Подшипники качения работают преимущественно на сжатие и растяжение с многократным нагружением каждого участка рабочей поверхности. Поскольку это нагружение происходит на небольшой поверхности – точечно, на этой поверхности в момент нагружения возникают большие контактные напряжения. Эти напряжения после большого количества циклов нагружения приводят к усталостному разрушению подшипника.

Вследствие того, что подшипники работают точечно, большое значение для подшипниковой стали (∼1 % C; 1,5 % Cr) имеет чистота по неметаллическим включениям. Присутствие в стали крупных (более 10–15 мкм) оксидных включений и их строчек уменьшает стойкость стали против усталостного разрушения и понижает долговечность подшипников. Поэтому одним из критериев оценки качества подшипниковой стали, а также возможности ее использования или забракования является балл, характеризующий размеры оксидных включений. Достижение низкого балла по включениям, т.е. отсутствия включений более допустимой величины является одной из главных задач производства подшипниковой стали.

В течение десятков лет подшипниковую сталь выплавляли в дуговых печах, и указанная задача в определенной мере решалась с большим трудом – малая долговечность подшипников была одной из перманентных забот сталеплавильщиков. Дело существенно изменилось с применением внепечной вакуумной обработки подшипниковой стали, обеспечивающей в результате углеродного раскисления высокую степень чистоты металла по оксидным включениям, и мерами, связанными с обеспечением сохранности результатов этой обработки (рис.).

32Последовательное, с течением времени, применение вакуумирования в ковше, циркуляционного (RH) или порционного (DH) вакуумирования, непрерывной разливки (МНЛЗ), при которой успешно решаются вопросы защиты струи металла после внепечной обработки, эркерного выпуска (ЭВ), позволяющего производить выпуск в ковш без шлака, привели к значительному повышению долговечности подшипников – количество циклов работы подшипников до разрушения увеличилось в 10 раз. Долговечность подшипников из стали, обработанной в ковше вакуумом (процессы RH, DH), оказалась на уровне долговечности подшипников из стали, подвергнутой вакуумному дуговому переплаву (ВДП).
Применение внепечной обработки позволило производить подшипниковую сталь не только в дуговых печах, но и в конвертерах с получением металла одинакового качества.
Технология плавки подшипниковой стали в конвертерах аналогична технологии плавки рельсовой стали, аналогично решается и вопрос дефосфорации. Плавку ведут со скачиванием основного жидкоподвижного шлака, образуемого в результате присадок извести и плавикового шпата в первые 6–8 мин продувки кислородом при высоком уровне фурмы над ванной для поддержания достаточно высокого содержания FeO в шлаке (12–14 %). Таким образом достигают не только требуемой дефосфорации, но и значительной десульфурации. После скачивния первого шлака наводят новый присадками извести и плавикового шпата.

Дополнительная трудность при плавке подшипниковой стали в конвертере связана с легированием хромом. Присадки тугоплавкого феррохрома в ковш, как это делается с раскислителями, невозможна, так как это вызывает значительное охлаждение стали. Поэтому хром вводят в сталь в виде жидкой лигатуры (40–50 % Cr). Лигатуру, выплавленную в отдельной, обычно индукционной, печи и имеющую температуру 1600–1670 °С, заливают в сталеразливочный ковш перед выпуском плавки из конвертера и сразу производят выпуск. Вместо жидкой лигатуры для легирования в ковше возможно применение твердых экзотермических ферросплавов с хромом, при плавлении которых выделяется тепло. В качестве теплоносителя в этих сплавах имеется кремний или алюминий.

Ввиду трудности легирования металла хромом подшипниковую сталь более часто выплавляют в дуговых печах.

Плавку в дуговой печи ведут по обычной, описанной выше технологии с коротким окислительным периодом после расплавления. Ранние присадки извести и железной руды в период плавления, а так-же спуск шлака и наводка нового в конце плавления и в начале окислительного периода должны обеспечить достаточно низкое содержание в металле фосфора при высоком содержании углерода. Легирование хромом производят присадками феррохрома в печь перед выпуском. Для уменьшения угара хрома перед присадкой феррохрома про-изводят предварительное раскисление в печи присадкой ферросилиция из расчета получения ≤ 0,1 % кремния в металле. Такое слабое раскисление и легирование хромом не препятствуют углеродному раскислению высокоуглеродистой подшипниковой стали при последующей вакуумной обработке.

Внепечная обработка вакуумом является непременной операцией современного производства подшипниковой стали.

Если требуется десульфурация стали после ее выплавки в дуговой печи, то кроме вакуумирования сталь обрабатывают в ковше шлаком. Для этой цели целесообразно использовать процесс ASEA-SKF, который сочетает эти два метода внепечной обработки. Однако к подшипниковой стали не всегда предъявляют высокие требования по содержанию серы. Согласно ряду исследований сера при содержании до ∼0,025 % даже повышает долговечность подшипников, так как относительно мягкие сульфиды обволакивают твердые оксидные включения, уменьшая их отрицательное влияние на образование трещин. Поэтому наиболее распространенной внепечной обработкой подшипниковой стали является циркуляционное или порционное вакуумирование. Такое вакуумирование в результате углеродного раскисления обеспечивает низкое содержание оксидных включений в стали и, что очень важно, исчезновение крупных включений, позволяя получать металл высокого качества.