МЕГАМАС-2

Подкаст горячая прокатка стали, устранение причины брака листа, утечек масла ПЖТ, разрушения баббитового слоя вкладышей ПЖТ.

Существуют основные технологии закалки в воде с отпуском; воде с полимером с отпуском; в масле, подогретом до 60-110°C с отпуском; в потоке воздуха с отпуском на воздухе, плазмой без отпуска и др. Для разных марок стали подбирают свою технологию и среду охлаждения.

Я разработал «управляемую закалку высокоуглеродистой низколегированной стали на бейнит в двух средах» без отпуска. Длится от 10-ти минут до 2-х часов, смотря какие свойства стали хочешь получить. Вначале в воде, затем в жаростойком масле.

Термообработка стали, сложный процесс превращений структур кристаллов железа. Для непосвященного в металлургию читателя чистая магия. Да и для опытных металлургов бывает сложно создать условия процесса, чтобы получить желаемые механические свойства изделия. Потому как это процесс со многими переменными. Временно-температурные интервалы строятся приблизительно с большим диапазоном. И всё равно не всегда удаётся добиться желаемого, брак продукции доходит до 15%.

Новая технология строится на основе результатов НИР с образцом. И металлургам останется лишь точно соблюдать начальную температуру стального изделия и временные интервалы операций. Тогда точно попадут в температурные интервалы превращений кристаллов железа.

По моему мнению, процессы термообработки стали самые сложные из всех видов человеческой деятельности. Даже сложнее генной инженерии. Она, как конструктор из 20-ти аминокислот. Технологией CRISP-R режешь ДНК по нужной аминокислоте, вирусом делаешь нужную вставку. Всё управляемо и предсказуемо.

Я, как изобретатель, работающий в поставках и производстве масел для металлургии с 1991 г., постарался сделать процесс термообработки стали максимально управляемым. Использовал свою методику создания понятной теории при обучении в МИИТе в 1983-90 г.г. Читал по сложным техническим дисциплинам, как то сопромат, строительная механика, разделы прикладной высшей математики, учебники трёх авторов, переосмысливал, приводил знания в систему, и писал на основе понимания этих авторов конспекты понятной, популярно излагаемой теории. Мои конспекты пользовались успехом у одногруппников. Иначе и мне было не просто понять изложение каждого автора в отдельности. Это как в школу моей младшей дочери учить физике пришел профессор ФизТеха. Что ему просто, то непонятно школьникам. Пришлось нам с женой вспомнить физику, любимую наравне с химией и математикой дисциплину, и объяснять её понятно.

Такой же методикой разрабатывал технологии и рецептуры масел в 1999-2003 г.г., превзошедшие эксплуатационными свойствами мировые аналоги при цене в 2-3 раза ниже их :

Изучил отечественные и зарубежные технологии и рецептуры, их недостатки и преимущества. Отечественные технологии и рецептуры пришлось покупать у ВНИИ НП за немалые по тем временам деньги, за 150 тыс. руб. одну. Иностранным технологиям обучило руководство нефтемаслозавода в Бельгии старейшей американской нефтяной компании SUNOCO. Планировали нас с женой назначить руководителями их первого представительства в России в 1998. Дефолт сорвал планы. Много знаний дал компаньон в производстве масел, выпускник Ульяновского военного училища ГСМ, технолог предприятия американской нефтяной компании ChemLub (Кемлуб) Волков С.А. Далее на практике обучался у технологов ЗАО «АвиаТехМас», ОАО «Московский нефтемаслозавод», ООО НПП «Квалитет». Производил свои масла там с 1999 по 2008 г.

У металлургов Северстали узнал их жалобы на штатные масла и пожелания к создаваемому маслу, изучил их оборудование, прокатные станы, оценил экономику.

Аналитическим мышлением осмыслил объёмы информации, системным мышлением из объёма разрозненной и противоречивой информации создал систему, хаос привел в порядок. «Порядок из хаоса» - лозунг на нашем сайте – девиз Ордена рыцарей тамплиеров. Образным мышлением прокрутил в голове все процессы от начала до конца, производства масла и работы масла в прокатном стане. И Эврика ! Сразу без доводок создал готовые рецептуры масел, объединившие достоинства и утратившие недостатки лучших отечественных и мировых аналогов, запатентовал их. «Сделай мир лучше» - девиз Моисея, принца Египта, ученого, военачальника, философа, создателя новой морали.

Так создавал свои электрические машины Никола Тесла. Работали сразу при первом же испытании. Его друг и компаньон Джордж Вестингауз сразу ставил их в производство своей энергетической компании, стал монополистом производства электромоторов.

Моя специальность после МИИТ «инженер-экономист» строительства железных дорог + 3 курса обучения на «Кибернетика в экономике» на отлично и там и там. Дипломный проект в 1990 г. по работе предприятия в рыночной экономике. Актуален сейчас особенно. Изучил и изложил в проекте опыт предприятий Японии, США, Великобритании, Италии, Эстонии, , мемуары Генри Форда и Арманда Хаммера, личный опыт в двух путейских ССО, в т.ч. на БАМе.

В 2009 г. разобрался в проблеме прокатчиков стали со времен СССР – спонтанный брак горячекатаного листа по поверхности – «волнистость», дающая радужность; по геометрии – «серповидность» вплоть до схода листа с рольгангов стана в потолок со скоростью поезда. Причину электрики цехов видели во внезапной разной скорости электромоторов верхнего нажимного и нижнего прокатного валков. И пытались их синхронизировать и выровнять скорости, что не удавалось. Но это была не причина, а следствие.

Причину я нашёл, сравнив экспертизами свое масло ПЖТ ИТВ-460, на которых за 4 года их применения не было ни одного случая брака и аварий на всех станах Северстали. И штатные масла ПЖТ (подшипник жидкостного трения или скольжения) нефтяных компаний, купленные потребителем на конкурентной основе дешево, на которых вновь пошёл брак горячего проката.

Нагрузка сваривания нашего масла 240 кгс/см², показал стенд Электростальского завода тяжелого машиностроения в 2002 г. У дешевого штатного масла – 135 кгс/см² при нагрузке валков 150-170 кгс/см². Измерение на ЧШМ машине трения Московского нефтемаслозавода.

При пробое цапфой валка масляного клина резкое торможение вращения вала и износ баббитового слоя вкладыша подшипника, выброс крошки баббита в маслокарман подшипника, засор циркуляции масла.

Падение вязкости под нагрузкой ультразвука за час в лаборатории 25 НИИ МО у нашего масла ПЖТ ИТВ-460 1,6%. У штатного ПЖТ-546 – 22%. А чем ниже вязкость масла, тем ниже его жидкостное трение и выше скорость вращения цапфы вала в подшипнике в таком масле.

У нашего масла вязкость стабильная, у штатного скачки вязкости до 22% после каждого долива свежего масла на восполнение утечек – до 70 - 117% объёма системы в месяц. Валки вращаются с переменной скоростью, ускорениями и торможениями, и возникает брак листа – волны, из-за скачков скорости. Ускоренный лист из-под валков при температуре 1300 °C упирается в охлажденный СОЖ впереди идущий с более низкой скоростью лист. И возникает «гармошка» на горячем листе – «волнистость».

При пробоях цапфой валка масляного клина в ПЖТ происходит резкое торможение листа. И ускоренный до этого лист вытягивает тормозящий лист, только вышедший из-под валков. Возникает брак «разнотолщинность» листа. А сам идущий впереди лист одергивается рывками торможения и его сбрасывает со стана.

Величина зазора между цапфой и баббитовым слоем вкладыша втулки 50 мкм. При пробое масляного клина в обоих ПЖТ валков на листе возникают впадины глубиной со стороны ПЖТ по 50 мкм снизу и сверху. Лист получается клиновидный с расширением в сторону электромотора. Поэтому лист уходит с рольгангов в сторону ПЖТ. Возникает брак листа «серповидность».

Металлурги Северстали приняли такую простую и легко объяснимую причину брака с недоверием, даже с раздражением и в 2012 и в 2021 г. – «ваши заявления неправомочны», «вы экономист и ничего не смыслите в металлургии», (что за специальность «инженер-экономист» им не ведомо). «Кто вам разрешил изобретать ?». Ведь штатные масла идут от крупнейших нефтяных компаний и очень дешево, дешевле базовых масел. Идёт много, в 9 раз больше, чем масла ИТВ-460. Вкладышей ПЖТ в 20 раз больше, валков в 10 раз больше ! И все довольны от закупщиков до ремонтников и гидравликов цехов. «Не хотим, чтобы упал расход масла и вкладышей ПЖТ».

Не отказываться же от системы конкурсных закупок по самой низкой цене ? От фин.плана, в котором затраты расписаны на год вперед ? Решение даст в ценах 2024 г. экономию минимум на 600 млн. руб. в год с одной марки масла. Как всегда, затраты металлургов переложены ценой металла на потребителя. У всех металлургов одинаковые проблемы и цены одинаковы. И не хотят внедрения инноваций. «Экономически не выгодно» - ответ Северстали в 2022 г.

Причина брака и утечек, выявленная мною на Северстали, была подтверждена засорами маслокарманов подшипников крошкой разрушающегося баббитового слоя при переборках подшипников каждый месяц. В результате масло перехлестывает через кольцо маслоотбойника и вытекает через уплотнения ПЖТ. Утечки масла выросли с 9-20% в год на масле ИТВ-460 МегаМас-2 до 900-1400% на штатном масле И-460ПВ и ПЖТ-546. Ежемесячные очистки ПЖТ от крошки баббита и маслошлама снизили утечки до 360% в год. Последние данные за 2012 г. Далее цифры расхода материалов на Северстали засекретили.

