Τι είναι το Bearing Steel; Τι είδους χάλυβας είναι χάλυβας ρουλεμάν;
Ο χάλυβας ρουλεμάν είναι ο χάλυβας που χρησιμοποιείται για την κατασκευή σφαιρών, κυλίνδρων και δακτυλίων ρουλεμάν. Τα ρουλεμάν υπόκεινται σε μεγάλη πίεση και τριβή κατά τη λειτουργία, επομένως οι χάλυβες ρουλεμάν απαιτείται να έχουν υψηλή και ομοιόμορφη σκληρότητα και αντοχή στη φθορά, καθώς και υψηλά όρια ελαστικότητας. Είναι μια από τις πιο αυστηρές ποιότητες χάλυβα σε όλη την παραγωγή χάλυβα, με αυστηρές απαιτήσεις για την ομοιομορφία της χημικής σύνθεσης, την περιεκτικότητα και την κατανομή των μη μεταλλικών εγκλεισμάτων και την κατανομή των καρβιδίων.
Το 1976, ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) ενσωμάτωσε ορισμένες γενικές ποιότητες χάλυβα ρουλεμάν στα διεθνή πρότυπα και χώρισε τον χάλυβα ρουλεμάν σε τέσσερις κατηγορίες: πλήρως σκληρυμένος χάλυβας ρουλεμάν, επιφανειακός σκληρυμένος χάλυβας ρουλεμάν, ανοξείδωτος χάλυβας ρουλεμάν και χάλυβας ρουλεμάν υψηλής θερμοκρασίας , με συνολικά 17 ποιότητες χάλυβα. Ορισμένες χώρες έχουν προσθέσει μια κατηγορία χάλυβων ή κραμάτων ρουλεμάν για ειδικούς σκοπούς. Η μέθοδος ταξινόμησης του χάλυβα ρουλεμάν που έχει συμπεριληφθεί στο πρότυπο στην Κίνα είναι παρόμοια με εκείνη του ISO, που αντιστοιχεί σε τέσσερις κατηγορίες: χάλυβας ρουλεμάν υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, χάλυβας ρουλεμάν με ανθρακικό, ανοξείδωτο χάλυβα ρουλεμάν ανθεκτικό στη διάβρωση και ρουλεμάν υψηλής θερμοκρασίας ατσάλι.
Τα τελευταία 50 χρόνια, η Κίνα σημείωσε επίσης μεγάλη πρόοδο όσον αφορά τις ποιότητες χάλυβα και τα ρουλεμάν υλικών, όπως χάλυβας χωρίς χρώμιο, χάλυβα ρουλεμάν μεσαίου άνθρακα, χάλυβα και κράματα ειδικών χρήσεων, κεραμίδια κ.λπ.
Ο χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο GCr15 είναι η μεγαλύτερη παραγωγή χάλυβα ρουλεμάν στον κόσμο, ο άνθρακας Wc είναι περίπου 1%, το χρώμιο Wcr είναι περίπου 1,5%, από τη γέννηση του 1901 έως περισσότερα από 100 χρόνια, τα κύρια συστατικά βασικά δεν έχουν αλλάξει, με την πρόοδο του επιστήμη και τεχνολογία, το ερευνητικό έργο συνεχίζεται, η ποιότητα των προϊόντων συνεχίζει να βελτιώνεται, αντιπροσωπεύοντας περισσότερο από το 80% της συνολικής παγκόσμιας παραγωγής χάλυβα ρουλεμάν. Τόσο που τώρα αυτό που λέμε χάλυβας ρουλεμάν, αν δεν υπάρχει ειδική περιγραφή, αναφέρεται σε GCr15.
Ο χάλυβας ρουλεμάν χρησιμοποιείται κυρίως στην κατασκευή στοιχείων κύλισης και δακτυλίων για ρουλεμάν κύλισης. Επειδή το ρουλεμάν πρέπει να έχει τα χαρακτηριστικά μεγάλης διάρκειας ζωής, υψηλής ακρίβειας, χαμηλής θερμιδικής αξίας, υψηλής ταχύτητας, υψηλής ακαμψίας, χαμηλού θορύβου, υψηλής αντοχής στη φθορά κ.λπ., ο χάλυβας ρουλεμάν πρέπει να έχει: υψηλή σκληρότητα, ομοιόμορφη σκληρότητα, υψηλό ελαστικό όριο, υψηλή αντοχή σε κόπωση επαφής, απαραίτητη σκληρότητα, ορισμένη σκληρότητα και αντοχή στη διάβρωση στα ατμοσφαιρικά λιπαντικά.
Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι παραπάνω απαιτήσεις απόδοσης, απαιτείται αυστηρά η ομοιομορφία της χημικής σύνθεσης του χάλυβα ρουλεμάν, το περιεχόμενο και ο τύπος των μη μεταλλικών εγκλεισμάτων, το μέγεθος σωματιδίων και η κατανομή των καρβιδίων και η απανθράκωση. Ο χάλυβας ρουλεμάν αναπτύσσεται γενικά προς την κατεύθυνση της υψηλής ποιότητας, υψηλής απόδοσης και πολλαπλών ποικιλιών. Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά και το περιβάλλον εφαρμογής, ο χάλυβας ρουλεμάν χωρίζεται σε: χάλυβα ρουλεμάν υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, χάλυβα ρουλεμάν ενανθράκωσης, χάλυβα ρουλεμάν υψηλής θερμοκρασίας, ανοξείδωτο χάλυβα ρουλεμάν και ειδικά υλικά ρουλεμάν.
Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής ταχύτητας, υψηλού φορτίου, αντοχής στη διάβρωση και αντοχή στην ακτινοβολία, είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί μια σειρά νέων χάλυβων ρουλεμάν με ειδικές ιδιότητες. Προκειμένου να μειωθεί η περιεκτικότητα σε οξυγόνο του χάλυβα ρουλεμάν, έχει αναπτυχθεί η τεχνολογία τήξης του χάλυβα ρουλεμάν, όπως η τήξη υπό κενό, η εκ νέου τήξη ηλεκτροσκωρίας και η εκ νέου τήξη δέσμης ηλεκτρονίων. Η τήξη μεγάλων ποσοτήτων χάλυβα ρουλεμάν τήκεται με φούρνο ηλεκτρικού τόξου και εξελίσσεται σε διάφορους τύπους κλιβάνων πρωτογενούς διύλισης και εξωτερικού διύλισης.
Επί του παρόντος, ο χάλυβας ρουλεμάν παράγεται από τον κύριο φούρνο διύλισης με χωρητικότητα άνω των 60 τόνων + LF/VD ή RH + συνεχής χύτευση + διαδικασία συνεχούς έλασης για την επίτευξη του σκοπού της υψηλής ποιότητας, υψηλής απόδοσης και χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Όσον αφορά τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας, έχει αναπτυχθεί από τον κάτω κλίβανο και τον φούρνο καμπάνας έως τη θερμική επεξεργασία κλιβάνου ανόπτησης συνεχούς ελεγχόμενης ατμόσφαιρας. Προς το παρόν, ο τύπος κλιβάνου συνεχούς θερμικής επεξεργασίας είναι μέχρι 150 m και η δομή σφαιροειδοποίησης του φέροντος χάλυβα που επεξεργάζεται και παράγεται είναι σταθερή και ομοιόμορφη, το στρώμα απανθράκωσης είναι μικρό και η κατανάλωση ενέργειας είναι χαμηλή.
Από τη δεκαετία του '70 του 20ου αιώνα, με την οικονομική ανάπτυξη και την βιομηχανική τεχνολογική πρόοδο, η σειρά εφαρμογών των ρουλεμάν έχει επεκταθεί. Η ανάπτυξη του διεθνούς εμπορίου έχει προωθήσει τη διεθνοποίηση των προτύπων χάλυβα και την ανάπτυξη και εφαρμογή νέων τεχνολογιών, νέων διαδικασιών και νέου εξοπλισμού.
Η Ιαπωνία και η Γερμανία έχουν κατασκευάσει γραμμές παραγωγής χάλυβα υψηλής καθαρότητας, υψηλής ποιότητας, έτσι ώστε η παραγωγή χάλυβα να αυξάνεται γρήγορα και η ποιότητα και η διάρκεια ζωής του χάλυβα να έχει βελτιωθεί σημαντικά. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο των χάλυβων ρουλεμάν που παράγονται στην Ιαπωνία και τη Σουηδία έχει μειωθεί σε λιγότερο από 10 ppm. Στα τέλη της δεκαετίας του '80, το προηγμένο επίπεδο της Sanyo Special Steel Company της Ιαπωνίας ήταν 5,4 ppm, φτάνοντας στο επίπεδο του χάλυβα που φέρει επανατήξη υπό κενό.
