專利名稱：一種高速冷鐓用軸承鋼的磷皂化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸承鋼盤卷材的制造方法，尤其是涉及適合高速冷鐓用軸承鋼的磷皂化方法，更特別是涉及適合高速冷鐓用GCrl5軸承鋼盤卷材的制造方法。
背景技術(shù)：
GCr15是軸承鋼的一個品種，GCr15是用于制作軸承滾動體的關(guān)鍵材料之一。GCr 15鋼的特點是:碳含量在0.95-1.05%，鉻含量在1.40-1.65%，錳含量在0.25-0.45%,硅含量在0.15-0.35%，氧含量< lOppm，主要供鋼球行業(yè)用于制造軸承滾動體。其使用的環(huán)境是在高速運轉(zhuǎn)的軸承上，工作條件極為惡劣，這就要求使用的滾動體，不僅要具有較高的疲勞壽命、硬度、耐磨性，而且還要有良好的韌性及抗腐蝕性。目前鋼球制造行業(yè)有兩種鐓球方式:一般鐓球加工與高速鐓球加工。一般冷鐓加工的鐓球速度為小于100粒 /分，而高速冷鐓加工的鐓球速度高達300粒/分以上，由于高速鐓球具有“速度快、金屬消耗低、成本低”的優(yōu)勢，鋼球行業(yè)的發(fā)展趨勢是逐步使用高速冷鐓加工全部替代一般冷鐓加工，從而對制造滾動體的軸承鋼材料也提出了新的要求。目前，鋼鐵制造商提供的GCrl5軸承鋼產(chǎn)品，能適用于一般冷鐓機鐓球成型加工，其特點是:(I)通常的交貨狀態(tài)是:冷拉退火鋼絲，其外表面涂防銹油。(2)生產(chǎn)工藝流程是:線材球化退火一酸洗一拉拔一成品再結(jié)晶退火一成品上油。(3)其主要性能要求:鋼絲以球化退火線材冷拉后并成品再結(jié)晶退火交貨，珠光體組織2-4級，硬度指標在80-89HRB間。上述GCrl5軸承鋼產(chǎn)品，其不足之處是:表面缺乏潤滑性能，盤形不整及材料表層硬度偏軟，不能適應(yīng)連續(xù)式高速冷鐓加工要求。其原因是:表面狀態(tài)及交貨硬度在連續(xù)高速冷鐓時球坯易產(chǎn)生開裂或粘連，且鐓球時模具、拉絲模、切刀損耗大，材料利用率低，不能適應(yīng)連續(xù)式高速冷鐓生產(chǎn)的需求?！耙话沌吳蚣庸ぁ毙问脚c“高速鐓球加工”形式，嚴格來說是二種不同的成型加工方式，理論上以“高速鐓球加工”形式比“一般鐓球加工”形式制作的產(chǎn)成品，具有“速度快、金屬消耗低、成本低”的優(yōu)勢，受到下游鋼球加工業(yè)制造商的青睞。一般，冷拉退火鋼絲僅能適應(yīng)“一般鐓球加工”，而不能適應(yīng)“高速鐓球加工”。為此，需要提供能適應(yīng)“高速鐓球加工”成型加工的軸承鋼產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種高速冷鐓用軸承鋼的磷皂化方法，特別是高速冷鐓用GCr 15軸承鋼的磷皂化方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高速冷鐓用軸承鋼的磷皂化方法，包括:經(jīng)熱軋、球化退火以及酸洗的軸承鋼線材進行包括磷化和皂化的磷皂化；
其中，所述磷化是在60_85°C的磷化液中浸潰3-10分鐘；磷化液是含30_40wt %磷酸鋅和15-25被％硝酸鋅的水溶液，其總酸度為60-80g/100ml，游離酸度為5_10g/100ml，酸比為8-11。優(yōu)選地，所述皂化是在80_95°C的溫度下在鈉基固體潤滑劑水溶液中浸潰3-5分鐘，更優(yōu)選地，所述鈉基固體潤滑劑水溶液中，鈉基固體潤滑劑濃度為5-7%，溶液pH值為
7-9。優(yōu)選地，本發(fā)明所用所述鈉基固體潤滑劑是工業(yè)肥皂。本發(fā)明的另一個目的是提供高速冷鐓用軸承鋼，特別是GCrl5軸承鋼盤卷材的制