Без революции в мозгах, что хорошее масло на тендере не купишь, принять явное металлурги не смогли. Предложили мне год поставлять масло бесплатно !, так как средств на закупки вне тендера нет в фин.плане комбината. А без тендера нельзя. Сказал финансист комбината, что все их поставщики вначале год бесплатно поставляют, даже зарубежные.

А раз отказался бесплатно, то внесли меня в «чёрный список». Отправили из СЭБ комбината на меня жалобу в нефтяную компанию, своему поставщику, чтобы разобрался со мною, наказал. Покупать на «внеконкурентной безальтернативной основе» означало признать, что столько лет ошибались, проводя тендеры. На наезд и требование «опровержения» и 60 млн. руб. компенсации за «ущерб деловой репутации» ответил – «судиться будете с экспертами, сор из избы на всю страну. Вот тогда и будет вам ущерб репутации». Иной подумает, прочтя эту историю – заниматься инновациями в России – гиблое дело.

… Образно процесс изобретательства можно сравнить со сборкой картинок из перемешанных пазлов. Только образ картинки создаёшь сам, учитывая пожелания потребителя. С маслами оказалось не сложно. И брался за создание тех масел, которые или исчезли с рынка из-за прекращения производства сырья или с которым были большие проблемы потребителей, масла морально устарели. Всё было внедрено на прокатных станах, автосамосвалах и тепловозах Северстали с 1999 по 2003 г.

Пока не появились суррогаты, был спрос. А суррогаты появились сразу с вводом в 2001 г. конкурсных закупок по самой низкой цене, тендеров. Как то было в Японии и США в 1997-99, пошёл вал суррогата, после чего закупки с ценовой конкуренцией запретили.

Как спрос на масло для ПЖТ был полностью потерян в 2003 г., разработал рецептуру масла, которое пропало в России в 1999 г, масло Цилиндровое-52 ГОСТ 6411-76 1952 г. разработки. Ему не было конкуренции. Создал для него новые рынки сбыта в 2004-2005 г. Продажи были по 150 тн. в год до 2009 г. Одно из направлений использования – термообработка стали. Применялось в отпуске стали при 280°C масла. Решил разработать технологию закалки в этом масле.

Проблема термообработки стали с зари черной металлургии – микротрещины – флокены и газовые пузыри, её насыщение водородом, «водородное охрупчивание», водородный износ. В результате разрушение изделий от «усталости металла» - рельсов, карданных валов, крепежа.

Вначале в 2012 г. возникла интуитивная идея создать новую технологию, как случайно узнал про новые свойства своего жаростойкого масла Цилиндровое-52, температура самовоспламенения которого до 470°C, вспышки до 328°C. Оно не вскипело и не нагрелось при опускании в него раскаленной добела стальной болванки.

И по изучению истории II МВ. Как германским металлургам удавалось создавать неплохие стали в условиях дефицита легирующих добавок из-за блокады Британским флотом. Особенно заинтересовала сверхморозостойкая сталь, выдерживавшая огромные перегрузки - материал лопаток «турбины Шаубергера» «вихревого двигателя», работавшего от спиртового реактивного стартёра, а далее без топлива, на разности низкого давления в корпусе двигателя и наружного атмосферного давления. Работала при 40 000 об./мин. при температуре минус 70°C, создавала реактивную тягу. В журнале «Популярная механика» были приведены ТТХ дисколета из журнала испытаний в феврале 1945 под Прагой. Сохранились и кадры киносъёмки испытаний. Подъём на 15000 м за 3 мин., крейсерская скорость 2000 км/ч, феноменальная маневренность на 8-ми таких двигателях с изменяемым вектором тяги. Патент хранится с 1958 г. в Пентагоне.

Секрет стали турбины изобретатель не выдал. Но её причудливая, сложная для обычных технологий форма 24 лопатки, закрученные штопором, (чертежи видел) навела на мысль, как и из какой стали можно её сделать. Так что летающие автомобили без топлива и выхлопных газов к/ф «Назад в будущее» вполне реально можно создать.

В кинохронике работы завода Рейнметалл 40-х увидел эпизод закалки стали, который убедил меня в верности моих предположений – закалке в жаростойком масле при высокой начальной температуре. Опускают садку с раскаленными добела деталями в жидкую нефтяную среду, и ни дыма, ни огня, ни кипения. Точно, как в моём масле, когда на заводе «Станкодеталь» в СПб в 2012 г. в 200 л. его в ванной бросили раскаленную добела 20 кг стальную болванку.

По сравнению со сравнительно простым созданием технологий и рецептур смазочных масел термообработка стали показалась чистой магией, настолько всё сложно и противоречиво. Перечитал в 2012 г. свои конспекты по материаловедению I курса института, по термообработке стали. Не учили тогда только структурам «бейнит», но понравилась структура «троостит», получаемая при закалке в масле. Бейниты оказались её разновидностью.

Набросал примерную модель технологии. В 2017 г. по ней было налажено производство пресс-форм шамотных кирпичей из листовой высокоуглеродистой стали взамен дорогих германских форм из марганцовистой, упрочняемой в эксплуатации стали, с 15% Mn. Технологию Боровичскому комбинату огнеупоров передал бесплатно, так как новое в России никто в первый раз не купит. Но получил на практике подтверждение своей интуиции. Отправил в 2021 г. предложение всем госкорпорациям, РЖД в частности.

Ход мысли был такой. Вспомнил «эффект Мпембе» - африканского мальчика из Танзании, который лет 60 назад, вслед за Аристотелем, заметил, что горячая вода замерзает быстрее холодной. Этот эффект давно использовался в СССР при заливке катков. Быстро получался гладкий лед.

«Эффект Мпембе» в отношении масла таков : Горячее масло тем быстрее охлаждает сталь, чем выше его температура, т.к. снижается его вязкость, ускоряется броуновское движение молекул масла, что и обеспечивает усиленную теплопередачу.

У холодного масла низкая теплопроводность. Слой, близкий к раскаленной стали вскипит, образует паровую рубашку, а дальше от детали передача тепла прекращается. Паровая рубашка воды или масла отвод тепла от стали прекращает.

Отвод и потеря тепла от температуры зависит от подвижности молекул, их броуновского движения. Чем выше температура, тем сильнее амплитуда движения молекул масла. Тепловая энергия переходит в кинетическую при столкновении атомов молекул. От атомов железа к молекулам масла. От них меж собой дальше. И кинетическая энергия молекул так отводит дальше тепловую энергию, передавая её по эстафете.

Молекулы углеводородов масла в виде цепочек, словно личинки комара, мотыли. В холодном масле молекулы шевелятся медленно, и теплопередача низкая. В жидком масле «мотыли» маленькие, в вязком – длинные. А стоит разогреть масло предварительно с перемешиванием, и теплоотвод возрастёт. Но у жидкого масла предел по нагреву. Оно начинается интенсивно испаряться, 20% в час при 200°C, дымить и гореть. После 150°C у всех масел теплоотвод становится примерно равным. Но до какой температуры нагреть вязкое жаростойкое масло Цилиндровое-52 ?

Эксперименты на Тульском маш.заводе в 70-е годы с подобрали такую температуру в 180-200°C. Исключала «крапчатую» неравномерную закалку. Но не было тогда такого масла, которое бы не дымило, не испарялось, не окислялось при такой температуре при закалке стали.

В начале 2025 г. вернулся к теме закалки стали. Изучил зарубежные и отечественные научные публикации, рефераты патентов, жалобы мастеров-металлургов на их профессиональных форумах, и отобрал всё самоё существенное. Исходя из этих данных, логическим путём, построил новую совершенную технологию, делающую процесс закалки стали максимально управляемым. Процесс подготовки стали к закалке, отжиг и нормализацию, оставляю металлургам. Процесс важный, без него не добиться качества закалки, но простой.

В термообработке стали процессы сложнее из-за множества переменных. Испытаниями же можно создать разные временные и температурные режимы, чтобы получать сталь разных свойств по соотношению твердость, прочность / упругость, ударная вязкость. А по результатам программой математического моделирования рассчитать режимы термообработки на любой желаемый результат. Но вначале нужно разобраться в тайнах роста различных кристаллов железа в разных условиях. Повтор общей теории о структурах стали и видах кристаллов железа :

Аустенит, исходное состояние горячей стали после отжига или нормализации – твёрдый раствор углерода в гранецентрированных кубических кристаллах (ГЦК) железа. Атомы железа по углам куба и посередине каждой грани. Углерод внутри кристалла. Содержание углерода при 727°C 0,77%. Мягкая структура. Твердость 160–200 HB (по Бринеллю - определение по отношению нагрузки к площади отпечатка в мм² от вдавливания шарика победита в лист стали), 8-16 HRC (по Роквеллу - определение по глубине погружения на листе стали алмазного или победитового стержня с углом острия 120 градусов при нагрузке нажима 300 кг). У алмаза 100 HRC, у победита (карбид вольфрама)80 HRC. Существует аустенит в углеродистых сталях при температурах не ниже 727°C, а ниже начинается его распад на феррит и цементит. При легировании никелем температура существования снижается вплоть до комнатной.

Феррит – состояние при остывании стали после аустенита. Объёмноцентрированные кристаллы кубической формы (ОЦК) железа, с растворенными в них атомами углерода 0,02-0,03% при 723°C, при комнатной температуре доли углерода 10^-6-10^-7 степени, чистое железо. Вид кристалла – атомы железа в углах куба и атом железа в центре куба. Феррит мягок и пластичен без легирования.

