CN113083937B - 一种冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺 - Google Patents

一种冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，包括以下步骤：步骤1：管坯经加热穿孔得到毛管；步骤2：毛管经球化退火得到退火管；步骤3：退火管经冷拔、冷轧得到成品管；步骤4：成品管去应力退火；步骤5：退火后的成品管精整；步骤2中，球化退火工艺具体为：将毛管置于加热炉内升温至设定的保温温度795℃并保温4‑4.5h，随炉冷却至设定的保温温度720℃并保温4‑4.5h，出炉空冷；步骤4中，去应力退火工艺具体为：将成品管置于加热炉内升温至设定的保温温度720℃并保温3‑3.5h，出炉空冷。采用本申请生产工艺生产的冷碾扩用轴承钢管表面无开裂现象，经冷碾扩后磁粉探伤检验合格率100％，且组织均匀性好。

Description

一种冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺。
背景技术
随市场竞争的不断加剧，轴承制造业必须降低成本，提高质量。冷碾扩轴承依靠一次碾扩变形量远大于一般轴承钢管，一次碾轧成形，成材率明显提高，在碾扩成形后的毛坯套圈经热处理后，可直接进行精磨加工，省略了复杂的车加工工序及其材料损耗(如挖沟道)，具备了优良的表面粗糙度，并且积蓄了很大的残余应力，在热处理淬火过程中会形成远大于一般钢管制造轴承的径向压应力，大幅度提高了轴承的寿命。因此，轴承毛坯冷碾扩工艺得到了轴承制造商的普遍认可，导致近几年冷碾扩轴承发展迅猛，但冷碾扩轴承制造过程存在一个致命问题，即钢管毛圈圈冷碾扩时会产生非常多的表面裂纹，这一问题亟待解决。
另外，目前国内轴承寿命不稳定一个重要原因——用于轴承制造用钢管显微组织均匀性不好，影响轴承套圈在淬回火后组织不均匀，导致轴承寿命散差较大。随各行各业对滚动轴承长效、稳定要求的不断提高，高性能轴承的市场需求不断扩大。针对目前轴承表面裂纹、质量不稳定的现状，申请人进行了深入研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，采用此生产工艺生产的冷碾扩用轴承钢管表面无开裂现象、组织均匀性好。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，包括以下步骤：
步骤1：管坯经加热穿孔得到毛管；
步骤2：所述毛管经球化退火得到退火管；
步骤3：所述退火管经冷拔、冷轧得到成品管；
步骤4：所述成品管去应力退火；
步骤5：退火后的所述成品管精整；
所述步骤2中，球化退火工艺具体为：将所述毛管置于加热炉内升温至设定的保温温度795℃并保温4-4.5h，随炉冷却至设定的保温温度720℃并保温4-4.5h，出炉空冷；
所述步骤4中，去应力退火工艺具体为：将成品管置于加热炉内升温至设定的保温温度720℃并保温3-3.5h，出炉空冷。
更进一步地，所述步骤2中，球化退火工艺具体为：将所述毛管置于加热炉内升温至设定的保温温度795℃并保温4h，随炉冷却至设定的保温温度720℃并保温4h，出炉空冷；
所述步骤4中，去应力退火工艺具体为：将成品管置于加热炉内升温至设定的保温温度720℃并保温3h，出炉空冷。更进一步地，所述步骤1中，经加热穿孔后的所述毛管进行正火处理。
更进一步地，所述步骤4中，去应力退火后的所述成品管进行硬度检验和金相检验，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T 18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
更进一步地，所述步骤2中，所述退火管进行硬度检验和金相检验，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T 18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
本发明的有益效果在于：采用本申请生产工艺生产的冷碾扩用轴承钢管表面无开裂现象，经冷碾扩后磁粉探伤检验合格率100％，且组织均匀性好。
具体实施方式
在影响轴承产品质量的各种因素中，套圈裂纹是轴承失效的重要形式之一，是不可挽救的缺陷，在生产过程中应该竭力避免，对此申请人进行了研究，探索裂纹形成的原因并找到克服这一缺陷的方法。
轴承钢管经内外径车削去除表面脱碳层后，经冷碾扩直接成型，对开裂套圈进行了失效分析，脱碳层处金相检验，未发现脱碳，说明这些裂纹不是原材料带来的；轴承钢材料一般硬度越高塑性越差，申请人经过分析认为：
1、冷碾扩的变形量大于材料抗拉强度时，会在变形量最大的内外表面出现局部失效导致裂纹出现；
2、球化组织不良会造成材料塑性下降，导致表面开裂。
基于初步失效的原因分析，进行了以下验证工作：
1、对客户冷碾扩出现失效现象的钢管进行取样分析，金相组织分析退火组织为2级偏细，硬度在HBW195-207之间，符合YBT4146-2016标准；