造方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高速冷鐓用軸承鋼盤卷材的制造方法，包括:I)高速熱軋及球化退火；2)熱軋并球化退火處理后的線材進行酸洗；3)磷阜化潤滑,包括磷化和阜化，所述磷化是在60_85°C的磷化液中磷化3-10分鐘；磷化液是包含磷酸鋅30_40%和硝酸鋅15-25%的水溶液 ，其總酸度為60-80g/100ml，游離酸度為5_10g/100ml，酸比為
8-11。4)微冷拉。上述方法中，優(yōu)選所述皂化是在80_95°C的溫度下在鈉基固體潤滑劑水溶液中浸潰3-5分鐘。上述方法中，優(yōu)選所鈉基固體潤滑劑水溶液中，鈉基固體潤滑劑濃度為5-7 %，溶液PH值為7-9。更優(yōu)選地，本發(fā)明所用鈉基固體潤滑劑例如是工業(yè)鈉皂，具體地，例如工業(yè)鈉阜，主要由硬脂酸鈉85%、碳酸鈉10%、偏硅碳鈉5%組成(均為重量百分數(shù))。上述方法中，所述步驟2)的酸洗采用常規(guī)酸洗方法，例如采用硫酸水溶液(也稱硫酸單酸酸液)在60-85°C，酸洗5-15分鐘。優(yōu)選地，所述硫酸單酸酸液中硫酸濃度為5_20g/100ml，硫酸亞鐵含量不大于55g/L。上述方法中，優(yōu)選高速軋制的軋制速度為100-120米/分；軋制的尺寸公差控制在+0.15 0mm。上述方法中，高速軋制的開軋溫度:1100-1200°C，終軋溫度:800-900°C，吐絲溫度:750-860 0C ο上述方法中，優(yōu)選地，球化退火處理是在770_790°C，保溫4_7小時，帶加熱罩冷卻到彡20°C，再在710-730°C保溫2_4小時，帶加熱罩以30°C /h冷卻到650-600°C，帶冷卻罩冷卻到140°C以下溫度出爐。上述方法中，優(yōu)選所述步驟4)的微冷拉變形量控制在2-15%。優(yōu)選地，微冷拉中公差控制在-0.07 0mm。為了更好地實現(xiàn)上述公差的控制，微冷拉優(yōu)選采用的模具為:入口角45-60°、潤滑錐30-36°、工作錐12-16°、定徑帶3-4mm、出口錐50-60°。更優(yōu)選地，微冷拉用模具的材質(zhì)為YG8 (鎢鈷類硬質(zhì)合金)。上述方法中，為了進一步確保高速軋制的公差控制，優(yōu)選地，每生產(chǎn)最多200噸后更換一次高線輥環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的上述方法制造的軸承鋼盤卷材，其硬度為90-100HRB，其珠光體球化組織為2-3級。適合用于高速冷墩加工軸承鋼。優(yōu)選地，鈉基固體潤滑劑是工業(yè)鈉皂，主要是硬脂酸鈉、碳酸鈉、偏硅碳鈉)為更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明優(yōu)選采用了高速軋機軋制的優(yōu)質(zhì)盤卷，酸洗磷皂化潤滑處理，再微拉處理的工藝生產(chǎn)方法。通過在高速軋機軋制的優(yōu)質(zhì)退火盤卷，酸洗后在線材表面涂上一層磷化潤滑膜，再經(jīng)微拉整形處理，滿足高速冷鐓機對冶金材料的質(zhì)量要求。磷化潤滑層具有優(yōu)異的性能，與線材表面結(jié)合力強，確保高速冷鐓過程中的潤滑、速度、質(zhì)量，可大大提高冷鐓速度。磷化潤滑層具有很好的抗蝕能力，較均勻的通條機械性能及良好的韌性；對保證高速冷鐓提供了有利條件。本發(fā)明生產(chǎn)的GCrl5軸承鋼磷皂化盤卷材產(chǎn)品杜絕了“GCrl5冷拉退火鋼材”因高速冷鐓生產(chǎn)中的“球坯易開裂或粘連，模具損耗大，材料的利用率低，不能適應(yīng)連續(xù)冷鐓”的生產(chǎn)現(xiàn)象，提高了材料在高速冷鐓的成材率，滿足了 GCrl5軸承鋼高速冷鐓過程中生產(chǎn)要求。磷皂化盤卷材作為替代原來的冷拉退火鋼絲產(chǎn)品，提高了高速冷鐓的性能指標和降低了鋼的冶金制造成本，提升了企業(yè)生產(chǎn)高速冷鐓材產(chǎn)品價格和技術(shù)的市場競爭能力。
