Какво е лагерна стомана? Какъв вид стомана е лагерната стомана?
Лагерната стомана е стоманата, използвана за направата на топки, ролки и лагерни пръстени. Лагерите са подложени на голям натиск и триене по време на работа, така че лагерните стомани трябва да имат висока и еднаква твърдост и устойчивост на износване, както и високи граници на еластичност. Това е една от най-строгите марки стомана в цялото производство на стомана, със строги изисквания за еднородност на химичния състав, съдържанието и разпределението на неметалните включвания и разпределението на карбидите.
През 1976 г. Международната организация по стандартизация (ISO) включи някои общи класове лагерна стомана в международните стандарти и раздели лагерната стомана на четири категории: напълно закалена лагерна стомана, повърхностно закалена лагерна стомана, неръждаема лагерна стомана и високотемпературна лагерна стомана , с общо 17 класа стомана. Някои държави са добавили категория лагерни стомани или сплави за специални цели. Методът за класифициране на лагерната стомана, който е включен в стандарта в Китай, е подобен на този на ISO, съответстващ на четири категории: лагерна стомана с високо съдържание на въглерод, карбюризирана лагерна стомана, неръждаема устойчива на корозия лагерна стомана и високотемпературен лагер стомана.
През последните 50 години Китай също постигна голям напредък в класовете лагерни стомани и лагерни материали, като лагерна стомана без хром, средно въглеродна лагерна стомана, лагерна стомана със специално предназначение и сплави, металокерамика и др.
Високовъглеродна хромирана стомана GCr15 е най-голямото производство на лагерна стомана в света, въглеродът Wc е около 1%, хромът Wcr е около 1,5%, от раждането през 1901 г. до повече от 100 години, основните компоненти не са се променили основно, с напредъка на науката и технологиите, изследователската работа продължава, качеството на продуктите продължава да се подобрява, което представлява повече от 80% от общото световно производство на лагерна стомана. Толкова много, че сега това, което наричаме лагерна стомана, ако няма специално описание, се отнася до GCr15.
Лагерната стомана се използва главно при производството на търкалящи тела и пръстени за търкалящи лагери. Тъй като лагерът трябва да има характеристиките на дълъг живот, висока точност, ниска калоричност, висока скорост, висока твърдост, нисък шум, висока устойчивост на износване и т.н., лагерната стомана трябва да има: висока твърдост, еднаква твърдост, висока граница на еластичност, висока якост на контактна умора, необходима якост, сигурна закаляемост и устойчивост на корозия в атмосферните смазочни материали.
За да се изпълнят горните изисквания за производителност, еднородността на химическия състав на лагерната стомана, съдържанието и вида на неметалните включвания, размерът на частиците и разпределението на карбидите и обезвъглеродяването са строго необходими. Лагерната стомана като цяло се развива в посока на високо качество, висока производителност и множество разновидности. Според характеристиките и средата на приложение лагерната стомана се разделя на: високовъглеродна хромирана лагерна стомана, карбуризираща лагерна стомана, високотемпературна лагерна стомана, неръждаема лагерна стомана и специални лагерни материали.
За да се изпълнят изискванията за висока температура, висока скорост, високо натоварване, устойчивост на корозия и устойчивост на радиация, е необходимо да се разработи серия от нови лагерни стомани със специални свойства. За да се намали съдържанието на кислород в лагерната стомана, е разработена технология за топене на лагерна стомана, като вакуумно топене, електрошлаково претопяване и електронно лъчево претопяване. Топенето на големи количества лагерна стомана се топи от електродъгова пещ и се развива в различни видове първични рафиниращи пещи и външно рафиниране.
Понастоящем лагерната стомана се произвежда от първичната рафинираща пещ с капацитет над 60 тона + LF/VD или RH + непрекъснат процес на леене + непрекъснат процес на валцуване, за да се постигне целта за високо качество, висока ефективност и ниска консумация на енергия. По отношение на процеса на топлинна обработка, той се е развил от дънна пещ и камбанна пещ до топлинна обработка в пещ за отгряване с непрекъсната управляема атмосфера. Понастоящем типът пещ за непрекъсната топлинна обработка е до 150 m, а структурата на сфероидизация на обработената и произведена носеща стомана е стабилна и равномерна, обезвъглеродяващият слой е малък и консумацията на енергия е ниска.
