» » Подшипниковая сталь
04.02.2015

Подшипниковая сталь относится к числу тех сталей, которые на протяжении длительного времени привлекают внимание металлургов. Это объясняется тем, что условия ее службы по мере усложнения различных машин и механизмов и ужесточения условий их эксплуатации также становятся все более сложными и тяжелыми. Поскольку сталь в подшипниках качения подвергается циклическим и знакопеременным нагрузкам именно в локальных участках, то для нее особенно опасны любые виды и проявления неоднородности (неметаллические включения, структурная неоднородность). В этой связи использование металлизованного сырья в качестве шихты при выплавке подшипниковой стали, обеспечивающего внесение в сталь меньшего количества загрязнений, несомненно, благоприятно. Известно, что в Швеции оно уже используется при выплавке этой стали как в кислых мартеновских, так и в основных дуговых печах довольно широко и в течение длительного периода времени. Положительное влияние при этом, очевидно, следует оценивать с двух позиций: понижения содержания азота в металле и понижения содержания примесей цветных металлов.
Если изучению влияния кислорода и водорода на свойства шарикоподшипниковой стали уделяется большое внимание, то влияние азота пока находится вне поля зрения исследователей. Между тем имеются отдельные данные, свидетельствующие о весьма значительном снижении сопротивлясмости выкрашиванию деталей подшипников при повышении в стали содержания азота с 0,003 до 0,025 Б. Черман приводит результаты сравнительных испытаний двух партий подшипников из стали типа ШX15, по 99 шт. в каждой партии. Наружные кольца, одной партии были изготовлены из стали, выплавленной дуплекс-процессом (основная электропечь кислая мартеновская печь), а другой партии - из первоклассной стали, выплавленной в основной электропечи. Твердость колец обеих партий составляла HRC 64-65. Испытания всех подшипников были проведены в совершенно одинаковых условиях, однако стойкость колец из кислой стали превысила стойкость колец из основной стали в среднем в 26 раз. Такую значительную разницу в стойкости колец Черман относит за счет того, что кислая сталь содержала только 52 r/т стали азота, а основная - примерно в 2 раза больше: 110 г/т стали. Результаты этого исследования дают основание полагать, что вопрос о влиянии азота на свойства шарикоподшипниковой стали заслуживает самого пристального изучения и решение его может таить в себе большой резерв повышения долговечности подшипников.
Содержание никеля и меди в шарикоподшипниковой стали ограничивается 0,25 % каждого и его желательно иметь минимальным но следующим соображениям.
Ограничение в содержании никеля вызвано тем, что при его присутствии снижается твердость закаленной стали.
Влияние меди на свойства и поведение при горячей механической обработке стали ШХ15 специально исследовалось И.Н. Лагунцовым. Результаты проведенного им исследования показали, что с повышением содержания меди повышаются твердость, предел прочности, предел пропорциональности и прокаливасмость стали, но вместе с тем наблюдается ухудшение поведения стали при горячей механической обработке, проявляющееся в образовании мелких поверхностных трещин и надрывов. Кроме того, медь способствует повышению склонности стали к дисперсионному твердению. Имеются также указания на то, что повышение содержания никеля и меди в стали вызывает увеличение количества пластинчатого перлита и тем самым твердости ее в отожженном состоянии. В целом влияние меди, как и никеля, на свойства подшипниковой стали отрицательно, поэтому она также рассматривается как нежелательная примесь.
В ряде работ шведских и японских ученых была сделана попытка более детально оценить влияние примесей на свойства стали и стойкость подшипников. В работе этот вопрос затрагивается косвенно, а именно делается попытка установить зависимость между содержанием остаточных элементов в подшипниковой стали и долговечностью одиннадцати партий подшипников из этой стали при различной технологии вышивки. В конечном итоге авторы пришли к выводу о неблагоприятном влиянии на T10 и Т50 партий подшипников содержания Al, Ni, Cu, Mo и V в стали. В особенности отрицательным оказалось влияние свинца в стали. В работах японских исследователей на шести плавках шарикоподшипниковой стали, выплавленных на различной шихте (традиционная шихта, состоящая из скрапа и чугуна, шихта с содержанием губчатого железа от 50 до 100 %), исследовался комплекс свойств стали, включая контактную выносливость. Было установлено, что при введении в шихту губчатого железа в стали уменьшается содержание остаточных элементов, но плавки оказались более загрязненными неметаллическими включениями. Контактная выносливость стали, выплавленной с использованием первородной шихты, оказалась значительно выше, чем стали, выплавленной на обычной шихте. Ho испытывалось только по одной плавке каждого варианта шихтовки и при этом не было установлено закономерности во влиянии количества губчатого железа в шихте на контактную выносливость.
В России при выплавке в 40-т электропечах стали ШХ15 с использованием различных металлических шихтовых материалов, в том числе шихтовой заготовки, выплавленной из губчатого железа завода "Сибэлектросталь", получены следующие данные по содержанию (%) в ней примесей цветных металлов:
Подшипниковая сталь

Как видно, остаточное содержание цветных примесей в стали ШХ15 уже практически равно содержанию их в обычном торговом ломе, т.е. довольно высоко. Использование же шихты из губчатого железа позволяет снизить его в 2 раза и более.
Из выплавленного металла были изготовлены и испытаны подшипники. Ho, к сожалению, загрязненность оксидными неметаллическими включениями стали, выплавленной на шихтовой заготовке из губчатого железа, оказалась заметно более высокой, чем стали, выплавленной на шихте других видов. Это не следует относить к недостаткам самой первородной шихты, а только к тому, что на первых опытных плавках, как, видимо, и в исследовании японских ученых, не удалось подобрать сразу оптимальной технологии выплавки и раскисления металла. Нет никаких сомнений, что в перспективе при организации массового производства шарикоподшипниковой стали с использованием металлизованного сырья этот вопрос будет решен в особенности с использованием таких средств, как вакуумирование.
Ho пока что по этой причине на опытных партиях стойкость подшипников, выплавленных с использованием чистой шихтовой болванки, оказалась невысокой. Это свидетельствует об определяющем влиянии оксидных включений на стойкость подшипников: влияние других факторов, в том числе содержания цветных примесей, может устойчиво проявиться только в стали, чистой по оксидным включениям.