CC BY
25
138 СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ, №4 (26), 2019 УДК 669.018.24
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК МАКРО- И МИКРОСТРУКТУРЫ ПРОКАТА СТАЛИ ШХ15СГ РАЗНЫХ
ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ Пугачева Татьяна Михайловна, доцент, к.т.н. (e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
Приведены данные сравнительного анализа макро- (центральная пористость, точечная неоднородность, ликвационный квадрат) и микроструктуры (микропористость, карбидная ликвация, структурная полосчатость, глубина обезуглероженного слоя) подшипниковой стали ШХ15СГ в состоянии поставки от разных производителей. Установлено, что сталь ШХ15СГ-Ш электрошлакового переплава производства ЧАО ЭМЗ «Днепроспецсталь» характеризуется наилучшей макро- и микроструктурой по сравнению со сталью прямого восстановления ШХ15СГ-ПВ производства АО «ОЭМК» и вакуумированной сталью ШХ15СГ-В производства ПАО «Надежинский МЗ». По тем же параметрам сталь ШХ15СГ-ПВ сопоставима или лучше вакуумированной стали производства ПАО «Надежинский МЗ» ШХ15СГ-В.
Ключевые слова: сталь ШХ15СГ, горячекатаный прокат, макроструктура, микроструктура.
Исходя из условий работы подшипников качения [1-3]: высоких знакопеременных напряжений, часто совмещенных с раздавливающими и изгибающими нагрузками в сочетании с ударами и истиранием к макроструктуре подшипниковых сталей предъявляют жесткие требования [4, 5]. В качестве материала для изготовления деталей подшипников широко используется высокоуглеродистая хромо-марганцевая сталь ШХ15СГ [4-7].
Цель работы - сравнительный анализ характеристик макро- и микроструктуры горячекатанного проката стали ШХ15СГ разных производителей.
Методика исследования
Сравнительному статистическому анализу был подвергнут массив данных сертификатов следующих металлургических заводов-изготовителей стали ШХ15СГ: «ОАО Оскольский электрометаллургический комбинат» (ОЭМК, сталь марки ШХ15СГ-ПВ выплавляют прямым восстановлением с вакуумированием и разливкой на машинах непрерывного литья производства); ЧАО ЭМЗ «Днепроспецсталь» (ДСС, сталь марки ШХ15СГ-Ш подвергают электрошлаковому переплаву); ПАО «Надежинский металлургический завод» (НМЗ, сталь марки ШХ15СГ-В подвергают вакуумировани-ем).
Для исследования были отобраны горячекатаные прутки диаметром 90130 мм без термической обработки по 5-7 плавок каждого изготовителя. Сопоставляли следующие параметры контроля:
1. Дефектность макроструктуры (центральная пористость-ЦП, точечная неоднородность-ТН, ликвационный квадрат-ЛК).
2. Характеристики микроструктуры (микропористость-МП, карбидную ликвацию-КЛ, структурную полосчатость-СП, глубину обезуглероженного слоя-ГО).
3. Осадку в горячем состоянии.
4. Излом.
Для всех изученных плавок осадка в горячем состоянии и излом были удовлетворительными и поэтому в дальнейшем их не сравнивали.
Результаты исследования и их анализ
Усредненные значения характеристики макро- и микроструктуры стали ШХ15СГ разных производителей и требования ГОСТ 801-78 (далее ГОСТ) для марок ШХ15СГ-В и ШХ15СГ-Ш и требования ТУ 14-1-5176-92 (далее ТУ) для стали ШХ15СГ-ПВ представлены в таблице. На рисунках 1-2 показаны предельные баллы центральной пористости, допускаемые ГОСТ И ТУ. Все остальные балльные характеристики определяются по шкалам ГОСТ не зависимо от способа производства.