2、对客户冷碾扩未出现失效现象的钢管进行取样分析，金相组织分析为2级、3级不等，硬度在HBW179-190之间，也符合YBT4146-2016标准；
从以上检验数据对比分析得出：硬度和球化组织是冷碾扩质量保证的关键。
轴承钢管的生产、检验路径一般如下：
(1)管坯经加热穿孔得到毛管；
(2)毛管经球化退火得到退火管，出炉空冷，并进行硬度检验和金相组织检验；
(3)退火管经冷拔、冷轧得到成品管；
(4)成品管去应力退火，出炉空冷，并进行硬度检验和金相组织检验；
(5)退火后成品管精整(矫直、切头尾等)，并进行探伤和尺寸检验。
申请人发现生产过程中的热处理工艺是保证冷碾扩质量的关键，并对热处理工艺的具体参数进行了大量试验性探索。
不同球化退火工艺的毛管球化试验样品的检测结果
Figure BDA0002991969340000041
不同去应力退火工艺的成品管退火试验样品的检测结果对比
Figure BDA0002991969340000042
按上述三种热处理工艺，为福建泛科轴承公司生产了
Figure BDA0002991969340000043
的轴承钢管，进行了小批量试验(1000个)，结果如下：
工艺序号 经冷碾扩后磁粉探伤检验合格数 合格率％
一 765 76.5
二 958 95.8
三 1000 100
从小批量试验生产结果可以看出：采用工艺序号三的热处理工艺生产的轴承钢管合格率最高，表面无裂纹。
工艺序号三具体为：球化退火过程中，加热至795℃并保温4h，随炉冷却至720℃并保温4h。去应力退火过程中，加热至720℃并保温3h。
一般在加热炉加热过程中，设定加热炉保温温度后，在保温过程中炉内温度误差在±5℃。
工艺序号三的具体操作为：球化退火过程中，设定加热炉内保温温度795℃，毛管升温至795℃(炉内温度区间范围790-800℃)保温4h；随后设定保温温度720℃，毛管随炉冷却至720℃(炉内温度区间范围715-725℃)后保温4h。
去应力退火过程中，设定加热炉内保温温度720℃，成品管升温至720℃(炉内温度区间范围715-725℃)并保温3h。
经市场验证，采用本申请生产工艺生产的冷碾扩用轴承钢管产生了较好的市场效益，不再有冷碾后开裂投诉，表面质量良好。
另外，申请人发现，轴承钢是一种合金含量、碳含量较高的过共析钢，管坯在连铸结晶过程中，会出现枝晶偏析和碳化物偏析，在穿孔时可以改善碳化物带状，但由于加热时间短无法完全消除，同时在穿孔毛管冷却时又会形成碳化物网状，正是因为原材料不可避免的内在组织不均匀，按正常钢管生产流程生产出来的钢管同样存在组织不均匀的问题，同时会造成轴承精磨时出现尺寸散差，导致了制成轴承寿命的不稳定。
根据金属热处理原理，穿孔后毛管增加一道正火工艺，可以起到改善毛管内在组织的不均匀性的作用，同时消除了穿孔后产生的碳化物网状等有害组织；在毛管球化退火一次保温时可以形成更均匀的碳化物质点分布，得到比未经正火材料更均匀的球化组织，在后续轴承热处理时，可以形成比普通材料更加均匀的淬回火组织，实现轴承寿命的提高和精加工尺寸的稳定，避免给轴承使用单位带来不可预见的提前失效及损失，因此，申请人在上述工艺序号三的基础上对生产工艺进行探索并进行小批量试生产。
穿孔毛管正火前、后的组织对比
Figure BDA0002991969340000051
结果对比：正火后碳化物网状消除，正火后的碳化物分布更均匀；碳化物带状无明显改变；说明达到了工艺设计的要求。
毛管未正火与毛管正火成品钢管检验记录及对比
Figure BDA0002991969340000061
结果对比：同样的球化退火热处理工艺，毛管正火后的球状珠光体组织颗粒大小一致、分布非常均匀，按GB/T34891-2017《滚动轴承、高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》标准评级，完全符合3级评级图；而未经正火的球状珠光体组织颗粒大小不均，评为2级；说明毛管正火工艺对组织均匀性的改善是有效的。
毛管未正火与毛管正火后生产钢管制成轴承质量检测结果
Figure BDA0002991969340000062
Figure BDA0002991969340000071
结果对比：轴承质量要素主要有震动、精度和寿命，穿孔毛管经正火热处理新工艺后制成的轴承，明显优于目前国内毛管未正火工艺生产的轴承钢管制成的轴承。
为了更好地说明本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。
实施例1：
冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，包括：
(1)管坯经加热穿孔得到毛管，对毛管进行正火处理。
(2)毛管经球化退火得到退火管：将毛管置于加热炉内，设定加热炉内保温温度795℃，毛管升温至795℃后保温4h，随后设定加热炉内保温温度720℃，毛管随炉冷却至720℃后保温4h，出炉空冷；并进行硬度检测和金相组织检测，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T 18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