Мартенсит – пересыщенный раствор углерода в феррите с гранецентрированными кристаллами (ГЦК) в виде наклонной кубической призмы, параллелепипеда. Углерод внутри решетки кристаллов железа, до 2,14%. Образуется при быстром остывании стали в воде, при обдуве воздухом в диапазоне температур 270 - 220°C - «верхний и нижний пределы мартенситового перехода». Прочная и твердая структура железа, твердость 63-65 HRC, 630-680 НВ в высокоуглеродистой стали. В безуглеродистой и низкоуглеродистой стали твердость мартенсита низкая, 200 НВ, 16 HRC. Недостаток – флокены, многочисленные нитевидные трещины. Сталь хрупкая. Требует операции отпуска – длительной выдержки, от 6 ч до суток на воздухе в печи или в средах при высоких температурах 160-500°C. Сталь коробится, выгорает углерод. Резко снижаются внутренние напряжения, уменьшается хрупкость, на 10% снижается твёрдость. Трещины сохраняются. В них проникает водород – убийца кристаллов стали.

Температура начала мартенситных превращений Мн зависит от содержания в стали углерода. При 0,6% С Мн = 320°C, при 0,7% - 270°C, при 0,8 - 250°C.

Температура конца мартенситных превращений Мк зависит от температуры выравнивания стали с температурой охлаждающей среды. Наибольшая доля мартенсита образуется при температуре стали до 220°C. Прекращаются превращения охлаждением на воздухе.

Низкоуглеродистая сталь при содержании углерода до 0,2%. Углеродистая сталь – равномерный раствор углерода в железе при содержании углерода до 0,5%. Высокоуглеродистая сталь при содержании углерода 0,6 – 2,14%. Чугун – содержание углерода выше 2,14%.

Легирующие добавки – металлы, кремний, бор, как присадки в масле, как специи в супе, придают заданные функциональные свойства. Я занялся основой, термообработкой самой стали. Рецептуры стали с легирующими добавками утверждены.

«Цементит» - карбид железа Fe3C. Самая твёрдая часть в железе. Твёрдость 800 HB, 76 HRS. Содержание углерода 6,67%. В сравнение твёрдость у алмаза – 100 HRC, победита (карбид вольфрама) 80-90 HRC.

Перлит - смесь крупных зерен феррита и цементита в виде пластин, с нарастанием вглубь доли в них феррита. Прочность 190-230 НВ, 17-22 HRC.

Сорбит — одна из структурных составляющих сталей и чугунов; представляет собой высокодисперсную разновидность  перлита —  эвтектоидной смеси  феррита и  цементита.

Твёрдость, прочность и ударная вязкость сорбита выше, чем перлита. По степени дисперсности и твердости занимает промежуточное положение между перлитом и трооститом. Межпластиночное расстояние в сорбите 0,2 мкм (в перлите 0,5—1,0 мкм). Сорбит образуется в результате распада аустенита при температурах около 650 °С при охлаждении (так называемый сорбит закалки) и из мартенсита при отпуске (сорбит отпуска). Сорбит отпуска имеет такую же твердость, как и сорбит закалки, но отличается от него формой частиц цементита: зерна вместо пластинок. Такая форма цементита способствует существенному повышению вязкости стали.

Троостит – мелкодисперсный пластинчатый перлит закалки (феррит и цементит). Получается закалкой в масле. Твердость 300-400 НВ, 34-44 HRC.

Бейниты – разновидности троостита с очень мелкими кристаллами, ультрадисперсная структура.

«Верхний бейнит», ВБ – мелкие узкие «перьевые» пластины феррита с равномерным распределением пластин цементита. Структура ВБ зернистая, подобна игловидной структуре мартенсита - разнонаправленные беспорядочные и разъёдиненные кристаллы цементита в кристаллах феррита. Содержит до 2% остаточного мартенсита/аустенита.

«Нижний бейнит», НБ – смесь мелких игольчатых кристаллов феррита и цементита (карбид железа Fe3C)6,67% С, в виде мелких частиц, равномерно распределенных в феррите;

Эвтектоидная сталь – равномерный насыщенный раствор углерода в железе. Углерода 0,8-0,83%. Состоит из чередующихся пластин феррита и цементита, т.е. перлита. Характеризуется хорошей свариваемостью.

Заэвтектоидная сталь – пересыщенный раствор углерода. Углерода от 0,83 до 2,14%. Цементит (вторичный цементит) располагается вокруг зерен перлита в виде сетки. Хрупкое состояние стали. Плохая свариваемость.

Доэвтектоиднаясталь – углерода от 0,025 до 0,8%.

Прочность стали — это способность материала сопротивляться разрушениям и деформациям под влиянием сил, прилагаемых извне. Предел прочности — это пороговая величина напряжения, выше которой начинается разрушение металла.

В зависимости от марки, предел прочности стали колеблется в диапазоне от 300 МПа у обычных сортов низкоуглеродистой стали до 900 МПа высоколегированных сплавов.

На предел прочности влияют различные факторы, например:

• Химический состав. Содержание углерода и легирующих элементов (хром, никель, марганец, молибден и др.) существенно влияет на прочность. Увеличение содержания углерода обычно повышает прочность, но снижает пластичность.

• Структура. Микроструктура стали (величина зерна, наличие карбидов, фазовые превращения) существенно влияет на механические свойства. Например, мелкозернистая структура обычно обеспечивает более высокую прочность.

• Термическая обработка. Отжиг, закалка, отпуск — все эти процессы изменяют микроструктуру и, следовательно, прочность стали. Закалка, например, повышает прочность, но снижает вязкость.

• Холодная пластическая деформация. Деформация при комнатной температуре стали приводит к упрочнению материала, повышая его прочность, но снижая пластичность. «Наклёп» - прочная структура стали в местах наибольших деформирующих нагрузок.

• Температура. Прочность стали снижается с ростом температуры.

 

«Критическая скорость охлаждения» - обеспечивающая максимальную твёрдость изделия. Их две – в воде и в масле. Скорость охлаждения в масле примерно в 3-4 раза ниже, чем в воде. Скорость охлаждения можно регулировать в небольшом диапазоне температурой и скоростью циркуляции среды. Так в теории. Возможно, удастся увеличить диапазон скоростей циркуляцией жаростойкого масла Цилиндровое-52 при 180°C.

Теплопроводность всех масел примерно выравнивается при нагреве их выше 150°C. То есть будем иметь скорость охлаждения, как в жидком масле при 60-110°C в жаростойком масле при 180°C, и даже выше.

Направление закаливаемого изделия в среде против кривизны:

Прутки и полосы – вертикально;

Широкие изделия – горизонтально;

Переменной формы – самой тонкой частью вертикально;

Рельс – головкой вниз, подошва горизонтально;

Валок прокатного стана – горизонтально.

Основные существующие технологии закалки стали. Отличаются скоростью охлаждения в разных средах :

1.Закалка в воде. Длится 0,1-0,7 секунды для мелких изделий, до 3-х минут крупных, как рельс. Происходит коробление поверхности стали, микро растрескивание поверхности с насыщением водородом – «водородное охрупчивание», «ВО». Рельс может искривиться (ведет) в результате неравномерного охлаждения его разных о форме и толщине сечения частей. Происходит, когда рельс опускают в воду сразу после выхода с прокатного стана при 900°C, и охлаждают до температуры воды. Структура мартенсит, самая твёрдая. Твердость по Роквеллу после отпуска 63-65 HRC. Технология непригодна при содержании углерода от 0,5% и выше. Сильное растрескивание.

1.1. Управляемая закалка рельса на бейнит. Содержание углерода 0,48%. Патент DE 1533982. Предварительно охлажденный на воздухе после прокатки рельс нагревают до температуры 790°C - на 66°C выше точки А1 - 724°C, точки превращения избыточного цементита в аустенит - нижней критической точки стали. Для заэвтектоидных сталей (углерод выше 0,82%) нагревают до температуры на 30-50°C выше точки А1. Для рельсовых сталей с углеродом 0,6-0,82% примем температуру начала закалки в воде 780-770°C - на 56 - 46°C выше точки А1.

Рельс полностью погружается в воду головкой вниз и охлаждается до 525-450°C со скоростью охлаждения 2-5°C/сек..

Рельс извлекается из воды на 30 сек.. В воздухе теплопередачи нет. При такой выдержке растут кристаллы ВБ.

Рельс опускается только головкой в воду и охлаждается до 350-280°C быстро, за 50-100 сек.Температура измеряется инфракрасным пирометром, направленным на точку шейки рельса у самой воды.

В примере патента в интервале 350-280°C рельс охлаждается 70 сек. маканием и поднятием головки из воды. После охлаждение на воздухе. Структура – феррит, ВБ, НБ 15/10/75%.

2. Закалка в подогретом до 60-110°Cжидком минеральном масле И-20А или МЗМ. Длится 10-60 секунд. Структура стали троостит. Насыщение водородом и микротрещины у крупногабаритных изделий. Слышен треск при закалке валков прокатных станов весом до 5 тн., обойм крупногабаритных подшипников диаметром до 3 м. Другие недостатки – масло горит, дымит, сильно испаряется, окисляется, быстро образуется много маслошлама, масло требует скорой замены. Твердость стали после 6-24 ч отпуска 42-60 HRC. Сохраняется коробление стали. Длительная операция. Масло оседает на всех поверхностях цеха, его пары выбрасываются в атмосферу. Нарушение по экологии и штрафы. Применялась на Урале до 2015 г в закалке рельсов.

3. В воде с полимером – разновидность, позволяющая в зависимости от доли растворенного полимера, соли железа полиакриловой кислоты, получать скорость охлаждения ближе к воде или к маслу.

Преимущество – длительный ресурс среды, долив воды на испарение, редко полимера на восполнение потерь с переносом металлом, отсутствие осадков в ванне, исключена фаза паровой рубашки, снижающая скорость охлаждения.