Рисунок 1- Предельная центральная пористость (ЦП) баллы 1 и 2 по ГОСТ 801-78
Рисунок 2- Предельная центральная пористость (ЦП) балл 2 по ТУ 14-1-5176-92
Таблица - Усредненные данные характеристик макро- и микроструктуры и требования нормативных документов
Марка Нормативный документ Исходный документ 0, мм ГО: мм СП кл МП ЦП тн лк
ср мак ср мак ср мак ср мак ср мак ср мак
ШХ15СГ-ПВ ТУ £0-140 <0:5 - 4=0 - 3=0 - 3=0 - 2=0 - 1=0 - 0=5
Среднее сертификат 90-120 <0:5 2=1 2=1 0=4 0=9 0=0 0=0 2=1 2=5 0=5 0=5 0=0 0=0
протокол 0=3-0=6 Ъ2 3=7 0=0 0=2 0=0 0=0 0=2 0=7 0=0 0=0 0=0 0=0
ШХ15СГ-Ш ГОСТ 100-150 <1Д 3=0 2=0 0=0 1=0 1=0 0=0
Среднее сертификат 100-130 0=5 - 3=0 - 0=5 - 0=0 - 0=5 - 0=2 - 0=0
протокол 0=18-0=5б 3=0 3=0 0=0 0=0 0=0 0=0 0=0 0=2 0=0 0=0 0=0 0=0
11ГХ15СГ-В Среднее сертификат 90 0=0 1=8 2=0 0 0 - 0 - 1=0 - 1=0 - 0=0
протокол 0=0 3=0 3=0 0 0 0=3 2=0 0=0 0=0 0=0 0=0 0=0 0=0
сертификат 105-120 0,1В 1=6 1=8 - 0 - 0 - 1=0 - 1=0 - 0=0
протокол 0=00-031 3=0 3=0 0=0 0=0 0=7 2=0 0=2 0=5 0=0 0=0 0=0 0=0
ГОСТ 79-100 <0:85 - 4.0 - 3.0 - 3.0 - 2.0 - 1=5 - 0=5
100-150 <1 = 1 - - - - - 2=0
О
П О со тз м 2 т Ж Ж ст т
2 >
ч т тз
К
>
сг
ч т х Ж К
к
ч т х Ж
о ^
о К
к
м
м о
Примечание: Г О-глубина обезуглероженного слоя. СП-структурная полосчатость. К Л-карбидная ликвация, МП-мнкропорнстостъ, ЦП-центральная: пористость, ТН-точечная неоднородность, .ПК - л икв а цио нный кв а д р а т, ср -ср ед нее значение, мак-максимальное значение.
чО
Анализ данных сертификатов металлургических заводов показал, что наиболее жесткие требования по качеству макро- и микроструктуры предъявляются к стали электрошлакового переплава. И реально плавки ДДС имеют наименьшую ЦП (0,5 балла) и ТН (0,5 балла и даже 0 балла). Однако СП у них самая большая (3 балла), а КЛ средняя - 0,5 балла.
У плавок НМЗ отсутствует карбидная ликвация (0 балла), СП у большинства плавок 2,0 балла, ЦП средняя - 1,0 балла, зато ТН наибольшая из всех -1,0 балла. У плавок ОЭМК наибольшая ЦП (2,0 и даже у одной плавки выше допускаемой - 2,5 балла). Однако, если сравнить эталонные шкалы (рисунки 1 и 2), можно видеть, что область, занимаемая порами у металлов ОЭМК при ЦП 2 балла заметно меньше, чем допускаемая по ГОСТу для ЦП 2 балла. Усредненные максимальные баллы СП (2,14 балл) и КЛ (0,93 балл) плавок ОЭМК заметно меньше допускаемых нормативной документацией (соответственно 4,0 балл для СП и 3,0 балл для КЛ) и близки к аналогичным характеристикам у других производителей. Следует отметить, что у всех производителей в плавках не обнаружена МП и ЛК, а ГО заметно ниже допускаемых значений.
Сравнение макро- и микроструктуры по протоколам ВК показало, что наиболее бездефектную структуру имеют плавки ДСС: обнаружена только СП 3 балла и в одной плавке ЦП 1 балла. Для плавок НМЗ при такой же СП - 3 балла, наблюдается МП от 1 до 4 балла и ЦП 1 балла. Плавки ОЭМК имеют СП 3-4 балла и ЦП до 1 балла при этом МП не обнаружено.
Сравнение уровня значений, приведенных в сертификатах металлургических заводов и протоколах ВК показало, что баллы протоколов ВК:
- в основном совпадают с данными сертификатов ДСС,
- хуже по СП, но лучше по ЦП и КЛ по сравнению с данными сертификатов ОЭМК,
- заметно хуже по СП и МП, но лучше по ЦП и ТН по сравнению с данными сертификатов НМЗ.