(3)退火管经冷拔、冷轧得到成品管。
(4)成品管去应力退火：将成品管置于加热炉内，设定加热炉内保温温度720℃，成品管升温至720℃后保温3h，出炉空冷；并进行硬度检测和金相组织检测，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T 18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
(5)退火后成品管精整(矫直、切头尾等)，并进行探伤和尺寸检测。
实施例2：
冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，包括：
(1)管坯经加热穿孔得到毛管，对毛管进行正火处理。
(2)毛管经球化退火得到退火管：将毛管置于加热炉内，设定加热炉内保温温度795℃，毛管升温至795℃后保温4h，随后设定加热炉内保温温度720℃，毛管随炉冷却至720℃后保温4h，出炉空冷；并进行硬度检测和金相组织检测，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T 18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
(3)退火管经冷拔、冷轧得到成品管。
(4)成品管去应力退火：将成品管置于加热炉内，设定加热炉内保温温度720℃，成品管升温至720℃后保温3.5h，出炉空冷；并进行硬度检测和金相组织检测，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T 18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
(5)退火后成品管精整(矫直、切头尾等)，并进行探伤和尺寸检测。
实施例3：
冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，包括：
(1)管坯经加热穿孔得到毛管，对毛管进行正火处理。
(2)毛管经球化退火得到退火管：将毛管置于加热炉内，设定加热炉内保温温度795℃，毛管升温至795℃后保温4.5h，随后设定加热炉内保温温度720℃，毛管随炉冷却至720℃后保温4.5h，出炉空冷；并进行硬度检测和金相组织检测，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T 18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
(3)退火管经冷拔、冷轧得到成品管。
(4)成品管去应力退火：将成品管置于加热炉内，设定加热炉内保温温度720℃，成品管升温至720℃后保温3h，出炉空冷；并进行硬度检测和金相组织检测，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T 18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
(5)退火后成品管精整(矫直、切头尾等)，并进行探伤和尺寸检测。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：管坯经加热穿孔得到毛管，经加热穿孔后的所述毛管进行正火处理；
步骤2：所述毛管经球化退火得到退火管；
步骤3：所述退火管经冷拔、冷轧得到成品管；
步骤4：所述成品管去应力退火；
步骤5：退火后的所述成品管精整；
所述步骤2中，球化退火工艺具体为：将所述毛管置于加热炉内升温至设定的保温温度795℃并保温4-4.5h，随炉冷却至设定的保温温度720℃并保温4-4.5h，出炉空冷；
所述步骤4中，去应力退火工艺具体为：将成品管置于加热炉内升温至设定的保温温度720℃并保温3-3.5h，出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，其特征在于：
所述步骤2中，球化退火工艺具体为：将所述毛管置于加热炉内升温至设定的保温温度795℃并保温4h，随炉冷却至设定的保温温度720℃并保温4h，出炉空冷；
所述步骤4中，去应力退火工艺具体为：将成品管置于加热炉内升温至设定的保温温度720℃并保温3h，出炉空冷。
3.根据权利要求1所述的冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，其特征在于：所述步骤4中，去应力退火后的所述成品管进行硬度检验和金相检验，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T 18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
4.根据权利要求1所述的冷碾扩轴承用轴承钢管生产工艺，其特征在于：所述步骤2中，所述退火管进行硬度检验和金相检验，控制其布氏硬度在179-190HBW，球化组织按GB/T18254-2016附录A中第5级别图评定级别在2-3级。
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