От 70-те години на 20-ти век, с икономическото развитие и индустриалния технологичен прогрес, обхватът на приложение на лагерите се разширява; Развитието на международната търговия насърчи интернационализацията на стандартите за лагерна стомана и разработването и прилагането на нови технологии, нови процеси и ново оборудване.
Япония и Германия са изградили високочисти, висококачествени производствени линии за лагерна стомана, така че производството на стомана се е увеличило бързо, а качеството и животът на стоманата при умора са значително подобрени. Съдържанието на кислород в лагерните стомани, произведени в Япония и Швеция, е намалено до по-малко от 10 ppm. В края на 80-те напредналото ниво на японската Sanyo Special Steel Company беше 5,4 ppm, достигайки нивото на вакуумно претопена лагерна стомана.
Издръжливостта на контактната умора на лагера е много чувствителна към еднородността на стоманената конструкция. Подобряването на чистотата (намаляване на съдържанието на примесни елементи и включвания в стоманата) и насърчаването на финото и равномерно разпределение на неметалните включвания и карбиди в стоманата може да подобри живота на лагерната стомана при контактна умора.
Структурата на лагерната стомана в състояние на употреба трябва да бъде закалена мартензитна матрица с равномерно разпределени фини карбидни частици, които могат да придадат на лагерната стомана необходимите свойства. Основните легиращи елементи във високовъглеродните лагерни стомани са въглерод, хром, силиций, манган, ванадий и др.
Как да се получи сфероидизирана микроструктура е важен проблем при производството на лагерна стомана, а контролираното валцоване и контрол на охлаждането е важен производствен процес на усъвършенствана лагерна стомана. Чрез контролиране на валцуване или бързо охлаждане след валцуване, мрежестите карбиди се елиминират и се получава подходяща подготвителна структура, която може да съкрати времето за сфероидизиращо отгряване на лагерната стомана, да пречисти карбидите и да подобри живота на умора.
През последните години Русия и Япония приеха нискотемпературно контролирано валцуване (под 800 градуса ~ 850 градуса) и след валцуване се използват въздушно охлаждане и краткотрайно отгряване или процесът на сфероидизиращо отгряване се отменя напълно, за да се получи квалифициран лагер стоманена структура.
Обработката на лагерна стомана при температура от 650 градуса също е нова технология. Ако евтектична стомана или високовъглеродна стомана има фина зърнеста структура или може да образува фино зърно по време на обработка преди гореща обработка, тя ще покаже свръхпластичност в (0.4~0.6) температурен диапазон на топене при определена скорост на деформация.
Военноморският изследователски институт на САЩ (NSP) проведе тест за топло обработване при 650 градуса върху 5 2100 стомани и показа, че при истинско напрежение от 650 градуса 2,5 не се счупва. Следователно е възможно да се замени високотемпературната обработка с 650-градусова топла обработка и да се комбинира с процес на сфероидизиращо отгряване, което е от голямо значение за опростяване на оборудването и процесите, спестяване на енергия и подобряване на качеството.
По отношение на термичната обработка е постигнат напредък в подобряването на качеството на сфероидизиращото отгряване, получаване на фини, равномерни и сферични карбиди и съкращаване на времето за отгряване или отмяна на процеса на сфероидизиращо отгряване, т.е. две тъканни отгрявания се използват при производството на телени пръти и рекристализиращото отгряване при 720 градуса ~ 730 градуса след изтегляне се променя на тъканно отгряване при 760 градуса. По този начин може да се получи структура с ниска твърдост, добра сфероидизация и без мрежест карбид, а ключът е да се гарантира, че степента на намаляване на междинното изтегляне е по-голяма или равна на 14%. Този процес повишава ефективността на пещта за термична обработка с 25%~30%. Технологията за термична обработка с непрекъснато сфероидизиране и отгряване е посоката на развитие на термичната обработка на лагерната стомана.