Η διάρκεια ζωής σε κόπωση επαφής ενός ρουλεμάν είναι πολύ ευαίσθητη στην ομοιομορφία της χαλύβδινης κατασκευής. Η βελτίωση της καθαριότητας (μείωση της περιεκτικότητας σε στοιχεία ακαθαρσίας και εγκλεισμάτων στο χάλυβα) και η προώθηση της λεπτής και ομοιόμορφης κατανομής των μη μεταλλικών εγκλεισμάτων και των καρβιδίων στον χάλυβα μπορεί να βελτιώσει τη διάρκεια ζωής κόπωσης επαφής του χάλυβα ρουλεμάν.
Η δομή του χάλυβα ρουλεμάν στην κατάσταση χρήσης θα πρέπει να είναι μια σκληρυμένη μαρτενσιτική μήτρα με λεπτά σωματίδια καρβιδίου ομοιόμορφα κατανεμημένα, γεγονός που μπορεί να δώσει στον χάλυβα ρουλεμάν τις απαιτούμενες ιδιότητες. Τα κύρια κράματα στους χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι ο άνθρακας, το χρώμιο, το πυρίτιο, το μαγγάνιο, το βανάδιο κ.λπ.
Ο τρόπος απόκτησης σφαιροειδούς μικροδομής είναι ένα σημαντικό πρόβλημα στην παραγωγή χάλυβα ρουλεμάν και ο ελεγχόμενος έλεγχος έλασης και ψύξης είναι μια σημαντική διαδικασία παραγωγής προηγμένου χάλυβα ρουλεμάν. Με τον έλεγχο της έλασης ή της γρήγορης ψύξης μετά την έλαση, τα καρβίδια του δικτύου εξαλείφονται και επιτυγχάνεται μια κατάλληλη προπαρασκευαστική δομή, η οποία μπορεί να συντομεύσει τον χρόνο ανόπτησης σφαιροειδοποίησης του χάλυβα ρουλεμάν, να εξευγενίσει τα καρβίδια και να βελτιώσει τη διάρκεια ζωής της κόπωσης.
Τα τελευταία χρόνια, η Ρωσία και η Ιαπωνία έχουν υιοθετήσει ελεγχόμενη κύλιση χαμηλής θερμοκρασίας (κάτω από 800 μοίρες ~ 850 μοίρες), και μετά την κύλιση, χρησιμοποιείται ψύξη αέρα και βραχυπρόθεσμη ανόπτηση ή η διαδικασία ανόπτησης σφαιροειδοποίησης ακυρώνεται εντελώς για να αποκτήσει ένα κατάλληλο ρουλεμάν ατσάλινη κατασκευή.
Η επεξεργασία θερμοκρασίας 650 βαθμών του χάλυβα ρουλεμάν είναι επίσης μια νέα τεχνολογία. Εάν ο ευτηκτικός χάλυβας ή ο χάλυβας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα έχει δομή λεπτού κόκκου ή μπορεί να σχηματίσει λεπτούς κόκκους κατά την επεξεργασία πριν από τη θερμή επεξεργασία, θα εμφανίσει υπερπλαστικότητα στην περιοχή θερμοκρασίας τήξης (0.4~0,6) κάτω από ένα συγκεκριμένο ρυθμό παραμόρφωσης.
Το Ινστιτούτο Ναυτικών Ερευνών των ΗΠΑ (NSP) διεξήγαγε μια δοκιμή θερμής επεξεργασίας 650 μοιρών σε χάλυβες 5 2100 και έδειξε ότι σε πραγματική καταπόνηση 650 μοιρών, το 2,5 δεν σπάει. Ως εκ τούτου, είναι δυνατό να αντικατασταθεί η επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία με θερμή επεξεργασία 650 μοιρών και να συνδυαστεί με τη διαδικασία σφαιροειδούς ανόπτησης, η οποία έχει μεγάλη σημασία για την απλοποίηση του εξοπλισμού και των διαδικασιών, την εξοικονόμηση ενέργειας και τη βελτίωση της ποιότητας.