Таким образом:
1. У всех поставщиков металл соответствует жестким требованиям нормативной документации, а по многим показателям дефектность макро- и микроструктуры либо отсутствует, либо заметно ниже допускаемых баллов.
2. По сертификатам металлургических заводов и по протоколам входного контроля наилучшую структуру имеет сталь производства ДСС.
3. Структура стали производства ОЭМК немного хуже стали НМЗ только по ЦП на 1,5 балла и КЛ на 1,0 балл и хуже ДСС по ЦП на 2,0 балла и КЛ 0,5 балла.
4. Структура стали производства ОЭМК по протоколам ВК практически идентичны стали производства НМЗ и хуже ДСС по СП на 1 балл и менее 1 балла по ЦП и КЛ.
5. По данным ВК баллы ЦП и МП могут заметно отличатся как в лучшую, так и в худшую сторону от баллов сертификатов металлургических заводов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Сталь ШХ15СГ-Ш электрошлакового переплава производства ЧАО ЭМЗ «Днепроспецсталь» характеризуется наилучшей макро- и микроструктурой по сравнению со сталью ШХ15СГ-ПВ производства АО «ОЭМК» и ШХ15СГ-В производства ПАО «Надежинский МЗ».
2. По реальным значениям, характеристик макро- и микроструктуры сталь ШХ15СГ-ПВ сопоставима или лучше вакуумированной стали производства ПАО «Надежинский МЗ» ШХ15СГ-В.
3. К недостаткам стали ШХ15СГ-ПВ можно отнести сконцентрированную центральную пористость.
4. Данные протоколов входного контроля могут заметно отличаться от данных сертификатов при оценке дефектности макро- и микроструктуры, что свидетельствует об обязательности проведения входного контроля качества металла перед запуском в производство.
Список литературы
1. Черменский О.Н. Подшипники качения. М: Машиностроение, 2003.- 575 с.
2. Спришевский А.И. Подшипники качения. М: Машиностроение, 1969. - 632 с.
3. Зайцев А.М, Коросташевский Р.В. Авиационные подшипники качения, М: Оборонгиз, 1963.340 с.
4. Спектор А.Г., Зельберт Б.М., Киселева С.А. Структура и свойства подшипниковых сталей. М: Металлургия, 1960.-264 с.
5. Воинов С.Г., Шалимов А.Г. Шарикоподшипниковая сталь М: ГНТИ,1962. 480 с.
6. Pugacheva T.M. History of aviation bearing steels development and its treatment. Proceedings 26th IFHSE CONGRESS 2019. International Congress on Metal Science and Heat Treatment, Moscow: Metallurgizdat, 2019.-291-295 p.p.
7. Барадынцева E. П., Глазунова Н. A., Ковалева И. A., Рожкова О. В., РУП«БМЗ» Классификация дефектов макроструктуры подшипниковой стали ШХ15СГ производства РУП «БМЗ»//Литье и металлургия, 2(42), 2007. С.34-37.
Pugacheva T. М., associate Professor, Ph. D.
(e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru)
Samara state technical University, Samara, Russia
COMPARATIVE ANALYSIS OF CHARACTERISTICS OF MACRO-AND MICROSTRUCTURE OF ROLLED STEEL SHKH15SG FROM DIFFERENT MANUFACTURERS
The data of bearing steel SHKH15SG macro- (сentral porosity, point inhomogeneity, liquation square) and microstructure (microporosity, carbide liquation, structural banding, depth of decarburized layer) comparative analysis are presented. It was established that the steel SHKH15SG-SH of electroslag remelting produced by PJSC EMZ "Dneprospetsstal" is characterized by the best macro-and microstructure in comparison with the direct reduction steel SHKH15SG-PV produced by JSC "OEMK" and vacuumed steel SHX15SG-V produced by PJSC "Nadezhinsky MZ". According to the same parameters, SHKH15SG-PV steel is comparable or better than vacuum steel produced by PJSC "Nadezhinsky MZ" SHKH15SG-V. Keywords: SHKH15SG steel, hot rolled steel, macrostructure, microstructure.
