Kas ir gultņu tērauds? Kāda veida tērauds ir gultņu tērauds?
Gultņu tērauds ir tērauds, ko izmanto lodīšu, rullīšu un gultņu gredzenu izgatavošanai. Gultņi ekspluatācijas laikā tiek pakļauti lielam spiedienam un berzei, tāpēc gultņu tēraudiem ir jābūt ar augstu un vienmērīgu cietību un nodilumizturību, kā arī augstas elastības robežas. Tā ir viena no stingrākajām tērauda kategorijām visā tērauda ražošanā, un tai ir stingras prasības ķīmiskā sastāva viendabīgumam, nemetālisko ieslēgumu saturam un sadalījumam, kā arī karbīdu izplatīšanai.
1976. gadā Starptautiskā standartizācijas organizācija (ISO) iekļāva dažas vispārīgas gultņu tērauda kategorijas starptautiskajos standartos un iedalīja gultņu tēraudu četrās kategorijās: pilnībā rūdīts gultņu tērauds, virsmas rūdīts gultņu tērauds, nerūsējošais gultņu tērauds un augstas temperatūras gultņu tērauds. , kopā ar 17 tērauda kategorijām. Dažas valstis ir pievienojušas īpašiem nolūkiem paredzētu gultņu tēraudu vai sakausējumu kategoriju. Ķīnas standartā iekļautā gultņu tērauda klasifikācijas metode ir līdzīga ISO klasifikācijas metodei, kas atbilst četrām kategorijām: hroma saturošs tērauds, karburēts gultņu tērauds, nerūsējošais korozijizturīgs gultņu tērauds un augstas temperatūras gultnis. tērauda.
Pēdējo 50 gadu laikā Ķīna ir guvusi lielu progresu arī gultņu tērauda marku un gultņu materiālu jomā, piemēram, hroma nesaturošā gultņu tērauda, vidēja oglekļa gultņu tērauda, īpašiem gultņu tērauda un sakausējumu, metālkeramikas u.c.
Augsta oglekļa satura hroma nesošais tērauds GCr15 ir pasaulē lielākā gultņu tērauda produkcija, oglekļa Wc ir aptuveni 1%, hroma Wcr ir aptuveni 1,5%, no 1901. gada dzimšanas līdz vairāk nekā 100 gadiem, galvenās sastāvdaļas būtībā nav mainījušās, progresējot zinātne un tehnoloģija, pētniecības darbs turpinās, produktu kvalitāte turpina uzlaboties, veidojot vairāk nekā 80% no pasaules kopējā gultņu tērauda ražošanas apjoma. Tik daudz, ka tagad tas, ko mēs saucam par gultņu tēraudu, ja nav īpaša apraksta, tas attiecas uz GCr15.
Gultņu tēraudu galvenokārt izmanto rites elementu un rites gultņu gredzenu ražošanā. Tā kā gultnim ir jābūt ar ilgu kalpošanas laiku, augstu precizitāti, zemu siltumspēju, lielu ātrumu, augstu stingrību, zemu trokšņa līmeni, augstu nodilumizturību utt., Gultņa tēraudam jābūt ar augstu cietību, vienmērīgu cietību, augstu elastības robežu, augsta kontakta noguruma izturība, nepieciešamā stingrība, noteikta rūdāmība un izturība pret koroziju atmosfēras smērvielās.
Lai izpildītu iepriekš minētās veiktspējas prasības, ir stingri nepieciešama gultņu tērauda ķīmiskā sastāva viendabīgums, nemetālisko ieslēgumu saturs un veids, karbīdu daļiņu izmērs un sadalījums, kā arī dekarburizācija. Gultņu tērauds parasti attīstās augstas kvalitātes, augstas veiktspējas un vairāku šķirņu virzienā. Saskaņā ar raksturlielumiem un pielietojuma vidi gultņu tērauds ir sadalīts: augstas oglekļa hroma nesošais tērauds, karburējošais gultņu tērauds, augstas temperatūras gultņu tērauds, nerūsējošais gultņu tērauds un īpašie gultņu materiāli.