Сопротивление на разрыв на 20% выше. Относительное удлинение на 40% ниже. Концентрация вредных паров ниже ПДК в 2 раза. Расход полимера 4-10 кг/тонну стали. Расход на перенос состава из ванны на 1 тн стали в 5-8 раз ниже потерь масла, многократно против других жидкостей. Нет продуктов разложения, не нужна промывка ванной.

Недостатки – твёрдость, прочность на 20%, ударная вязкость на 10-20% ниже масляной закалки. Среду перемешивают сжатым воздухом для разрушения паровой рубашки, а пузырьки воздуха тоже снижают скорость охлаждения. При закалке крупных изделий сохраняются недостатки водной закалки - трещины.

При доле полимера 20% твёрдость и ударная вязкость ниже на 20%, чем при закалке в масле, но сопротивление на разрыв, коэффициент закручивания при нагрузке 34-41 ТС выше на 20% - полезно карданным валам из трубы.

Обрабатывают крепёж, валы, прокат, литьё без больших перепадов сечения. Для стали низколегированной и/или углеродистой.

4. Закалка сухим воздухом при обдуве со скоростью 20-100 м/с 1 ч, отпуск - выдержка в печи при 275°C 6 ч. Трещин и наводороживания нет. Структура стали в верхнем слое до отпуска мартенсит. При этой технологии предел текучести 1310 МПа, предел прочности 1654 МПа, сопротивление отрыву 2669 МПа, относительное удлинение образца полосовой стали 13,5%. Результаты исследования Пермского НИЦ технологического университета. Его заключение – эта технология для листовой стали и изделий с габаритами сечения до 30х50 мм.

Применяется на НТМК для закалки рельсов и колесных пар. Размер сечения головки рельса Р65 72х45 мм, обода колеса колесной пары 22-40х126–140 мм. Поэтому закалка поверхностная на мартенсит с отпуском при выдержке 6 ч при 275°C и самоотпуском при остывании на воздухе.

Такая технология, считаю, бутафория, способствует быстрому износу головки рельса и гребней с поверхностью качения колесной пары. Но при существующих внедренных технологиях пока наилучшая, особенно для колесных пар.

Прототип такой технологии медленной закалки – древний способ получения булатных клинков. После их нагрева до температуры закалки охлаждение в потоке воздуха на коне в галопе. Воздух имеет низкую теплопроводность и медленно охлаждает клинок.

5. Плазменная закалка и токами высокой частоты – поверхностное упрочнение крупногабаритных изделий сложной переменной формы, в которых не удаётся добиться равномерной закалки – зубьев шестерней, валов. Скорость обработки вручную с горелки прибора 110 см/мин. Результаты упрочнения и вязкости положительные. Низкая производительность, не для поточного производства.

6. Термообработка рельсов в кипящем слое корунда размер частиц 0,3 мм, феррохрома, хромистой нержавеющей стали, восстановленного железа, мелкозернистого гранулята чугуна размером частиц 0,1 мм. «Кипение» частиц от перегретого до 140°C пара, воздуха. Новая, достаточно экзотическая, не внедренная технология. Испытывалась во ВНИИ МТ в Екатеринбурге.

Конспект статьи Metallicheckiy-portal.ru.:

В кипящий слой погружается только головка рельса.

При закалке головкой вниз головка и подошва охлаждаются с одинаковой скоростью.

Твердость головки выше, чем подошвы, что благоприятно для эксплуатации.

Результаты экспериментов:

Рельс Р-50 нагревался до 880° С и закаливался в кипящем слое частиц корунда.

Технология закалки – рельс головкой опускался в КС с Т 140°C и охлаждался до этой Т непрерывно. До 200°C поверхность охлаждается за 2,5 мин., сердцевина до 400°C за 3,5 мин.

Затем нагрев до 420°C за 2-5 мин. и выдержка при этой Т 15 мин. до завершения распада мартенсита.

Затем нагрев на отпуск за 5 мин. до 600-630°C, выдержка 20 мин. и охлаждение на воздухе. Все операции 45 мин. до охлаждения.

 

В сравнение время операций с пакетом рельсов на НТМК 7 ч. при неравномерности нагрева в профиле до 34°C, что в 9 раз дольше.

 

Твердость головки увеличилась до 325 кгс/мм2, твердость ножки осталась 230 кгс/мм2, как до закалки.

В сравнение – при закалке в масле, погружением только головкой вниз, твёрдость головки и подошвы одинаковая, 327 кгс/мм². ! на заметку.

Глубина прокаливаемости головки рельса на 5 и 10 мм сбоку и сверху.

Структура рельсов после охлаждения в кипящем слое — сорбит. После охлаждения на воздухе — грубый пластинчатый перлит.

Механические свойства и структура.

Охлаждение в кипящем слое увеличило предел текучести и прочности, уменьшило относительное удлинение.

Структура рельсов стала мелкозернистой, соответствовала распаду по нижней промежуточной ступени.

У рельсов из стали с 0,675% С обнаружена небольшая доля троостита.

Преимущества и перспективы

1.Термообработка в кипящем слое повышает усталостную прочность и износостойкость.

2.Рельсы с сорбитно-трооститной структурой и пределом прочности не ниже 110 кгс/мм2 оптимальны для эксплуатации.

3.Термообработка в кипящем слое ускоряет нагрев рельсов и уменьшает габариты печей.

Исследование нагрева рельсов.

Рельс Р65 нагревался до 650° С в печи с кипящим слоем частиц корунда. Подошва прогревалась до 650° С за 3,5 мин, ножка и головка за 5,5 мин.Равномерный нагрев достигался при отклонении подошвы от вертикали

Выводы о методе :

Преимущества : удобен для быстрого нагрева рельса перед закалкой. Позволяет уменьшить габариты печи более 10 раз, время нагрева снизить в 10 раз, всех операций в 10 раз.

Превосходит мех. свойствами рельса ранее известные способы закалки.

На мой взгляд, недостаток для внедрения – наличие такой экзотической дорогой среды столь мелких частиц. Чтобы эта «пыль» корунда, феррохрома и нержавеющей стали не вылетала из ванны под давлением перегретого пара или воздуха, высота слоя частиц д.б. достаточно велика, несколько десятков тонн на ванну для погружения пакета рельсов. Иначе и не обеспечить погружение в эту среду только головки рельса и ПДК по содержанию такой пыли в воздухе цеха.

7. Изотермическая закалка. Сталь при температуре закалки помещают в расплавленную селитру при температуре среды 300°C и долго выдерживают до выравнивания с температурой среды. Затем охлаждение на воздухе. Структура стали бейнит. Нет трещин, остаточного напряжения, минимум коробление, большая вязкость стали. Применяют для тонких изделий, которые быстро охлаждаются до температуры закалочной жидкости.

8. Прерывистая закалка крупных изделий в двух средах – вода/масло. Самая интересная для рассмотрения, которую и усовершенствует новый метод, объединив с германским 1.1.

Вначале перед закалкой стадия «нормализации» стали. Этот процесс снимает избыточные напряжения, полученные в результате предыдущей закалки, литья или сварки. Улучшает структуру стали перед последующей закалкой. В заэвтектоидной стали устраняет сетку вторичного цементита.

Изделие нагревает до точки, примерно на 50°C выше точки превращения избыточного цементита в аустенит - нижней критической точки стали 727°C. Нагрев изделия до точки образования однородной мелкокристаллической структуры , 780°C для рельсовой стали с углеродом 0,6-0,83%, выдержка на воздухе несколько секунд.

Рельс выходит с прокатного стана при температуре 900°C и остывает на воздухе до 780°C. При этом избыточный цементит превращается в аустенит. Повышается на 10-15% твердость и прочность стали в сравнении с похожей операцией отжига – нагрев до температуры чуть ниже нижней критической температуры стали, выдержкой и остыванием на воздухе. Это температура, при которой аустенит начинает превращаться в феррит, Ас1. Критическая температура – точка превращений состояний стали. Применяют отжиг для низкоуглеродистой стали.

Нормализации подвергают стали, изделия из которых должны выдерживать максимальные нагрузки, то есть обладать твердостью, прочностью и ударной вязкостью. Рельсовые стали как раз такие.

Существующая технология закалки: Опускание в воду на несколько мин. Включить циркуляцию воды импеллерами снизу, чтобы подавить фазу «паровой рубашки». Охлаждение с 900°C на воздухе, для рельса эвтектоидной стали до 780°C, углерода 0,6-0,83%. Для заэвтектоидной, углерода выше 0,83%, до 754-774°C. Далее в воде до температуры немного выше начала мартенситового превращения Mn 270°C - 280-300°C.

Время охлаждения до момента переноса из воды в масло определяют по датчику температуры на образцах с проверкой мех. свойств. Или бесконтактным инфракрасным пирометром.

Недодержка в воде приводит к снижению твердости, что для рельса менее критично, чем передержка и рост твёрдости, хрупкости, трещин.

Затем рельс опускают в подогретое до 110°C масло И-20А, МЗМ-16 и охлаждают до 220-180°C - нижней границы мартенситового перехода, Mк. Потом охлаждение на воздухе. Структура мартенсит. Производят отпуск. Прочность после отпуска в масле для разных марок стали при Т отпуска 150-200°C и 200-360°C в прилагаемой таблице, 60-64 HRC, 53-62 HRC. Также есть трещины, «ВО» - водородное охрупчивание, дымление масла, его сильное испарение.

Другой недостаток – перенос масла в воду, сложность отделения пленки масла. Применяют для изделий сложной формы и крупногабаритных. Рельсы с углеродом выше 0,6% и валки подходят под это определение.

9. Закалка с самоотпуском. Крупногабаритные изделия охлаждают в воде или масле до 320-280°C. Дальше охлаждают на воздухе. Снимает внутренние напряжения.

