2 Влияние процессов специальной металлургии на качество металла.
Основное назначение коррозионностойкой стали 110Х18М-ШД – это кольца, шарики и ролики подшипников высокой твердости для нефтяного оборудования, втулки осей и других деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности и износостойкости, работающие при температуре до 500 ºС и подвергающиеся действию агрессивных сред (морской и речной воды, растворов щелочей, уксусной и азотной кислот и прочих).
В процессе эксплуатации детали подшипника принимают на себя действие высоких знакопеременных нагрузок. Участки, на которых концентрируется нагрузка, являются очень небольшими, вследствие чего на них возникают высокие местные контактные напряжения переменного характера. В связи с этим, к подшипниковым сталям предъявляют высокие требования по неметаллическим включениям. Очень жесткие требования в отношении макроструктуры, отсутствия шлаковых и газовых включений, а также карбидной ликвации, сетки и полосчатости.
Улучить свойства и служебные характеристики стали можно за счет применения рафинирующих переплавов – электрошлакового (ЭШП) и вакуумно-дугового (ВДП).
Электрошлаковый процесс снижает концентрацию серы, а также способствует некоторому уменьшению размеров карбидов и более равномерному их распределению (примерно на 1 балл) из-за большой скорости охлаждения. Кроме того, ЭШП за счёт изменения условий охлаждения (в кристаллизаторе) уменьшаются пористость и рыхлость. ЭШП применяют для глубокого рафинирования стали от неметаллических включений, являющихся концентраторами напряжений.
Принцип электрошлакового переплава заключается в том, что при прохождении переменного тока через слой жидкого шлака в нем выделяется тепло, оплавляющее конец электрода, погруженного в шлак. Состав шлака подбирают таким образом, чтобы он обладал высоким рафинирующим действием с высоким электросопротивлением. Расплавленный металл, проходящий через шлак, рафинируется, в нем снижается содержание кислородных включений и серы. Попадая в водоохлаждаемый кристаллизатор, очищенный металл быстро и направленно кристаллизируется, что предотвращает образование дефектов слитка. В качестве расходуемого электрода применяю прокат стали открытой выплавки, разлитой в слитки или полученной методом непрерывной разливки. Затвердевший слиток после ЭШП имеет гладкую поверхность, чему способствует тонкая корочка шлака, образующегося на холодных стенках кристаллизатора. Особенностями слитков ЭШП являются высокая плотность, отсутствие крупных неметаллических включений, равномерное распределение мелких включений, отсутствие внутренних и поверхностных раскатанных загрязнений, усадочных дефектов, повышенная пластичность при горячей механической обработке. При электрошлаковом процессе степень десульфурации составляет 80%. Содержание сульфидных и оксидных включений снижается в 1,5 – 2 раза.
Вакуумно-дуговой процесс позволяет осуществить глубокое рафинирование стали от газов и цветных примесей (Pb, Bi, Su), сохраняя направленную кристаллизацию. Принцип вакуумно-дугового переплава обработки заключаются в следующем. В вакуумной камере между концом расходуемого электрода и лункой жидкого металла, образующейся в водоохлаждаемой изложнице, куда собирается расплавленный металл, горит дуга. По мере расплавления электрода в кристаллизаторе наплавляется слиток переплавленного металла. Жидкий металл предохраняется от окислительного воздействия атмосферного кислорода; вследствие снижения давления в печи уменьшается растворимость азота и водорода, они выделяются из жидкого металла и откачиваются. Вследствие повышения раскислительной способности углерода уменьшается содержание кислорода в металле и, как следствие, снижается содержание неметаллических включений в результате восстановления их углеродом; также снижается содержание примесей некоторых цветных металлов (олово, мышьяк, свинец, висмут и др.), обладающих высокой упругостью пара; повышается химическая однородность стали. Электродами для вакуумно-дугового переплава являются прокатанные заготовки, предварительно полученные в электродуговых или электрошлаковых печах.
Совместно, два эти процесса (ЭШП и ВДП) позволяют, повысить горячую пластичность, особенно в поперечном направлении, увеличить прочность и вязкость на 5 – 10% в состоянии высокой твёрдости 60 – 67 HRC.