CN108393419A - 一种提升轴承钢球性能的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热轧成形热处理领域，一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：步骤1；将钢棒加热到奥氏体化以上温度，通过第一斜轧辊单向旋转热轧成形钢球；步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将钢球棒转移到第二斜轧辊上继续单向旋转轧制，第二斜轧辊的斜轧方向与第一斜轧辊的斜轧方向相反，轧辊倾角相同；步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间；步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。该制造方法一方面提高钢球表层晶粒细化程度来实现晶粒超细化，降低塑形损伤；另一方面，通过快速冷却钢球避开网状碳化物生成的温度区间，消除网状碳化物。

Description

一种提升轴承钢球性能的制造方法

技术领域

本发明涉及热轧成形热处理领域，尤其涉及一种提升轴承钢球性能的制造方法。

背景技术

轴承钢球的主要制造方法有冷镦、热镦、铸造、轧制等工艺，斜轧钢球生产效率节省材料，适合大批量生产。斜轧后的钢球需要进行热处理消除网状碳化物，提高组织性能。目前，许多钢球制造公司采用单向旋转的方式热轧钢球，这种轧辊单向转动轧制方式，导致钢球表层摩擦力引起钢球表层（近表层）局部金属塑性耗尽以致发生塑性损伤。此外，钢球热轧后通过雾冷的方式降低温度导致钢球内部温度不能很好的快速降低而消除网状碳化物，降低钢球的强度、硬度和耐磨性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种提升轴承钢球性能的制造方法，该制造方法克服现有工艺不足，一方面提高钢球表层（近表层）晶粒细化程度来实现晶粒超细化，降低塑形损伤；另一方面，通过快速冷却钢球避开网状碳化物生成的温度区间，消除网状碳化物。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1；将钢棒加热到奥氏体化以上温度，通过第一斜轧辊单向旋转热轧成形钢球；

步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将钢球棒转移到第二斜轧辊上继续单向旋转轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带；所述第二斜轧辊的斜轧方向与第一斜轧辊的斜轧方向相反，轧辊倾角相同；

步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间；

步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。

作为优选，所述第一斜轧辊为左旋轧辊，第二斜轧辊为右旋轧辊。

作为优选，一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1；将直径60 mm的GCr15SiMn轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约920˚C；

步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到第二斜轧辊上右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为830˚C；

步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间；

步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。

作为优选，一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1；将直径60 mm的GCr15SiMn轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约920˚C；

步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到第二斜轧辊上右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为830˚C；

步骤3：将热轧成的钢球侵入水中7~9秒钟，此时钢球芯部温度570 ~580˚C左右，表层温度500~510 ˚C左右；

步骤4：将步骤3中得到的钢球通过网状传送带快速取出空冷。

作为优选，一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1：将直径60 mm的GCr15轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约890˚C；

步骤2：当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为820˚C。

步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间；

步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。

作为优选，一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1：将直径60 mm的GCr15轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约890˚C；

步骤2：当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为820˚C。

步骤3：将热轧成的钢球侵入水中7~9秒钟，此时钢球芯部温度570 ~580˚C左右，表层温度500~510 ˚C左右；

步骤4：将步骤3中得到的钢球通过网状传送带快速取出空冷。

本发明采用上述技术方案，该技术方案涉及一种提升轴承钢球性能的制造方法。一方面，该制造方法通过变换斜轧钢球的轧制方向，改变钢球金属塑形变形的方向，提高钢球表层（近表层）金属塑性变形程度降低塑性损伤，合理变换轧辊方向显著提高钢球宏观剪切应力带提高钢球表层（近表层）晶粒细化程度来实现晶粒超细化，降低塑形损伤。而传统工艺中，普遍采用单向旋转的轧辊制造钢球球坯，即通过斜轧辊单向旋转热轧成形钢球，钢球表层（近表层）局部金属塑性耗尽以致发生塑性损伤，这不利于钢球表面金属完整，降低钢球强度、硬度、耐磨损和抗疲劳性能。