10. Представляю новую технологию, модернизацию прерывистой закалки в двух средах – «управляемая прерывистая закалка стали на бейнит» в воде и горячем жаростойком масле. Использует методы управляемой закалки в воде, изотермической закалки и закалки с самоотпуском. Возможно, именно она применялась в Германии в 40-е на Рейнметалл в условиях дефицита легирующих добавок. Технология секретная, утеряна. Использовали, скорее всего, вязкий масляный гудрон – остаточная фракция мазута после отгонки легких масляных фракций и без очистки от вредных примесей, который приходилось часто менять. Таким было в СССР масло Цилиндровое-52 ГОСТ 6411-76. С ним пытались восстановить технологию на Тульских заводах в 70-е. Тогда не было масла, удовлетворяющего требованиям операции. Но была подобрана начальная температура масла 180°C. Она обеспечивала необходимо низкую вязкость, отсутствие «крапчатой закалки» и «мягких пятен», высокую скорость охлаждения стали. Но масло очень быстро окислялось, давало обильный нагар и маслошлам, теряло свои характеристики через сутки.

Повторю, раз нам нужно получить бейнитовую сталь :

Образуется верхний бейнит при 525-450°C, нижний бейнит при 350-280°C. Продолжается образование при медленном охлаждении до 140°C.

Для начала нужно убедиться, какие удастся создать скорости охлаждения рельса в горячем масле. Рельс помещается в специальную раму-садку головкой вниз. Охлаждение в воде со скоростью до 4°C/сек. шло с 790°C до 525-450°C 75 сек. С 525 - 450°C до 350-280°C 70 сек. со скоростью 3°C/сек. Скорость охлаждения 3°C/сек. в масле не достижима.

Чтобы быстро проскочить интервал температур в 100°C между диапазонами образования верхнего и нижнего бейнитов, переносить садку (раму) с пакетом из 7-ми рельсов в воду до 70 сек., погружая только головки, в другую ванну для ускорения охлаждения. Другая ванна для того, чтобы не загрязнять переносом масла первую ванну. Масло с верхнего слоя второй ванны в конце смены будет отправляться в бак на деэмульгацию, оттуда после слива воды на просушку нагревом до 95°C (выше греть нельзя, вода вскипит и вспенится в загущенном масле, будет выброс на пол) от следов воды и возврат в масляную ванну.

Новая технология позволит управлять процессом закалки по скорости падения температуры и времени выдержки заданной температуры в зонах фазовых переходов кристаллизации железа. Регулируется скорость циркуляции масла в ванной подачей по кольцу мощного потока через трубу, нагнетаемого шестеренчатым или винтовым насосом. Забор масла через высокий и широкий раструб от уровня поверхности масла до уровня ниже уровня опускания головки рельса, где масло холоднее, и выброс в верхнем слое в низкий узкий раструб от зеркала масла до низа головки рельса. В трубе масло перемешивается с более холодным маслом нижних слоёв. Поток масла разгоняется ещё скоростью оборотов лопастей торцевых (не донных)импеллеров. Позволит получать желаемые свойства стали, которые недостижимы в иных технологиях.

Цель - достигнуть характеристик рельса, близких японским. При существующих в России технологиях – твёрдость по Роквеллу до 60 HRC (у мартенсита 64 – 70), ударная вязкость 2,5 кг/см^2, предел прочности к циклическим нагрузкам до 1000 МПа.

Но в российских рельсах углерода 0,76-0,87%. В японских 0,6-0,75%, что снижает стираемость их и колесных пар в 1,5 раза против европейского стандарта 0,52% углерода. Служат 50 лет. Ниже твёрдость – выше ударная вязкость и ниже износ. Нет микротрещин в теле рельса и колесных пар. У германских рельсов с 0,48% углерода при управляемой закалке в воде твёрдость 347-405 НВ в при износостойкости 1,72 – 1,55 мг/м².

У воды высокая теплопередача. У обычного масла в 3-4 раза ниже. У нашего предварительно разогретого до 180-200°C масла CV-1000 теплопередача растёт в зависимости от скорости потока масла в ванной. При низкой скорости низкая теплопередача. При стоячем масле теплопередачи нет вовсе.

Предлагал пилотную версию такой технологии, как «высокотемпературная закалка стали» в масле, с 2017 г. на металлургических выставках Металл Экспо в Москве, рассылками по предприятиям Урала, в 2021 г. в «Открытые инновационные окна» всех госкорпораций, в т.ч. в РЖД, и НТМК. Не указывал температурно-временные режимы, лишь начальную температуру масла и возможности технологии. С 2023 г. заводы Урала – Перми, Челябинска, Екатеринбурга, перешли на закалку в жаростойком базовом масле BS-150 Башнефть, возможно по моей наводке.

У него высокие вязкость V100 = 28-35 cSt, температуры вспышки и самовоспламенения 298-300°C и 386°C. Первый шаг к закалке в жаростойких маслах. Ниже сравню закалку в этом базовом масле и нашем Цилиндровое-52 из него с присадками.

Наше масло Цилиндровое-52 тм МегаМас-2 "CYLVISS-1000/1500ZD"© в закалке не дымит, не горит, слабо испаряется, долго не окисляется, не образует нагар и служит в ванной до года, что вызвано максимально высокой температурой вспышки 326°C, воспламенения – 340°С, 420-470°C самовоспламенения, отсутствием в масле растворённого воздуха.

При постоянной рабочей температуре 280°C в отпуске стали масло служит полгода с ежемесячными доливами на испарение 8%.

Изделиям из тонкой мягкой листовой низкоуглеродистой 0,2% углерода стали технология позволяет закрепить сложную форму, полученную штамповкой или гибкой. Например, пресс-форму шамотного огнеупорного изделия. Заменили дорогие пресс-формы из Германии из стали с 15% Mn. Или форму «штопора» из полосы, лопатки турбины, что придаст ей упругость, прочность, ударную вязкость, морозостойкость за счёт внутренней пластичности.

Новая технология для сталей углеродистых и высокоуглеродистых 0,6 – 0,75% углерода, как в японских рельсовых сталях и 0,72 – 0,87% С в сталях для РЖД – рельсах, стрелочных переводах, колесных парах, также в валках прокатных станов в сплавах с ванадием, кремнием, хромом, марганцем, титаном.

Длительная закалка, как и самоотпуск (сочетаются в этой технологии), ведут к получению ударной вязкости изделия, как при производстве самоотпуском ударного инструмента – кувалд, молотов, штампов. Особенно важна такая структура сочетания прочности и ударной вязкости НБ для рельсов, стрелочных переводов, рельсовых накладок, колесных пар подвижного ж.д. состава увеличением доли углерода в материалах ВСП, до 0,87%.

В качестве прототипа выбрана технология изготовления рельса в Германии по патентам DE 1533982 и ЕР 622852В1 «Технология управляемого охлаждения рельсы из низкоуглеродистой бейнитовойстали».

В патенте указана закалка стали с 0,48% углерода, которая в 1,5 раза менее износостойкая, чем японская сталь в рельсах с содержанием углерода 0,6-0,75%. Поэтому закалка в воде, т.к. стали с содержанием углерода выше 0,6% в воде не закаливаются, образуют многочисленные глубокие микротрещины, насыщаемые водородом.

Попытаемся приспособить её для закалки в двух средах, воде и масле для сталей с 0,6-0,87% углерода.

Образуется уникальная структура кристаллов в головке рельса. Создаются ячейки игольчатого феррита 5-13% объёма, заполненные разнонаправленными кристаллами верхнего и нижнего бейнита (ВБ и НБ) 5-75% и 15-90% (доля зависит от времени выдержки при заданной температуре), что даёт сочетание вязкости и твердости и препятствует созданию и росту трещин. Больше доля ВБ – выше твердость, прочность, ниже пластичность и ударная вязкость. Грубая «перистая» структура из пластин феррита и карбида железа, но размер их меньше, чем в обычном перлите. Создаёт скелет структуры. Образуется при 530-350°C при низкой скорости охлаждения. НБ образуется при 350-280°C и продолжается до 135°C. Игольчатая нано структура, равномерно распределенных игл феррита и карбида. Растёт между пластин ВБ.

У бейнитов против перлита выше прочность за счёт уменьшения размеров кристаллов феррита, их высокой плотности, перенасыщением решеток кристаллов феррита углеродом и легирующими элементами, наличием равномерно распределенных в феррите узких пластин («перьев») и игл карбида. Бейнит имеет кристаллы иглообразные, перлит сферические. Вязкость, прочность и пластичность НБ сравнима с мартенситом низкого отпуска, выше предел выносливости стали (противостояние циклическим нагрузкам) и термостойкость, что необходимо рельсовым сталям.

В итоге твердость по Бринеллю 340-406 НВ, по Роквеллу 39-45HRC, ударная вязкость 100 Дж/см², износостойкость 1,55 мг/м² при нагрузке 1200 Н, предел прочности растяжением Rm > 1150 Н/мм² для соотношения кристаллов феррит, ВБ, НБ 10/15/75% для низкоуглеродистой стали, закаленной так в воде.

В таблице роста прочности изделия от времени закалки в масле по обычной технологии указано время образования нижнего бейнита от 2 минут до 2-х часов.

Новая технология, вариант 1.1. Задание на НИР :

В НИР будет испытан нормализованный образец рельса R65, головка рельса 45 х 72 мм, длиною 100 мм на разные скорости замедления и ускорения охлаждения. Масса образца 6,5 кг.

Начинаем процесс закалки в воде, исходя из температур превращения аустенита в феррит 740-850°C. Для рельса берется нагрев (нормализация) до 780°C при содержании углерода 0,6-0,8%. 770°C при углероде 0,8-0,82%.770-755°C при 0,83-0,87%.