Всички страни проучват и разработват нови лагерни стомани, за да разширят приложението и да заменят традиционните лагерни стомани. Например, скоростта на карбуризиране на лагерна стомана с бързо карбуризиране се увеличава чрез промяна на химичния състав, в който съдържанието на въглерод се увеличава от традиционното {{0}}.08%~0,20% до около 0,45%, а времето за карбуризиране се съкращава от 7 часа на 30 минути.
Високочестотната закаляваща лагерна стомана е разработена и обикновената средно-въглеродна стомана или средно-въглеродна манганова и хромова стомана се използва за замяна на обикновената лагерна стомана чрез високочестотно нагряване и закаляване, което не само опростява производствения процес, но и но също така намалява разходите и подобрява експлоатационния живот.
Животът на умора на GCr465 и SCM465, разработени в Япония, е 2~4 пъти по-висок от този на SUJ2. Поради нарастващото използване на лагери в среда на висока температура, корозия и лоши условия на смазване, използваната в миналото лагерна стомана M50 (CrMo4V), 440C (9Cr18Mo) вече не може да отговори на изискванията за употреба и е спешно да се разработване на лагерна стомана с добра производителност на обработка, ниска цена, дълъг живот на умора и подходяща за различни цели и приложения, като високотемпературна карбуризираща стомана M50NiL, лесна за обработка неръждаема стомана 50X18M и керамични лагерни материали.
С оглед на слабостта на стоманата GCr15SiMn с ниска закаляемост, Китай е разработил носеща стомана с висока закаляемост и закаляемост GCr15SiMo, която има закаляемост HRC по-голяма или равна на 60 и закаляемост J60 по-голяма или равна на 25 mm. Животът на контактна умора на GCr15SiMo L10 и L50 е съответно 73% и 68% по-висок от този на GCr15Si Mn, а експлоатационният живот на лагерите, изработени от стомана G015SiMo, е два пъти по-голям от този на стомана GCr15SiMo при същите условия на употреба.
През последните години Китай също така разработи GCr4 лагерна стомана, която може да спести енергия, ресурси и да устои на удар. В сравнение с GCr15, стойността на удара на GCr4 се увеличава с 66%~104%, якостта на счупване се увеличава с 67%, а издръжливостта на контактна умора L10 се увеличава с 12%. Стоманените лагери GCr4 се нагряват чрез процес на термична обработка на повърхността при висока температура. В сравнение с напълно закалените стоманени лагери GCr15, стоманените лагери GCr4 имат значително по-дълъг експлоатационен живот и могат да се използват за тежкотоварни лагери за високоскоростни влакове.
В бъдеще лагерната стомана ще се развива главно в две посоки: висока чистота и разнообразна производителност. Подобряването на чистотата на лагерната стомана, особено намаляването на съдържанието на кислород в стоманата, може значително да удължи живота на лагера.
Съдържанието на кислород е намалено от 28 ppm на 5 ppm, а животът на умора може да бъде удължен с 1 порядък. За да се удължи живота на лагерните стомани, от много години се полагат усилия за разработване и прилагане на техники за рафиниране за намаляване на съдържанието на кислород в стоманите. Чрез непрестанни усилия минималното съдържание на кислород в лагерната стомана е намалено от 28 ppm през 60-те години на 20 век до 5 ppm през 90-те години.
Понастоящем Китай може да контролира минималното съдържание на кислород в лагерната стомана на около 10 ppm. Промените в средата, в която се използват лагерите, изискват широк спектър от свойства на лагерните стомани. Например, скоростта на оборудването се увеличава и се изисква носеща стомана (под 200 градуса) за квазивисока температура (обикновено методът за увеличаване на съдържанието на Si и добавяне на V и Nb на базата на стомана SUJ2 се използва за постигане на целта за антиомекотяване и стабилизиране на размера); За приложения с корозия трябва да се разработят неръждаеми лагерни стомани; За да се опрости процесът, трябва да се разработят високочестотно закалени лагерни стомани и кратковременно карбуризирани лагерни стомани; За да се отговори на нуждите на космическото пространство, трябва да се разработят високотемпературни лагерни стомани.