按照本發(fā)明的方法生產(chǎn)的高速冷鐓用軸承鋼磷皂化盤卷材產(chǎn)品，其特征是:I)外形不存在死彎，表面不存在裂紋等缺陷；2)通條尺寸精度高，且均勻一致，保證冷鐓加工進料時不會出現(xiàn)松脫或卡料；

3)表面形成一層輕微硬化層，合適硬度在90-100HRB (洛氏硬度)之間，保證球坯下料時不會出現(xiàn)粘連；4)鋼材表面經(jīng)磷皂化處理能保證鋼材沖球后順利脫模。5)達到鋼球行業(yè)連續(xù)式生產(chǎn)的高速冷鐓要求。根據(jù)本發(fā)明的上述方法制造在上述的高速冷鐓用軸承鋼磷皂化盤卷材產(chǎn)品，尺寸公差為+0.15 0mm，表面無裂紋、折疊、擦傷、雀皮、分層等缺陷。通過酸洗磷皂化處理，將線材酸洗除去表面氧化皮后，表面再涂上一層磷化潤滑膜，以達到高速冷鐓生產(chǎn)的表面要求。線材經(jīng)磷化潤滑處理后，采用微拉整形，特別是變形量控制在2-15%，達到公差通條均勻，使材料表層輕微硬化，且盤形整齊，能滿足高速冷鐓機連續(xù)冷鐓的要求。本發(fā)明通過線材軋制、酸洗磷皂化潤滑處理、微拉處理三部分的生產(chǎn)方式生產(chǎn)的成品，解決了連續(xù)式高速冷鐓中“球坯易開裂或粘連，模具損耗大，材料的利用率低，不能適應(yīng)連續(xù)式高速冷鐓”生產(chǎn)現(xiàn)象，提高了材料在冷鐓中的成材率，滿足了連續(xù)式高速冷鐓過程中的生產(chǎn)要求。本發(fā)明通過盤卷磷皂化加工工藝的實施，使GCrl5冷鐓用鋼材達到了高效生產(chǎn)，替代傳統(tǒng)的冷拉退火鋼絲生產(chǎn)工藝流程長的模式，工序成本費用大幅度下降，同時也解決了高速冷鐓生產(chǎn)過程中連續(xù)化作業(yè)生產(chǎn)的需求。按照本發(fā)明方法制造的軸承鋼，特別是GCrl5軸承鋼，其質(zhì)量和性能完全滿足連續(xù)式高速冷鐓用戶的使用要求。
具體實施方式
以下通過結(jié)合實施例對本發(fā)明進行更詳細的說明。實施例本發(fā)明中，除非另有指明，一般含量均為重量百分比含量。以GCrl5軸承鋼為例，生產(chǎn)連續(xù)式高速冷鐓用軸承鋼磷皂化盤卷材。規(guī)格:Φ 12.5mm，其主要化學(xué)成分見下表I。表I GCrl5鋼材的主要化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.種高速冷鐓用軸承鋼的磷皂化方法，包括: 經(jīng)熱軋、球化退火以及酸洗的軸承鋼線材進行包括磷化和皂化的磷皂化； 其中，所述磷化是在60-85°C的磷化液中浸潰3-10分鐘；磷化液是含30-40wt%磷酸鋅和15-25被％硝酸鋅的水溶液，其總酸度為60-80g/100ml，游離酸度為5_10g/100ml，酸比為 8-11。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述皂化是在80-95°C的溫度下在鈉基固體潤滑劑水溶液中浸潰3-5分鐘。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述鈉基固體潤滑劑水溶液中，鈉基固體潤滑劑濃度為5-7 %，溶液pH值為7-9。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述鈉基固體潤滑劑是工業(yè)肥皂。
5.權(quán)利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述軸承鋼是GCrl5軸承鋼。