另一方面，在钢球热轧成形后，钢球表层和芯部温度仍然很高，传统工艺中通过雾冷的方式降低钢球温度，不仅冷却速度慢，钢球芯部晶粒粗化，而且钢球产生网状碳化物(在680 ˚C ~900 ˚C缓慢冷却易形成网状碳化物)，这增加了钢的脆性，降低了钢球承载冲击载荷的能力，影响钢球的服役寿命。该工艺方法中，将热轧成形的钢球迅速侵入水中几秒钟时间，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃避开网状碳化物生成的温度区间，有利于提高钢球的强度、硬度和疲劳抗力和耐磨损性。

附图说明

图1为本申请技术方案中的步骤1示意图。

图2为本申请技术方案中的步骤2示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方案作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1~2所示的一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1；将钢棒加热到奥氏体化以上温度，通过第一斜轧辊单向旋转热轧成形钢球。

步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将钢球棒转移到第二斜轧辊上继续单向旋转轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带；所述第二斜轧辊的斜轧方向与第一斜轧辊的斜轧方向相反，轧辊倾角相同；如可将第一斜轧辊选为左旋轧辊，第二斜轧辊选为右旋轧辊。

步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间。

步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。

实施例2：

本实施例基于实施例1的基础之上，对于步骤1和步骤2的具体选材和工艺要求进行限定，具体方案如下。

一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1；将直径60 mm的GCr15SiMn轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约920˚C；

步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到第二斜轧辊上右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为830˚C；

步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间；

步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。

实施例3：

本实施例基于实施例2的基础之上，对于步骤3和步骤4的具体选材和工艺要求进行限定，具体方案如下。

一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1；将直径60 mm的GCr15SiMn轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约920˚C；

步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到第二斜轧辊上右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，提高钢球表层（近表层）晶粒细化程度，减少塑形损伤微观撕裂带，轧制完毕钢球温度降为830˚C；

步骤3：将热轧成的钢球侵入水中7~9秒钟，此时钢球芯部温度570 ~580˚C左右，表层温度500~510 ˚C左右；这种快速短时降低钢球温度的方式避免了钢球中产生网状碳化物。

步骤4：将步骤3中得到的钢球通过网状传送带快速取出空冷。

该实施例中记载的制造方法所得到的钢球力学性能与不经过上述制造方法所得到的钢球力学性能对比情况如表1所示。

表1：实施例3与现有技术的效果对比

实施例4：

本实施例基于实施例1的基础之上，对于步骤1和步骤2的具体选材和工艺要求进行限定，具体方案如下。

一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1：将直径60 mm的GCr15轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约890˚C；

步骤2：当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为820˚C。

步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间；

步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。

实施例5：

本实施例基于实施例2的基础之上，对于步骤3和步骤4的具体选材和工艺要求进行限定，具体方案如下。

一种提升轴承钢球性能的制造方法，包括如下步骤：

步骤1：将直径60 mm的GCr15轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约890˚C；

步骤2：当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，提高钢球表层（近表层）晶粒细化程度，减少塑形损伤微观撕裂带，轧制完毕钢球温度降为820˚C。

步骤3：将热轧成的钢球侵入水中7~9秒钟，此时钢球芯部温度570 ~580˚C左右，表层温度500~510 ˚C左右，这种快速短时降低钢球温度的方式避免了钢球中产生网状碳化物；