Όσον αφορά τη θερμική επεξεργασία, έχει σημειωθεί πρόοδος στη βελτίωση της ποιότητας της ανόπτησης σφαιροειδοποίησης, στη λήψη λεπτών, ομοιόμορφων και σφαιρικών καρβιδίων και στη μείωση του χρόνου ανόπτησης ή στην ακύρωση της διαδικασίας ανόπτησης σφαιροειδοποίησης, δηλαδή, χρησιμοποιείται ανόπτηση δύο ιστών στην παραγωγή συρμάτινες ράβδοι και η ανόπτηση ανακρυστάλλωσης στις 720 μοίρες ~ 730 μοίρες μετά το σχέδιο αλλάζει σε ανόπτηση ιστού στις 760 μοίρες. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να επιτευχθεί η δομή με χαμηλή σκληρότητα, καλή σφαιροποίηση και χωρίς δικτυωτό καρβίδιο και το κλειδί είναι να διασφαλιστεί ότι ο ενδιάμεσος ρυθμός μείωσης τραβήγματος είναι μεγαλύτερος ή ίσος με 14%. Αυτή η διαδικασία αυξάνει την απόδοση του κλιβάνου θερμικής επεξεργασίας κατά 25%~30%. Η τεχνολογία θερμικής επεξεργασίας ανόπτησης συνεχούς σφαιροειδοποίησης είναι η κατεύθυνση ανάπτυξης της θερμικής επεξεργασίας του χάλυβα ρουλεμάν.
Όλες οι χώρες ερευνούν και αναπτύσσουν νέους χάλυβες ρουλεμάν για να επεκτείνουν την εφαρμογή και να αντικαταστήσουν τους παραδοσιακούς χάλυβες ρουλεμάν. Για παράδειγμα, η ταχύτητα ενανθράκωσης του χάλυβα ρουλεμάν ταχείας ενανθράκωσης αυξάνεται με την αλλαγή της χημικής σύνθεσης, στην οποία η περιεκτικότητα σε άνθρακα αυξάνεται από την παραδοσιακή {{0}}.08%~0,20% σε περίπου 0,45% και ο χρόνος ενανθράκωσης μειώνεται από 7 ώρες σε 30 λεπτά.
Ο χάλυβας ρουλεμάν υψηλής συχνότητας έχει αναπτυχθεί και ο συνηθισμένος χάλυβας μεσαίου άνθρακα ή ο χάλυβας μαγγανίου και χρωμίου μεσαίου άνθρακα χρησιμοποιείται για την αντικατάσταση του συνηθισμένου χάλυβα ρουλεμάν μέσω θέρμανσης και σβέσης υψηλής συχνότητας, που όχι μόνο απλοποιεί τη διαδικασία παραγωγής. αλλά και μειώνει το κόστος και βελτιώνει τη διάρκεια ζωής.
Η διάρκεια κόπωσης των GCr465 και SCM465 που αναπτύχθηκαν στην Ιαπωνία είναι 2~4 φορές μεγαλύτερη από αυτή του SUJ2. Λόγω της αυξανόμενης χρήσης ρουλεμάν σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, διάβρωσης και κακών συνθηκών λίπανσης, ο χάλυβας ρουλεμάν που χρησιμοποιήθηκε στο παρελθόν M50 (CrMo4V), 440C (9Cr18Mo) δεν μπορεί πλέον να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις χρήσης και είναι επείγον να αναπτύξτε χάλυβα ρουλεμάν με καλή απόδοση επεξεργασίας, χαμηλό κόστος, μεγάλη διάρκεια κόπωσης και κατάλληλο για διαφορετικούς σκοπούς και χρήσεις, όπως χάλυβας ενανθράκωσης υψηλής θερμοκρασίας M50NiL, εύκολο στην επεξεργασία ανοξείδωτο χάλυβα 50X18M και κεραμικά υλικά ρουλεμάν.