Lai izpildītu prasības attiecībā uz augstu temperatūru, lielu ātrumu, lielu slodzi, izturību pret koroziju un izturību pret starojumu, ir jāizstrādā virkne jaunu gultņu tēraudu ar īpašām īpašībām. Lai samazinātu skābekļa saturu gultņu tēraudā, ir izstrādāta gultņu tērauda kausēšanas tehnoloģija, piemēram, vakuumkausēšana, elektrosārņu pārkausēšana un elektronu staru kūļa pārkausēšana. Liela daudzuma gultņu tērauda kausēšana tiek kausēta elektriskā loka krāsnī un tiek attīstīta dažāda veida primārās rafinēšanas krāsnīs un ārējā attīrīšanā.
Pašlaik gultņu tēraudu ražo primārajā rafinēšanas krāsnī ar jaudu vairāk nekā 60 tonnas + LF/VD vai RH + nepārtraukta liešana + nepārtraukts velmēšanas process, lai sasniegtu augstas kvalitātes, augstas efektivitātes un zema enerģijas patēriņa mērķi. Termiskās apstrādes procesa ziņā tas ir attīstījies no apakšējās krāsns un zvanu krāsns līdz nepārtrauktai vadāmas atmosfēras atlaidināšanas krāsns termiskai apstrādei. Pašlaik nepārtrauktās termiskās apstrādes krāsns tips ir līdz 150 m, un apstrādātā un ražotā nesošā tērauda sferoidizācijas struktūra ir stabila un vienmērīga, dekarbonizācijas slānis ir mazs un enerģijas patēriņš ir zems.
Kopš 20. gadsimta 70. gadiem līdz ar ekonomikas attīstību un industriālo tehnoloģiju progresu ir paplašinājies gultņu pielietojuma klāsts; Starptautiskās tirdzniecības attīstība ir veicinājusi gultņu tērauda standartu internacionalizāciju un jaunu tehnoloģiju, jaunu procesu un jaunu iekārtu izstrādi un pielietošanu.
Japāna un Vācija ir izveidojušas ļoti tīras, augstas kvalitātes gultņu tērauda ražošanas līnijas, lai tērauda produkcija ir strauji pieaugusi, un tērauda kvalitāte un noguruma kalpošanas laiks ir ievērojami uzlabojies. Japānā un Zviedrijā ražoto gultņu tēraudu skābekļa saturs ir samazināts līdz mazāk nekā 10 ppm. 80. gadu beigās Japānas Sanyo Special Steel Company uzlabotais līmenis bija 5,4 ppm, sasniedzot vakuumā pārkausēta gultņu tērauda līmeni.
Gultņa kontakta noguruma kalpošanas laiks ir ļoti jutīgs pret tērauda konstrukcijas viendabīgumu. Tīrības uzlabošana (samazinot piemaisījumu elementu un ieslēgumu saturu tēraudā) un veicinot nemetālisko ieslēgumu un karbīdu smalku un vienmērīgu sadalījumu tēraudā, var uzlabot gultņu tērauda kontakta noguruma kalpošanas laiku.
Gultņa tērauda konstrukcijai lietošanas stāvoklī jābūt rūdītai martensīta matricai ar vienmērīgi sadalītām smalkām karbīda daļiņām, kas var piešķirt gultņa tēraudam nepieciešamās īpašības. Galvenie leģējošie elementi tēraudos ar augstu oglekļa saturu ir ogleklis, hroms, silīcijs, mangāns, vanādijs utt.
Sferoidizētas mikrostruktūras iegūšana ir svarīga problēma gultņu tērauda ražošanā, un kontrolēta velmēšanas un dzesēšanas kontrole ir svarīgs progresīva gultņu tērauda ražošanas process. Kontrolējot velmēšanu vai ātru dzesēšanu pēc velmēšanas, tīkla karbīdi tiek likvidēti un tiek iegūta piemērota sagatavošanas struktūra, kas var saīsināt gultņu tērauda sferoidizācijas atkvēlināšanas laiku, uzlabot karbīdus un uzlabot noguruma kalpošanas laiku.