Илиостывание на выходе с прокатного стана на воздухе с 900°C. Раскладываем их по раме-садке из трубы с ячейками из листовой стали и каркасом из круга (прутка) D 32 мм головкой вниз 7 шт через один для равномерного остывания. Длина стандартного рельса 25 м. Ждём остывания на воздухе до 780°C и приступаем. Вода циркулирует снизу вверх, чтобы вскипала без паровой рубашки.

При непрерывном охлаждении в воде до начала бейнитового превращения, Т 525°C, избыточно выделяется феррит. Это положительно для низкоуглеродистых сталей. Образуются ферритовые иглы и далее, до 400°C, аустенит разлагается полностью на феррит и карбид.

При несоблюдении этого условия охлаждения для высокоуглеродистой стали начинается конкуренция в образовании перлита и ВБ (широких пластин и узких перьевых). Значит, охлаждение в воде должно быть завершено чуть раньше 525°C, например до 530-550°C, чтобы не проскочить порог.

В закалке в воде охлаждение с 790°C до 490°C длилось 75 сек. В нашей технологии принимаем ориентировочно время охлаждения рельса в воде с 780°C до 550-530°C 58-63 сек.

Ускоряют образование НБ в высокоуглеродистой стали добавки кобальта и алюминия, в углеродистой - кремния.

Изотермическая обработка при 325-125°C (длительное охлаждение) образует «нижний бескарбидный бейнит» НБКБ из ультратонких наноразмерных пластин феррита и аустенита, перенасыщенных углеродом. Толщина пластин бейнитного феррита 20-40 нм. Остаточный мартенсит около 2% распадается в бейнит.

В масле после переноса из воды при остывании рельса до 550-530°C имеем низкую скорость охлаждения до 450°C до 1°C/сек. Это способствует образованию ВБ. Погружается в масло лишь головка рельса. Делаем выдержку при температуре 450°C в медленно циркулирующем масле 30 сек. для роста одинаковых кристаллов ВБ, как в германском патенте на воздухе.

Контроль температуры остывания рельса в масле и воде бесконтактным инфракрасным пирометром по точке на шейке рельса над маслом. Температура одинаковая с головкой, погруженной в масло.

После точки выдержки перенос рельсов во вторую ванну с водой с погружением только головок. Быстрое охлаждение до интервала образования НБ в воде со скоростью 3°C/сек до температуры 350°C.

Примечание к технологии 10.

После нагрева масла выше 190°C по уровню поверхности масла у раструба подающей трубы, включается охлаждение масла водой, циркулирующей в рубашке охлаждения отводной трубы ванны до охлаждения до 180°C. Трубу пустить сбоку ванной масла и врезать во вторую ванну с водой.

Возврат пакета рельсов в ванну с маслом и погружение только головок. Остывание с 350 до 280°C происходит со скоростью 1°C/сек. Такой режим даёт соотношение кристаллов феррит, ВБ и НБ 10/15/75%. Для высокоуглеродистой стали снижаем скорость охлаждения с 320°C. Далее остывание до 180°C со скоростью 0,15°C/сек (9°C/мин), чтобы не образовался мартенсит.

Затем извлечение рамы из масла, подержать минуту над ванной, для стекания остатков. Перенос рамы для выгрузки рельсов и остывания их на воздухе цеха при 20-25°C. Сохраняется диффузия углерода из аустенита в решетку феррита, выделения карбида из аустенита и феррита.

После остывания вручную протирка головки рельса ветошью, смоченной в керосине или ином растворителе, от остаточной плёнки масла.

В нашей технологии воспроизводится управляемый процесс по германским патентам, в масле Цилиндровое-52 CV-1000ZD со сталью 0,6-0,87% С. Должна повыситься твердость до 400-650 НВ, 44-64HRC. Мартенcит в сравнение 650-750НВ, 63-65 HRC.

Не надо, как при водной закалке, вынимать рельс краном из воды на время выдержки температуры при 525-450°C на ВБ 30 сек., и при 350-280°C на НБ, с окунанием 70 сек.

Технология вариант 1.2. Более высокая скорость падения температуры в воде до интервала ВБ в патенте ЕР 612852 В1 1-10°C/сек., до интервала НБ 1-40°C/сек. и далее естественное охлаждение до 20°C. Скорости охлаждения обеспечиваются регулировкой скорости потока воды. Также повышает теплопроводность воды добавление в воду небольшого количества соли. Например, 1%. …

… Можно повысить производительность ванны, укладывая несколько рельсов головкой вниз в ячейки рамы (садки). Конструкция рамы из трубы D 190 мм 26 м длины и сверху поперечные трубы 1 м ширины между продольными трубами с ячейками на 7 рельсов. Поперечные рейки из прутков стали D32 и продольные из уголка 50х50х5 мм с шагом 170 мм относительно ширины подошвы рельса 150 мм. К ним приварены стенки ячеек из 5 мм толщины листа, высотой 200 мм относительно высоты рельса 180 мм. На зазор в ячейке с подошвой рельса остается 10-15 мм. Садка краном опускается в воду. Из воды переносится на 2 П-образные опоры из швеллера с полкой от 250 мм ширины, приваренные к двум столбам из трубы по концам ванны. Высота опор такова, чтобы садка опускалась в масло на глубину погружения головки рельса, на 45 мм.

… Чередуя температуры и время выдержки в диапазоне образования ВБ и НБ, можно добиться большей прочности или большей ударной вязкости, пластичности, что важно для морозостойкости рельса, сопротивлению его разрыву.

Технология 1.3.Стоит проверить и сравнить с технологией вариант 1.1. следующее замечание доцента Уральского университета им. Б.Н.Ельцина Юдина Ю.В.: «При превращениях ниже 300°C образуется карбид, отличный от F3C, что снизит прочность и твёрдость». Противоречие с образованием мартенсита в диапазоне 270-220°C, чего нужно избежать. Поэтому после точки 300°C избегаем мартенситовых превращений и превращений с «неправильным карбидом» в диапазоне быстрого охлаждения 270-220°C медленным охлаждением на воздухе до 20°C – выемка садки из масла на воздух при 300°C. Сравниваем показатели мех. свойств с охлаждением в масле до 180°C.

Вариант технологии 2.1. Начало бейнитовых превращений в масле лучше при температуре не выше 400°C, чтобы добиться минимума ВБ. Получаем выше ударную вязкость и «нижний бескарбидный бейнит», НБКБ. Это обеспечиваем ускорением потока масла после ввода рельса в него при 550-530°C до максимальной скорости охлаждения 1°C/сек. Выдержка 30 сек. при 400°C. Перенос в воду до диапазона 350°C. Далее по технологии 1.1..

В патенте ЕР 622852 В1 скорость охлаждения в воде до 40°C/сек. с 790°C до 280°C Мартенсит частично образуется. Затем охлаждение на воздухе. Соотносится с замечанием Юдина Ю.В.

Вариант 2.2. Повышением скорости охлаждения получаем более мелкодисперсную структуру и рост прочности стали. В масле проверяем на максимально достижимой скорости с 550-530°C до 350°C. ВБ не образуется. Если скорость в масле выше 1°C/сек. не достижима, то как в варианте 2.1., только без выдержки при 400°C, а непрерывное охлаждение в воде с 450 до 350°C. С 350 до 300-280°C скорость охлаждения 1°C/сек. в масле. Ниже 300-280°C естественное охлаждение на воздухе до 20°C. И 2.3. – медленное охлаждение в масле со скоростью 9°C/мин. до 180°C.

Вариант 3.1. Охлаждение в масле с 550-530°C до 300°C на максимальной скорости. Затем выдержка в стоячем масле 70 сек. и перенос на охлаждение на воздухе. Вариант 3.2. – охлаждение в масле с 300 до 180°C медленно со скоростью 9°C/мин. и перенос на воздух.

К технологии вариант 1,2 и 3. Измеряем время охлаждения рельса на воздухе со 180°C до 135°C. Вычитаем это время из 2-х часов – время роста кристаллов НБ. Снижение скорости охлаждения рельса в масле с 300°C до 180°C за это время.

Измеряем время охлаждения на воздухе с 300 до 135°C. Если быстрее 2-х ч, то увеличиваем время выдержки при 300°C на 2 ч минус это время.

Недостатки германской технологии закалки в воде - идёт сильное насыщение стали водородом вглубь изделия. Также происходит разрушительный процесс кавитации поверхности рельса пузырями кипящей воды. Образуется паровая рубашка, прекращающая теплоотвод. В германском процессе против «рубашки» в воду подается азот. Можно заменить сжатым воздухом.

Технология 4. Для колесных пар эта технология отличается тем, что после выемки из воды она подхватывается за концы осей краном и крепится за концы осей с одной стороны ванны с маслом зажимным патроном шпинделя электромотора. С другой стороны ванны в подшипник скольжения. Электромотор вращает колесную пару, погруженную в масло и вторую ванну с водой на уровень высоты обода – 22–40 мм для разных типов колесных пар. С гребнем погружение всего на 45-72 мм. Скоростью вращения обеспечивают необходимую скорость охлаждения. Ширина обода 130-140 мм.

Такое испытание в НИР возможно для образца в виде цилиндра (блина) 50 мм толщиной, 100 мм в диаметре. В отверстие посередине вставлена и прихвачена сваркой ось вала 20 мм диаметра. Методика такая же, как для рельса. Результат пригодится для закалки валков прокатных станов.