Λόγω της αδυναμίας του χάλυβα GCr15SiMn με χαμηλή σκληρυνσιμότητα, η Κίνα έχει αναπτύξει έναν χάλυβα υψηλής σκληρυνσιμότητας και σκληρυνσιμότητας που φέρει ρουλεμάν GCr15SiMo, ο οποίος έχει σκληρυνσιμότητα HRC μεγαλύτερη ή ίση με 60 και σκληρυνσιμότητα J60 μεγαλύτερη ή ίση με 25 mm. Η διάρκεια ζωής κόπωσης επαφής των GCr15SiMo L10 και L50 είναι 73% και 68% υψηλότερη από αυτή του GCr15Si Mn, αντίστοιχα, και η διάρκεια ζωής των ρουλεμάν από χάλυβα G015SiMo είναι διπλάσια από εκείνη του χάλυβα GCr15SiMo υπό τις ίδιες συνθήκες χρήσης.
Τα τελευταία χρόνια, η Κίνα έχει επίσης αναπτύξει χάλυβα που φέρει GCr4 που μπορεί να εξοικονομήσει ενέργεια, να εξοικονομήσει πόρους και να αντισταθεί στις κρούσεις. Σε σύγκριση με το GCr15, η τιμή πρόσκρουσης του GCr4 αυξάνεται κατά 66%~104%, η αντοχή στη θραύση αυξάνεται κατά 67%, και η διάρκεια ζωής κόπωσης επαφής L10 αυξάνεται κατά 12%. Τα ρουλεμάν από χάλυβα GCr4 θερμαίνονται με διαδικασία θερμικής επεξεργασίας επιφανειακής απόσβεσης υψηλής θερμοκρασίας. Σε σύγκριση με τα πλήρως σκληρυμένα ρουλεμάν από χάλυβα GCr15, τα ρουλεμάν από χάλυβα GCr4 έχουν σημαντικά μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ρουλεμάν τρένων υψηλής ταχύτητας βαρέως τύπου.
Στο μέλλον, ο χάλυβας ρουλεμάν θα αναπτυχθεί κυρίως προς δύο κατευθύνσεις: υψηλή καθαριότητα και διαφοροποιημένη απόδοση. Η βελτίωση της καθαρότητας του χάλυβα ρουλεμάν, ειδικά η μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο στον χάλυβα, μπορεί να παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του ρουλεμάν.
Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μειώνεται από 28 ppm σε 5 ppm και η διάρκεια ζωής της κόπωσης μπορεί να παραταθεί κατά 1 τάξη μεγέθους. Προκειμένου να παραταθεί η διάρκεια ζωής των χάλυβων που φέρουν, έχουν γίνει προσπάθειες εδώ και πολλά χρόνια για την ανάπτυξη και εφαρμογή τεχνικών διύλισης για τη μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο στους χάλυβες. Μέσω αδιάκοπων προσπαθειών, η ελάχιστη περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον χάλυβα ρουλεμάν έχει μειωθεί από 28 ppm στη δεκαετία του '60 του 20ου αιώνα σε 5 ppm στη δεκαετία του '90.
Προς το παρόν, η Κίνα μπορεί να ελέγξει την ελάχιστη περιεκτικότητα σε οξυγόνο στον χάλυβα ρουλεμάν σε περίπου 10 ppm. Οι αλλαγές στο περιβάλλον στο οποίο χρησιμοποιούνται τα ρουλεμάν απαιτούν ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων στους χάλυβες ρουλεμάν. Για παράδειγμα, η ταχύτητα του εξοπλισμού αυξάνεται και απαιτείται χάλυβας ρουλεμάν (κάτω από 200 μοίρες) για σχεδόν υψηλή θερμοκρασία (συνήθως χρησιμοποιείται η μέθοδος αύξησης της περιεκτικότητας σε Si και προσθήκης V και Nb με βάση τον χάλυβα SUJ2 επιτύχει το σκοπό της αντι-μαλάκυνσης και σταθεροποίησης του μεγέθους). Για εφαρμογές διάβρωσης, πρέπει να αναπτυχθούν ανοξείδωτοι χάλυβες ρουλεμάν. Προκειμένου να απλοποιηθεί η διαδικασία, θα πρέπει να αναπτυχθούν χάλυβες υψηλής συχνότητας ρουλεμάν και χάλυβες ρουλεμάν με ενανθράκωση βραχείας διάρκειας. Προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες της αεροδιαστημικής, θα πρέπει να αναπτυχθούν χάλυβες που φέρουν υψηλή θερμοκρασία.