Pēdējos gados Krievija un Japāna ir ieviesušas zemas temperatūras kontrolētu velmēšanu (zem 800 grādiem ~ 850 grādiem), un pēc velmēšanas tiek izmantota gaisa dzesēšana un īslaicīga atkvēlināšana, vai arī sferoidizācijas atkausēšanas process ir pilnībā atcelts, lai iegūtu kvalificētu gultni. tērauda konstrukcija.
Arī gultņu tērauda apstrāde 650 grādu temperatūrā ir jauna tehnoloģija. Ja eitektiskajam tēraudam vai tēraudam ar augstu oglekļa saturu ir smalkgraudaina struktūra vai tas var veidot smalkus graudus apstrādes laikā pirms karstās apstrādes, tas uzrādīs superplastiskumu (0.4–0,6) kušanas temperatūras diapazonā pie noteikta deformācijas ātruma.
ASV Jūras spēku pētniecības institūts (NSP) veica 650 grādu siltas apstrādes testu ar 5 2100 tēraudiem un parādīja, ka pie 650 grādu patiesās deformācijas 2,5 neplīst. Līdz ar to ir iespējams aizvietot augstas temperatūras apstrādi ar 650 grādu siltu apstrādi un apvienot to ar sferoidizējošo atlaidināšanas procesu, kam ir liela nozīme iekārtu un procesu vienkāršošanā, enerģijas taupīšanā un kvalitātes uzlabošanā.
Termiskās apstrādes ziņā ir panākts progress, uzlabojot sferoidizācijas atlaidināšanas kvalitāti, iegūstot smalkus, viendabīgus un sfēriskus karbīdus, kā arī saīsinot atkausēšanas laiku vai atceļot sferoidizācijas atkausēšanas procesu, tas ir, ražošanā tiek izmantota divu audu atkausēšana. stiepļu stieņi, un pārkristalizācijas atkausēšana 720 grādi ~ 730 grādos pēc vilkšanas tiek mainīta uz audu atkausēšanu 760 grādos. Tādā veidā var iegūt struktūru ar zemu cietību, labu sferoidizāciju un bez tīklveida karbīda, un galvenais ir nodrošināt, lai starpposma stiepes samazināšanas ātrums būtu lielāks par vai vienāds ar 14%. Šis process palielina termiskās apstrādes krāsns efektivitāti par 25% ~ 30%. Nepārtrauktas sferoidizācijas atlaidināšanas termiskās apstrādes tehnoloģija ir gultņu tērauda termiskās apstrādes attīstības virziens.
Visas valstis pēta un izstrādā jaunus gultņu tēraudus, lai paplašinātu pielietojumu un aizstātu tradicionālos gultņu tēraudus. Piemēram, ātri pārkarbojoša gultņu tērauda karburēšanas ātrums tiek palielināts, mainot ķīmisko sastāvu, kurā oglekļa saturs tiek palielināts no tradicionālā {{0}}.08%~0,20% līdz apmēram 0,45%, un karburēšanas laiks tiek saīsināts no 7 stundām līdz 30 minūtēm.
Ir izstrādāts augstfrekvences rūdīšanas gultņu tērauds, un parasto vidēja oglekļa tērauda vai vidēja oglekļa satura mangāna un hroma tēraudu izmanto, lai aizstātu parasto gultņu tēraudu, izmantojot augstfrekvences karsēšanu un rūdīšanu, kas ne tikai vienkāršo ražošanas procesu, bet arī samazina izmaksas un uzlabo kalpošanas laiku.
