2 Требования к металлу открытой выплавки

Марганец, так же как и хром, способствует повышению твер­дости и сопротивляемости стали истиранию, но, кроме того, он необходим в стали и как раскислитель. Однако марганец вы­зывает рост зерна стали при нагреве, что ухудшает поведение ее при закалке.

Повы­шенное содержание марганца (0,9…1,2%) для стали ШХ15СГ выбрано по следующим соображениям. При нагреве под за­калку карбиды марганца типа (Fe, Mn)₃C легко растворяются в аустените, в результате чего в твердый раствор переходит до 80% имеющегося в стали марганца. В связи с этим распад аустенита при охлаждении стали сильно замедляется, критиче­ская скорость закалки уменьшается, а прокаливаемость стали увеличивается. Это позволяет закаливать массивные изделия в слабозакаливающих жидкостях (масло). Кроме того, при по­вышении в стали содержания марганца и кремния увеличи­вается количество и стабильность остаточного аустенита после закалки, что способствует уменьшению изменений размеров де­талей подшипников в процессе службы, а также уменьшает склонность стали к короблению и трещинам при закалке с по­вышенных температур. Кроме того, сталь ШХ15СГ обла­дает более высокой прочностью при кручении и изгибе, боль­шей сопротивляемостью износу и более высокой сопротивляе­мостью контактной усталости, чем сталь ШХ15.

Сталь ШХ15СГ обладает и рядом недостатков, а именно – она имеет большую загрязненность оксидными включениями и часто худшую макроструктуру главным образом вследствие повышен­ного содержания в ней кремния.

Кремний присутствует в стали прежде всего как раскислитель. При пониженном содержании кремния в кристаллизую­щемся слитке происходит взаимодействие растворенных в ме­талле кислорода и углерода с образованием окиси углерода, не полностью успевающей удалиться из слитка. При этом слит­ки получаются неплотными, пораженными пузырями.

Ограничение в содержании никеля вызвано тем, что при его присутствии снижается твердость закаленной стали.

Увеличение содержания фосфора в стали вызывает рост зер­на при нагреве и повышение хрупкости стали, что в свою оче­редь приводит к увеличению чувствительности деталей подшип­ников к динамическим нагрузкам и развивает склонность ме­талла к закалочным трещинам. Сталь с повышенным содержанием фосфора обладает низкой прочностью на изгиб, поэтому содержание фосфора в стали резко ограничивается.

Отрицательное влияние серы на качество шарикоподшипни­ковой стали проявляется прежде всего в увеличении количества и размеров сульфидных включений. Выход сульфидных вклю­чений на рабочую поверхность или залегание их под тонким слоем металла беговых дорожек колец подшипников заметно снижает износостойкость деталей подшипников. Кроме того, микропоры в стали часто располагаются у сульфидных вклю­чений, что свидетельствует о пониженной прочности и пластич­ности участков металла, загрязненных сульфидами, при повы­шенных температурах.

Чрезвычайно вредным для шарикоподшипниковой стали яв­ляется также повышение содержания в ней газов: кислорода, азота и водорода. Увеличение содержания кислорода влечет за собой ухудшение макроструктуры металла и повышение содер­жания в нем оксидных включений. Этот вопрос будет подробно рассматриваться ниже в соответствующих разделах книги. Относительно влияния на качество шарикоподшипниковой ста­ли водорода и азота систематизированных и подробных данных пока нет. Однако не подлежит сомнению, что необходимо все­ми мерами стремиться снижать содержание водорода в стали, поскольку шарикоподшипниковая сталь является сильно флокеночувствительной, а водород в конечном итоге является ис­ходной причиной образования флокенов. С увеличением содер­жания водорода понижается предел прочности, удлинение, сужение и ударная вязкость стали.

При выплавке шарикоподшипниковой стали предъявляют повышенные требования по содержанию влаги и серы, вследствие высокой флокеночувствительности этой стали и вредного влияния на ее качество сульфидных включений. Содержание влаги в извести, плавиковом шпате и железной руде не должно быть более 1%, а содержание серы в извести не более 0,1%. Известь применяют свежеобожженную кусковую, а железную руду и плавиковый шпат в прокаленном состоянии.

Количество выгоравшего за время окислительного периода углерода рекомендовалось иметь не менее 0,4%, но практически оно составляло часто 0,5…0,6% , что обусловливало большую продолжительность окислительного периода (1 час…1 час. 40 мин.).

Содержание марганца в процессе окисления, как правило регламентировалось, исходя из ошибочного представления о его предохранительном действии против переокисления металла, и поддерживалось на уровне 0,2% часто с помощью присадок ферромарганца [3].

Используя все преимущества ЭШП, разработку технологии переплава ведут таким образом, чтобы в возможно большей степени подавить ликвационные процессы при кристаллизации этих сталей, обеспечить максимальную плотность и однородность структуры и чистоту металла по неметаллическим включениям.