熱軋鋼球毛坯質(zhì)量問題及解決方法

況作田

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司，黑龍江 哈爾濱 150036）

熱軋鋼球毛坯質(zhì)量問題及解決方法

況作田

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司，黑龍江 哈爾濱 150036）

基于鋼球毛坯熱軋?jiān)砑肮に嚨幕A(chǔ)上，詳細(xì)論述了熱軋鋼球毛坯質(zhì)量問題的產(chǎn)生原因及解決方法，為熱軋鋼球毛坯提供了實(shí)用的技術(shù)指導(dǎo)，供鋼球生產(chǎn)單位降低廢品率參考。

鋼球毛坯；熱軋工藝；球坯缺陷；質(zhì)量問題；解決方法

1 前言

鋼球毛坯熱軋工藝是本世紀(jì)五十年代后期由原蘇聯(lián)引入我國(guó)的。此工藝與現(xiàn)在國(guó)內(nèi)廣泛采用在Z32-28壓球機(jī)上熱壓大于1″的鋼球毛坯工藝相比，具有設(shè)備投資少，生產(chǎn)效率高（每分鐘100粒左右，如用多頭軋輥效率翻番）、不必設(shè)切環(huán)帶工序（見圖1 所示熱軋球坯）等特點(diǎn)，且球坯內(nèi)金屬流線排列好，軋制球坯金屬流線與球面垂直面面積約為球面面積的10%，鐓制球坯金屬流線與球面垂直面面積約占球面面積的30%（見圖2）。由此可見，軋制球坯有利于提高鋼球疲勞壽命。由于鋼球毛坯熱軋工藝具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以，自上世紀(jì)六十年代以來，對(duì)大于1″的軸承用鋼球毛坯一直采用熱軋成型工藝，足以說明這種工藝方法至今仍具有競(jìng)爭(zhēng)力。

圖1 熱軋球坯

圖2 金屬流線與球面垂直面

2 熱軋鋼球毛坯質(zhì)量問題及解決方法

鋼球毛坯熱軋工藝雖然有上述優(yōu)點(diǎn)，但這種工藝所用的工具的設(shè)計(jì)和加工難度遠(yuǎn)比鐓球工藝難度大，軋機(jī)調(diào)整也比Z32-28壓球機(jī)復(fù)雜。如果這些技術(shù)掌握不好，容易產(chǎn)生軋制球坯質(zhì)量問題。軋制球坯的常見質(zhì)量有復(fù)蓋、凸臺(tái)、夾層、中心疏松、刮傷、球坯局部尺度欠缺、毛坯組織出現(xiàn)網(wǎng)狀炭化物、球坯開裂等?，F(xiàn)將集中論述上述缺陷產(chǎn)生的原因及解決對(duì)策。

2.1 復(fù)蓋的產(chǎn)生原因及解決方法

如圖3 所示，復(fù)蓋是球坯在軋制成型過程中部分金屬被碾壓到球體局部表面而形成的金屬薄層，多出現(xiàn)在球坯的前后兩個(gè)極區(qū)，尤其出現(xiàn)在前極區(qū)為多見。復(fù)蓋的產(chǎn)生多出現(xiàn)在軋制成型的后期，形成原因主要有三個(gè)方面。

圖3 鋼球的復(fù)蓋

（1）軋輥設(shè)計(jì)不當(dāng)

當(dāng)軋輥設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，造成軋制時(shí)球坯之間的聯(lián)接頸的延長(zhǎng)部分與軋輥凸棱寬度不適應(yīng)。在軋制成型后期，聯(lián)接頸變細(xì)長(zhǎng)度增加很快，而軋輥凸棱寬度的增加值少于聯(lián)接頸長(zhǎng)度增加值，從而使部分聯(lián)接頸材料被擠入軋輥孔型中被碾壓成薄片狀粘附在球面上形成復(fù)蓋。消除這種復(fù)蓋的方法是：①改進(jìn)軋輥設(shè)計(jì)，使軋輥凸棱寬度的增加適應(yīng)聯(lián)接頸長(zhǎng)度的增加；②在軋輥成型區(qū)末端和精整區(qū)的凸棱上增開儲(chǔ)料槽，使聯(lián)接頸延長(zhǎng)形成的多余金屬進(jìn)入儲(chǔ)料槽內(nèi)儲(chǔ)存起來，而不進(jìn)入軋輥孔型內(nèi)被碾壓到球坯上形成復(fù)蓋。

（2）軋輥加工制造質(zhì)量太差

由于軋輥加工制造質(zhì)量太差，特別是成型區(qū)段的后期，若兩個(gè)軋輥凸棱寬度不等，窄的凸棱那面容易出現(xiàn)復(fù)蓋。解決的方法是提高軋輥質(zhì)量。