步骤4：将步骤3中得到的钢球通过网状传送带快速取出空冷。

该实施例中记载的制造方法所得到的钢球力学性能与不经过上述制造方法所得到的钢球力学性能对比情况如表2所示。

工艺	强度（MPa）	硬度（HRC）	冲击功（J）
				淬火+回火	650	61	51
双向轧制+水冷+淬火+回火	890	65	73

表2：实施例5与现有技术的效果对比

综合上述所有实施例，本发明的技术方案涉及一种提升轴承钢球性能的制造方法。一方面是涉及到表层性能的提升，该制造方法通过变换斜轧钢球的轧制方向，改变钢球金属塑形变形的方向，提高钢球表层（近表层）金属塑性变形程度降低塑性损伤，合理变换轧辊方向显著提高钢球宏观剪切应力带提高钢球表层（近表层）晶粒细化程度来实现晶粒超细化，降低塑形损伤。而传统工艺中，普遍采用单向旋转的轧辊制造钢球球坯，即通过斜轧辊单向旋转热轧成形钢球，钢球表层（近表层）局部金属塑性耗尽以致发生塑性损伤，这不利于钢球表面金属完整，降低钢球强度、硬度、耐磨损和抗疲劳性能。

另一方面是涉及到内部性能的提升，在钢球热轧成形后，钢球表层和芯部温度仍然很高，传统工艺中通过雾冷的方式降低钢球温度，不仅冷却速度慢，钢球芯部晶粒粗化，而且钢球产生网状碳化物(在680 ˚C ~900 ˚C缓慢冷却易形成网状碳化物)，这增加了钢的脆性，降低了钢球承载冲击载荷的能力，影响钢球的服役寿命。该工艺方法中，将热轧成形的钢球迅速侵入水中几秒钟时间，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃避开网状碳化物生成的温度区间，有利于提高钢球的强度、硬度和疲劳抗力和耐磨损性。

Claims (6)

1.一种提升轴承钢球性能的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1；将钢棒加热到奥氏体化以上温度，通过第一斜轧辊单向旋转热轧成形钢球；

步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将钢球棒转移到第二斜轧辊上继续单向旋转轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带；所述第二斜轧辊的斜轧方向与第一斜轧辊的斜轧方向相反，轧辊倾角相同；

步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间；

步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。

2.根据权利要求1所述的一种提升轴承钢球性能的制造方法，其特征在于：所述第一斜轧辊为左旋轧辊，第二斜轧辊为右旋轧辊。

3.根据权利要求2所述的一种提升轴承钢球性能的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1；将直径60 mm的GCr15SiMn轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约920˚C；

步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到第二斜轧辊上右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为830˚C；

步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间；

步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。

4.根据权利要求3所述的一种提升轴承钢球性能的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1；将直径60 mm的GCr15SiMn轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约920˚C；

步骤2；当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到第二斜轧辊上右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为830˚C；

步骤3：将热轧成的钢球侵入水中7~9秒钟，此时钢球芯部温度570 ~580˚C左右，表层温度500~510 ˚C左右；

步骤4：将步骤3中得到的钢球通过网状传送带快速取出空冷。

5.根据权利要求2所述的一种提升轴承钢球性能的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将直径60 mm的GCr15轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约890˚C；

步骤2：当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为820˚C；

步骤3：将热轧成形的钢球迅速冷却，使钢球芯部和表层温度快速降低到500℃~600℃之间；

步骤4：将步骤3中得到的钢球取出进行空冷。

6.根据权利要求5所述的一种提升轴承钢球性能的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将直径60 mm的GCr15轴承钢棒加热到1050 ˚C，在第一斜轧辊上左旋轧制钢球预制连接颈为20 mm的钢球，温度降低到约890˚C；

步骤2：当步骤1中的钢球热轧到50%~70%的变形量时，将连接颈为20 mm的预制的钢球棒转移到右旋轧制轧辊上继续轧制，使钢球棒金属塑形变形发生反向宏观剪切应力带，轧制完毕钢球温度降为820˚C；

步骤3：将热轧成的钢球侵入水中7~9秒钟，此时钢球芯部温度570 ~580˚C左右，表层温度500~510 ˚C左右；

步骤4：将步骤3中得到的钢球通过网状传送带快速取出空冷。