6.種高速冷鐓用軸承鋼的制造方法，包括: 1)高速熱軋及球化退火； 2)熱軋并球化退火處理后的線材進行酸洗； 3)磷阜化,包括磷化和阜化， 所述磷化是在60-85°C的磷化液中浸潰3-10分鐘；磷化液是含30-40被％磷酸鋅和15-25被％硝酸鋅的水溶液，其總酸度為60-80g/100ml，游離酸度為5_10g/100ml，酸比為8-11 ； 4)微冷拉。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述皂化是在80-95°C的溫度下在鈉基固體潤滑劑水溶液中浸潰3-5分鐘。
8.權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述鈉基固體潤滑劑水溶液中，鈉基固體潤滑劑濃度為5-7%，溶液pH值為7-9。
9.權(quán)利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，步驟2)的酸洗中，采用硫酸水溶液在60-85°C，酸洗 5-15 分鐘。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述硫酸水溶液中硫酸濃度為5-20g/100ml，硫酸亞鐵含量不大于55g/L。
11.權(quán)利要求6-10任一所述的方法，其特征在于，高速軋制中軋制速度為100-120米/分；軋制中，尺寸公差控制在+0.15 0mm。
12.權(quán)利要求6-11任一所述的方法，其特征在于，高速軋制中，開軋溫度:1100-1200°C，終軋溫度:800-900°C，吐絲溫度:750_860°C。
13.權(quán)利要求6-12任一所述的方法，其特征在于，球化退火處理是在770-790°C，保溫4-7小時，帶加熱罩冷卻到彡200C，再在710-730°C保溫2_4小時，帶加熱罩以30°C /h冷卻到650-600°C，帶冷卻罩冷卻到140°C以下溫度出爐。
14.權(quán)利要求6-13任一所述的方法，其特征在于，步驟4)的微冷拉中，變形量控制在2-15%。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，微冷拉中公差控制在-0.07 0mm。
16.權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，微冷拉所用模具為:入口角45-60°、潤滑錐 30-36。、工作錐 12-16°、定徑帶 3-4mm、出口錐 50-60°。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，微冷拉用模具的材質(zhì)為YG8。
18.權(quán)利要求6-17任一所述的方法，其特征在于，高速軋制中，每生產(chǎn)最多200噸后更換一次高線輥環(huán)。
19.權(quán)利要求6-18任一所述的方法，其特征在于，所述軸承鋼是GCrl5軸承鋼。
20.權(quán)利要求1-19任一所述的方法制造的軸承鋼，其硬度為90-100HRB，其珠光體球化組織為2-3級。
21.權(quán)利要求20所述的軸承鋼 在高速冷墩加工軸承鋼中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速冷鐓用軸承鋼的磷皂化方法，該方法包括酸洗、磷化和皂化潤滑處理，其中磷化是在60-85℃的磷化液中磷化3-10分鐘，所述磷化液為含磷酸鋅30-40wt％和硝酸鋅15-25wt％的水溶液。通過本發(fā)明的磷皂化方法處理的軸承鋼，其硬度為90-100HRB，其珠光體球化組織為2-3級，適合用于高速冷鐓加工。
文檔編號C23C22/13GK103088197SQ201110332519
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者葉瓊?cè)A, 胡俊輝, 傅懿德, 湯飛, 馬寶國 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司