Japānā izstrādāto GCr465 un SCM465 noguruma kalpošanas laiks ir 2–4 reizes lielāks nekā SUJ2. Sakarā ar to, ka gultņus arvien vairāk izmanto augstas temperatūras, korozijas un sliktu eļļošanas apstākļos, gultņu tērauds, kas tika izmantots agrāk M50 (CrMo4V), 440C (9Cr18Mo), vairs neatbilst lietošanas prasībām, un ir steidzami izstrādāt gultņu tēraudu ar labu apstrādes veiktspēju, zemām izmaksām, ilgu noguruma kalpošanas laiku un piemērotu dažādiem mērķiem un lietojumiem, piemēram, augstas temperatūras karburējošajam tēraudam M50NiL, viegli apstrādājamam nerūsējošajam tēraudam 50X18M un keramikas gultņu materiāliem.
Ņemot vērā GCr15SiMn tērauda vājumu ar zemu rūdāmību, Ķīna ir izstrādājusi augstas cietības un rūdāmības nesošo tēraudu GCr15SiMo, kura rūdāmība ir lielāka par vai vienāda ar 60 un rūdāmība J60 ir lielāka vai vienāda ar 25 mm. GCr15SiMo L10 un L50 kontakta noguruma ilgums ir attiecīgi par 73% un 68% lielāks nekā GCr15Si Mn, un no G015SiMo tērauda izgatavoto gultņu kalpošanas laiks ir divreiz lielāks nekā GCr15SiMo tēraudam tādos pašos lietošanas apstākļos.
Pēdējos gados Ķīna ir izstrādājusi arī GCr4 gultņu tēraudu, kas var ietaupīt enerģiju, resursus un izturēt triecienu. Salīdzinot ar GCr15, GCr4 trieciena vērtība ir palielināta par 66% ~ 104%, lūzuma izturība ir palielināta par 67%, un kontakta noguruma kalpošanas laiks L10 ir palielināts par 12%. GCr4 tērauda gultņus silda augstas temperatūras virsmas dzēšanas termiskās apstrādes procesā. Salīdzinot ar pilnībā rūdītiem GCr15 tērauda gultņiem, GCr4 tērauda gultņiem ir ievērojami ilgāks kalpošanas laiks, un tos var izmantot lieljaudas ātrgaitas vilcienu gultņiem.
Nākotnē gultņu tērauds galvenokārt attīstīsies divos virzienos: augsta tīrība un daudzveidīga veiktspēja. Gultņa tērauda tīrības uzlabošana, īpaši skābekļa satura samazināšana tēraudā, var ievērojami pagarināt gultņa kalpošanas laiku.
Skābekļa saturs tiek samazināts no 28 ppm līdz 5 ppm, un noguruma kalpošanas laiku var pagarināt par 1 kārtu. Lai pagarinātu gultņu tēraudu kalpošanas laiku, daudzus gadus ir pieliktas pūles, lai izstrādātu un piemērotu rafinēšanas paņēmienus, lai samazinātu skābekļa saturu tēraudos. Ar neatlaidīgiem pūliņiem minimālais skābekļa saturs gultņu tēraudā ir samazināts no 28 ppm 20. gadsimta 60. gados līdz 5 ppm 90. gados.
Pašlaik Ķīna var kontrolēt minimālo skābekļa saturu gultņu tēraudā aptuveni 10 ppm. Izmaiņas vidē, kurā tiek izmantoti gultņi, prasa plašu gultņu tērauda īpašību klāstu. Piemēram, tiek palielināts iekārtas ātrums, un ir nepieciešams gultņu tērauds (zem 200 grādiem) gandrīz augstai temperatūrai (parasti tiek izmantota Si satura palielināšanas un V un Nb pievienošanas metode uz SUJ2 tērauda bāzes. sasniegt pretmīkstināšanas un izmēra stabilizēšanas mērķi); Korozijas lietojumiem ir jāizstrādā nerūsējošie gultņu tēraudi; Lai vienkāršotu procesu, jāizstrādā augstfrekvences rūdīti gultņu tēraudi un īslaicīgi karburēti gultņu tēraudi; Lai apmierinātu kosmosa vajadzības, ir jāizstrādā augstas temperatūras gultņu tēraudi.