияет: во всех пробах она практически одинакова, в поле зрения микроскопа наблюдается 56—57 зерен

для всех скоростей охлаждения. По шкале ГОСТ 5639—51 такое количество зерен соответствует баллу 3 (60 зерен).

Необходимо отметить, что микроструктура отожженных проб

находится в прямом соответствии с исходной микроструктурой

(рис. 67). В пробе, предварительно прошедшей закалку, карбид­ ная сетка имеет наименьший балл, сама сетка наиболее тонкая, а глобулярные карбиды наиболее мелкие. В пробе, прошедшей

предварительное охлаждение под вентилятором, карбидная сет­ ка имеет более высокий балл, сама сетка толще, а глобулярные карбиды крупнее. Это ухудшение балльности по карбидной сетке и укрупнение карбидов усиливается при переходе к пробе, пред­

варительно охлажденной на воздухе, и. еще больше при переходе к пробе, охлажденной в песке (рис. 67, г). Описанные опыты до-

254 Дефекты стали и методы борьбы с ними

казывают, что необходимо добиваться максимально быстрого охлаждения прутков после прокатки в интервале температур

950—700°.

Благоприятное влияние ускоренного охлаждения объясняется

тем, что процессу сфероидизации, карбидов, происходящему при отжиге, предшествует стадия растворения карбидов в твердом растворе, зависящая от степени их крупности: чем тоньше обра­ зования карбидов после прокатки, тем быстрее и полнее они растворяются при. отжиге и тем меньше балл по карбидной сетке.

В практических условиях важно знать, насколько существен­

целью сопоставляли влияние обычного (естественного) и уско­ ренного (искусственного) охлаждения стали в прутках диам. 55 и 65 мм на карбидную сетку после отжига.

Ускоренное охлаждение создавалось путем обдувки воздухом сразу же после проката прутков, разрезанных на мерные длины. Воздух подавался пятью вентиляторами, установленными на пло­ щадке прокатного цеха. Прутки диам. 55 мм охлаждались с тем­ пературы 950° (конец прокатки) до 700° (перлитное превраще­ ние) в течение 14 мин., а прутки диам. 65 мм—16 мин., вместо

20 и 22 мин. соответственно при обычном охлаждении. Пробы для контроля карбидной сетки отрезали от прутков на расстоянии 0,8—1,0 м от края.

Результаты оценки балльности по карбидной сетке после от­ жига проб, взятых от опытных плавок, наглядно показали, что подстуживание проката, т. е. искусственное охлаждение прутков

сейчас же после прокатки путем обдувания вентиляторным воз­ духом, является эффективным средством улучшения балльности по карбидной сетке после отжига; разница между подстуженны-

ми и естественно охлажденными прутками достигает в среднем одного балла. Эта величина очень значительна, что обязывает

строжайше соблюдать требование максимально быстрого охлаж­ дения прутков после прокатки.

Влияние температуры конца прокатки. Подшип­ никовые стали прокатывают в таком интервале температур, при котором полностью сохраняется однофазное аустенитное состоя­ ние, образовавшееся при нагреве. Выпадение из аустенита заэв-

тектоидных карбидов начинается при температурах ниже 850°, т. е. при обычных температурах горячей прокатки это явление не

имеет места. В связи с этим нет оснований считать, что благо­ приятная форма карбидной сетки, получаемая при низких тем­ пературах окончания проката, связана с механическим воздей­ ствием на прокатываемый металл.

Только при температуре горячей механической обработки ни­ же 800° карбидная сетка может быть разрушена.