Цилиндр опускается в воду вертикально, и охлаждается до 550-530°C 100 сек. Время для рельса 65 секунд увеличено на соотношение диаметра диска к высоте головки рельса 100 / 45 и уменьшено на соотношение 50 / 72, ширине головки рельса. С 70 сек периодически, через 10 секунд, вынимать из воды для измерения температуры поверхности инфракрасным пирометром. Жар внутренних слоев будет разогревать наружный слой. Измерять, пока температура не достигнет 550-530°C в двух измерениях.

Перенос в циркулирующее масло с полным вертикальным погружением, охлаждение 155 сек., выдержка 30 сек. в неподвижном масле при 450°C и далее непрерывное охлаждение в воде до 350°C на скорости циркуляции воды при охлаждении рельса 50 сек.

Для валков время операций выбирается время для рельса, умножить на соотношению диаметра валка к высоте головке рельса и умножить на соотношение длины бочки валка к ширине головки рельса 72 мм.

Затем закрепить цилиндр в электромоторе и подшипнике скольжения с погружением на 40 мм в масло при 180°C и начать вращать на скорости, равной скорости потока масла в испытании для образца рельса, охлаждении 1°C/сек. время 70 сек. х 1,54 = 108 сек.. Для колесной пары время вращения те же 70 сек. Измеряем бесконтактным пирометром температуру на оси цилиндра. Вращаем до температуры 280°C. Получаем прокаливание НБ на глубину 40 мм.

Глубина прокаливания до сквозного нижнего бейнита зависит от времени охлаждения в масле с 300 до 135°C, до 2 ч., что увеличивает общую прочность изделия. Проверитьвремя остывания до 135°C в масле и на воздухе и механические свойства.

Прочность структуры нижний бейнит толстых наружных слоёв в крупноразмерных деталях близка к прочности мартенсита тонких твёрдых наружных слоёв при обычной закалке. Не возникают в теле стального изделия микротрещины и коробление поверхности (как при закалке в воде или в жидком масле крупных изделий), нет и хрупкости с «водородным охрупливанием». Не требуется последующий отпуск - не теряется и прочность (теряется отпуском 10% прочности).

Если закалку завершить при 280°C, при остывании на воздухе пойдет процесс самоотпуска в массивных изделиях, как то валки прокатных станов. Поэтому охлаждать цилиндр в масле целиком со 280°C до 135°C 2 часа. Для колесной пары повторить эксперимент с блином стали D100 толщиной 20 мм – толщина ниже обода. И погружать в масло не целиком, а на 40 мм с вращением. В воду второй ванны тоже с вращением на 400 мм. Остывание на воздухе с 280°C, со 180°C, со 135°C. Сравнить результаты по мех. свойствам. …

… Чем ниже критическая скорость закалки, тем глубже прокаливаемость. Критический диаметр сквозной прокаливаемости углеродистой стали 25 мм, хромированной 50 мм, хром + никель 125 мм. Минимальную скорость закалки подбираем по общему времени охлаждения в масле с 300-280°C до 135°C за 2 ч., примерно 7°C/5 мин.

Брак закалки – коробление (или поводка) — это неравномерная деформация изделий при закалке. При ней изделие изгибается или скручивается.

Причины коробления: неравномерный и чрезмерно высокий нагрев перед закалкой, неправильное положение детали при погружении в закалочную среду и высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале температур.

Особенно сложно устранить коробление в длинных и тонких изделиях. Для минимизации этого эффекта такие детали охлаждают при закалке в зажатом состоянии, используя штампы, прессы и специальные приспособления.

Для уменьшения коробления также рекомендуется:

• контролировать процесс нагрева и охлаждения изделия, избегая резких температурных градиентов;

• правильно размещать деталь в закалочной среде для равномерного охлаждения;

• подбирать сталь с оптимальным химическим составом и применять методы ступенчатой или изотермической закалки.

- Закалка в горячем циркулирующем масле с низкой скоростью в интервале мартенситовых превращений, начальная температура закалки 780-750°C, опускание рельса в воду и масло головкой вниз снизит разность скоростей охлаждения рельса с разных концов. Рельс не изменит геометрическую форму (не поведет).

Брак «мягкие пятна» - от недогрева или недостаточной скорости охлаждения. Возникают от неоднородной структуры, скоплений феррита. Исправляют нормализацией. Не должен возникнуть в новой технологии охлаждением в воде в двух ваннах с 780 до 530°C и с 450 до 350°C.

При желании металлургов можно попытаться построить структуры низкоуглеродистой низколегированной стали переменных свойств как в бамбуке - от наружных прочных слоев НБ к перлиту и ферриту вглубь изделия в зависимости от конечной температуры операции и её времени.Предположение, что так в Германии в 40-е получали сверхморозостойкие лопатки турбин из листовой стали. Утерянная технология, дающая большие возможности для вертолетной авиации и эксплуатации ж.д. путей в сильные морозы до минус 50°C. В вихревом двигателе Шаубергера лопатки выдерживали вращение 40 000 об./мин. при минус 70°C.

Преимущества новой технологии.

Сокращается время термообработки – одна операция закалки 10-120 мин. вместо закалки и отпуска от 7 ч до 3-х суток. Получается оптимальное соотношение механических свойств стали - прочность, упругость, износостойкость, ударная вязкость, морозостойкость, недостижимые в других технологиях. Экономится электроэнергия. Экономятся дефицитные легирующие металлы. Хороша технология для производства рельсов и колесных пар, валков прокатных станов,роторов турбин, буровых коронок, валов, больших подшипников (до 5 м диаметром), крепежа, деталей подвески автомобилей.

У мелких деталей – крепеж, подшипники, шаровые опоры, стойки стабилизаторов подвески этой технологией повысится их прочность, износостойкость при сквозной прокаливаемости на нижний бейнит. Вырастет их ресурс, а значит и безопасность крепления в технике.

О закалочной среде : Масло-вапор Цилиндровое-52 тм CYLVISS-1000ZD («Золотой ярлык»© до 2021 г., CV-1000 сокращенно) широко применяется при низкотемпературном отпуске стали при 150-200°C и 250-280°C с 2003 г. предприятиями Ростеха и Росатома - оружейные заводы ТОЗ и ЗиД, КИЗ (производство швейных игл и рыболовных крючков), Мосточлегмаш (производство ткацких игл), ВПО Точмаш Росатом, ГПЗ.

Там строго прописанный советский регламент - вначале закалка в масле И-20А или МЗМ, потом отпуск в Цилиндровом-52 масле при 280?С от 6-ти часов до суток.

В цехе термообработки обойм ПЖТ и валков прокатных станов, вес до 5 тн., в ОАО «ЭЗТМ», тоже закалка в масле И-20А (образуются микротрещины), а затем отпуск в ваннах ёмкостью по 16 тн. с нашим базовым маслом без присадок П-40. Там оно используется до замены 12 лет при 160°С, превращаясь в битум.

Присадки в масле (антиокислительная и антинагарная) щелочные, увеличивают его ресурс в ванне с 2-х суток (то же масло без присадок) до полугода при рабочей температуре 280?С. Раз в месяц долив на испарение 8%. Ресурс масла в ванной определяется по почернению масла, падению его температуры вспышки с исходной 314-328?С до 250?С, падению с щелочного числа 3 до кислотного

Против прочих закалочных масел И-20А и МЗМ ресурс масла Цилиндровое-52 по окислению выше в 16 раз, расход на испарение ниже в 8 раз, что окупает его высокую стоимость в 600 руб./кг с НДС по ресурсу в 4 раза, по испарению в 2 раза, суммарно в 8 раз. Стоимость импортного аналога Аддинол Цилиндройл-1000/1500ZD – 1560 руб./кг с НДС.

Почему для термообработки пригодно только наше масло Цилиндровое-52, а не других производителей :

Против масла-вапора Ц-52 без присадок и базовых термостойких вязких масел П-40 и BS-150 ресурс нашего масла по окислению выше минимум в 15 раз без долива,30 суток против 2-х до их возгорания при температуре 280°C. С доливом 8% в месяц ресурс в ваннах отпуска при 280°C полгода. При 255°C в открытых системах обогрева (котлах сироповарок)ресурс масла Цилиндровое-52 МегаМас-2 4 года.

До образования маслошлама при сплошном нагреве масла до 265°C в тонком слое пленки проходит две недели, критического накопления 2 месяца. В объёме масла шлама не образует за счёт присадок. Испарение нашего масла ниже в 3 раза против масла П-40 и BS-150.

Наше масло мгновенно отделяется от воды, что позволяет убрать его пленку с водяной ванны в конце смены в бак-отстойник и вернуть в масляную ванну. Расход нашего масла на испарение, приготовленного из масла BS-150, 6% в час при температуре 300°С, при 250°C 1,5-2% . Из значительно более дорогого П-40 испарение начинается при общем нагреве до 280°C. Испарение при 300°C 5% в час. Жидкие закалочные масла испаряются 15-20% в час при 250°C. Расход на испарение нашего масла против вязких масел BS-150 и П-40 ниже в 2-3 раза.

После 10-ти лет эксплуатации масла Цилиндровое-52 МегаМас-2 теплоносителем при температуре 200°С в системе без азотной подушки на «Вяземский завод синтетических продуктов», периодом замены 3-4 года, тены нагрева остались чистыми, без отложений битума. Кислотное число (К.ч.) масла достигало 2,38 против исходного щелочного числа = 3 через 3 года эксплуатации заливки. Температура вспышки через год снизилась с 320 до 260°C и осталась на этом уровне и через два года. Плотность не возросла, а наоборот упала с исходной при 20°С 0,907 до 0,890. Т.е. произошла термодеструкция - укорочение длины, разрыв молекул масла до плотности масла типа МС-20, КС-19.

В прочих маслах Ц-52 иных производителей вязкость и плотность выросли на 19% через полчаса при 300°C за счёт битумизации, окисления, накопления маслошлама. На масле Ц-52 МегаМас-2 вязкость упала на 2%, плотность не изменилась

К.ч. = 2 и выше – сигнал к замене масла-теплоносителя. Иначе начнётся коррозия стали, дальнейшее окисление масла, битумизация, рост его электропроводности.

Задание для НИР : Определяется в образце рельса перед нормализацией и после выемки из масла при 180°C содержание водорода. Если выше безопасного уровня 1 см³/100 гр. стали, определяется время выдержки изделия на воздухе после закалки при 200°C для выхода растворенного в стали остаточного водорода. Исходно в электросталеплавильной и конверторной стали водорода 4-5см³/100 грамм стали, после блюминга и проката 2см³/100 гр. Наводороживается горячий прокат при охлаждении СОЖами и водой.

При обычной закалке в масле с отпуском в масле же изделие выдерживают 6 ч на воздухе при 200°C для выхода водорода. Водород проникает в сталь из масла при его термическом разложении. Углеводороды распадаются на водород и углерод – сажу. Наше масло, как более термостойкое, имеет высокую стойкость к термодеструкции. Проверяется после закалки прочность по шкале Роквелла и ударная вязкость. У рельсовых высокоуглеродистых сталей 60 HRC и 2,5 кг/см².

Для деталей сложной формы разной толщины принимается температура начала бейнитового превращения Вn самой толстой части. Внутренний жар будет поддерживать высокую температуру от начала Вn до температуры Вк, в более тонких частях детали до завершения процессов в более толстых.

Предыстория – как возникла идея изобретения :

На заводе «Станкодеталь» СПб в 2012 г. пытались разогреть для ванны отпуска 200 л. нашего масла, опустив в него разогретую до бела, до 1000?С 20 кг стальную болванку. Обычное жидкое масло при этом вскипало. Наше же Цилиндровое-52 никак не прореагировало. Ни дыма, ни нагрева. И болванка не остыла при извлечении.

На Архангельском хлебозаводе не смогли нагреть наше масло тенами, как теплоноситель в рубашке сироповарки с плоским дном. По бокам быстро нагрелось до 250°C, под дном Т оставалась 80°C. Не было конвекции, естественной циркуляции нагретых слоев масла. В сироповарках с покатым дном масло по всей рубашке нагревалось быстро.

В нашем производстве это масло перед сливом из реактора остывало в нём 3-е суток с 90? до 60?С при температуре воздуха в цехе 30?С, сутки при 20°С. Прочие менее вязкие остывали за 3 часа.

Эти примеры говорят о высокой теплоёмкости и крайне низкой теплопроводности масла в спокойном состоянии без перемешивания. Т.е. можно регулировать скорость остывания изделия скоростью циркуляции масла. Коэффициент теплопроводности принимается максимальный для нефтепродуктов, как у гудрона, 2500 Ккал/1кг °C.

Это масло позволяет избежать фазы вскипания масла при опускании в него стального нагретого для закалки изделия, т.к. у него самая высокая температура кипения – 524°С. Пока слой масла, если и нагреется до этой температуры, стальное изделие остынет до неё. А раз нет возгорания, значит, изделие остывает даже без циркуляции масла до 524°C и ниже температур самовоспламенения 420-470°C.

Вязкость масла И-20А при 40°С V40 = 32-35 сSt. V100 = 6 cSt. Вязкость масла Цилиндровое-52 класса 1000 V40 = 1050 – 1100, класса 1500 1350–1500 сSt, V100 = 62-72 cSt. Консистенция масла при 20°С - жидкий мёд. При 100°С, консистенция, как у масла И-40А при 40°С.

 

Для понимания процессов в масле Цилиндровое-52 МегаМас-2 при закалке описание его структуры : Базовое масло – высоковязкое. Вязкость при 100?С V100 = 31 - 35 сSt. Добавление в масло особого «квазикристаллического» полимера с особой технологией растворения подымает вязкость масла до V100 = 62 – 74 сSt. Полимер образует в масле пространственный прочный упругий каркас - сеть цепочек, развернутых из комочков молекул в «листы папоротника» - цепочки с боковыми отростками. Они сцепляются отростками –«крючками» меж собой.

Цепочки молекул полимера связывают длинные молекулы углеводородов масла. Образуется подобие тела акулы – «мышцы» - длинные молекулы вязкого минерального масла, защищающие «хрящевой упругий скелет» - цепочки полимера. Этот скелет связывает молекулы масла, сильно ограничивая их броуновское движение. При нагреве молекулы не хаотически перемещаются, а «дрожат», связанные цепочками полимера. То есть сильно ослабляется теплопередача в слоях масла при нагреве в спокойном состоянии (без перемешивания). При перемешивании же греется, как жидкое масло.

Аналогичное изобретение в рецептуре масла в 1992 г. совершил инженер компании NipponSteelChemical Тезуки Такеси, назвав своё изобретение – «получение упругой масляной плёнки повышенной толщины» (60 мкм против 10 мкм прочих масел). Патенты JP 4154895, 4146996. Загустил таким же полимером масляный гудрон -деасфальтизированный гудрон без удаления очисткой излишка битума и прочих вредных тяжёлых примесей – свободных радикалов – непредельных углеводородов, ароматических углеводородов. Его изобретение было применено, как и мною, в маслах для ПЖТ и редукторов прокатных станов.

Я создал это изобретение независимо в 2001 г., назвав его «получение упругого масла». Моё изобретение превзошло в комплексе свойств японское – загущается рафинированное, гидрированное от вредных нефтяных примесей высоковязкое масло и добавляются термостойкие функциональные присадки.

Как теплоноситель, масло-вапор Цилиндровое-52 используется с большими преимуществами. Греется, как обычное масло, при перемешивании. Обладает высокой теплоёмкостью. Медленно и равномерно остывает в реакторах производства хим.продукции или в ваннах отпуска стали, экономя много электроэнергии.

Процессы в масле Цилиндровое-52 и стали при закалке объёмного массивного изделия, как валок : Сразу охлаждается наружный слой стали. Образуется наружный слой кристаллов верхнего бейнита. Затем слой уплотнённых кристаллов нижнего бейнита. Нагревается и ближайший к стали тонкий слой масла. Вначале ближний к детали слой масла сильно нагреется и снизится на 10% его плотность. 10% и коэффициент температурного расширения. Разогретое масло выйдет на поверхность ванны сквозь плотные холодные слои. Его место займёт следующий холодный слой масла - конвекция слоёв. Для ускорения и управлением процессом, защиты масла от окисления, во избежание образования нагара масла на детали в ванне включается циркуляция масла. Скорость циркуляции можно подобрать оборотами винтов импеллеров, добиваясь требуемой скорости остывания изделия.

Каждый новый ближний слой масла будет нагреваться до равновесной с деталью температуры. Циркуляцией и охлаждением температура масла понижается до начальной 180°C.

Температура самовоспламенения нашего масла до 470?С – воспламенение без источника открытого огня.(У прочих вязких масел максимум 386°С, жидких - 350°С). До такой температуры может нагреться лишь ближний к пластине слой масла. Но и при этом не возникает даже дымления масла – этот слой изолирован верхними холодными слоями масла от воздуха. В этом причина пожарной и экологической безопасности масла-вапора Цилиндровое-52 МегаМас-2.

Дальше, после отдачи верхним слоем изделия (образца)избытка тепла, образования слоя нижнего бейнита, теплопередача в стали идёт медленнее. Кристаллы бейнита затрудняют передачу тепла изнутри.

! Известен опыт, подтверждающий это. Нагревается в печи конец длинного незакалённого стального прутка. С другой стороны его можно держать голой рукой. Но стоит опустить разогретый конец прутка в воду, как противоположный конец прутка сильно разогревается, что невозможно держать. Это закалённый слой мешает отводу тепла в воду. Тепло устремляется вверх по прутку по более теплопроводящим слоям незакалённой стали.

Вязкие более плотные слои холодного масла затрудняют перемешивание его слоёв конвекцией – подъём горячего менее плотного масла на поверхность, опускание холодного масла на дно ванны. Т.е. общий нагрев масла в ванне идёт очень медленно в сравнении с жидким маслом. Поэтому нужна принудительная циркуляция винтом ванной для охлаждения изделия и период выдержки, плато температуры при остановке циркуляции.

К наружному слою стали поступает тепло изнутри, из следующего горячего слоя стали. Оно не позволяет ударно, быстро, остывать наружному слою, что не допускает образования микротрещин и коробления (поводки), появления хрупкости стали. Отводится лишь небольшая порция тепла, что приводит к меньшей степени закалки этого следующего слоя при минимальном времени операции. Чем глубже – тем меньше. Но не теряется прочность наружного бейнитового слоя, не происходит его распад, так как температура не повышается выше диапазона перехода. И времени недостаточно для самоотпуска. Образуется подобие многослойной булатной стали за счёт плавного перехода слоёв от бейнита к трооститу и перлиту с нарастанием вглубь детали доли феррита – новая, четвёртая технология получения булатной стали к трём, разработанным в начале ХХ века металлургом Аносовым. Структура «бамбука».

Чтобы зафиксировать такую структуру от самоотпуска, нужно при достижении 300-280°C, охладить изделие в масле до 135°C, охлаждением масла.

Масла CV-1000/1500 в ванну закалки потребуется вдвое меньше, чем обычного жидкого закалочного масла из-за его медленного нагрева и вдвое большего С – коэф-та теплоемкости. Чем больше масла в ванной, тем дольше оно прослужит, до 4-х лет. Определение ресурса масла по падению его температуры вспышки с исходной 328°С до 250°С (самовоспламенение 380°C), достижения кислотного числа 2-2,5.

Автор технологии © Высоцкий Сергей Владленович

8-495-737-32-82