（3）軋輥調(diào)整不當(dāng)

圖4 兩軋輥孔形錯(cuò)位

由于軋輥調(diào)整不當(dāng)，兩個(gè)軋輥前后調(diào)整不當(dāng)或垂直傾角調(diào)整不當(dāng)都會(huì)引起兩軋輥孔形錯(cuò)位，使球坯之間聯(lián)接頸的壓軋前后不齊（見圖4）。這樣，坯料在軋制過程中旋轉(zhuǎn)交替與兩個(gè)軋輥接觸接受碾壓過程中會(huì)將不齊整的凸出部分碾壓成片狀形成復(fù)蓋，消除這種復(fù)蓋的辦法是：調(diào)整軋輥的前后或垂直傾角，使兩個(gè)軋輥孔形內(nèi)壁形成的圓整的孔形即可。

2.2 凸臺(tái)的產(chǎn)生原因及解決方法

如圖5 所示，凸臺(tái)是在球坯的前端出現(xiàn)一個(gè)直徑為d的圓臺(tái)，導(dǎo)致D2＞D1，而且D1尺寸小于工藝要求尺寸，造成軋出的球坯為不可挽救的絕對(duì)廢品。

圖5 球坯凸臺(tái)

凸臺(tái)多出現(xiàn)在軸向前端部，是軋制成型過程中球坯聯(lián)接頸的伸長(zhǎng)大于軋輥凸棱的增寬造成的。消除球坯凸臺(tái)的辦法是改進(jìn)軋輥設(shè)計(jì)參數(shù)，使其軋制過程中球坯進(jìn)入封閉區(qū)聯(lián)接頸的延長(zhǎng)與軋輥凸棱寬度相適應(yīng)，使聯(lián)接頸適當(dāng)承受軸向拉應(yīng)力效果較好。

2.3 夾層的產(chǎn)生原因及解決方法

如圖6 所示，夾層是軋制過程中在球坯的軸向兩端產(chǎn)生的隱形缺陷。這種缺陷多出現(xiàn)在球坯軸向后端部，是軋制過程中聯(lián)接頸的金屬擠入軋輥孔型內(nèi)鑲嵌到球坯上造成的。其形成原因主要有二個(gè)方面：其一是軋制過程中二個(gè)軋輥的凸棱錯(cuò)位（如圖4 所示），沒有形成圓滑過渡的孔形，使球坯之間聯(lián)接頸兩端不齊整，凸出的部分碾軋進(jìn)孔型內(nèi)粘結(jié)到球坯端部球面上形成夾層。其二是軋輥硬度低，由于凸棱頂部與軋材之間摩擦力很大，造成粘疤凹凸不平，軋制球坯的聯(lián)接頸部金屬流動(dòng)困難，造成凹凸不平交叉粘結(jié)而形成夾層。

圖6 球坯夾層

夾層缺陷從球坯外表看不出來，只有對(duì)缺陷所在部位磨光后熱酸洗才能發(fā)現(xiàn)?？刂七@種缺陷的措施有二個(gè)方面，第一，檢查控制，每在更換軋輥和導(dǎo)板之后或軋輥調(diào)整之后必須取樣磨制檢查，其缺陷深度應(yīng)控制在鋼球熱處理之前能全部磨掉。第二，技術(shù)措施：①一對(duì)軋輥加工要做到形狀尺寸對(duì)稱，避免安裝到機(jī)床上孔型或凸棱產(chǎn)生錯(cuò)位；②一對(duì)軋輥的前后調(diào)整和垂直傾角調(diào)整要對(duì)應(yīng)，避免軋輥孔型或凸棱錯(cuò)位；③若軋輥硬度低，應(yīng)采取淬、回火工藝調(diào)整或?qū)堓伇砻孢M(jìn)行氮化處理等措施。

2.4 軋制球坯中心疏松的產(chǎn)生原因及解決方法

軋制球坯中心疏松是某些鋼球廠采購(gòu)軋制球坯時(shí)比較關(guān)注的問題，甚至有人認(rèn)為鋼球軋制工藝不可行，理由是軋制球坯有中心疏松，這種觀點(diǎn)是片面的。幾十年的經(jīng)驗(yàn)證明，熱軋球坯能夠產(chǎn)生中心疏松缺陷，但是，如同鐓球會(huì)產(chǎn)生壓歪、折疊等缺陷一樣可以控制和避免。

軋制球坯中心疏松主要有下述三種原因：①原材料有疏松；②軋制溫度過高；③軋輥設(shè)計(jì)不當(dāng)。

①原材料疏松。熱軋球坯一般用熱軋棒料，而各鋼廠用作熱軋棒料的原材料往往不如用作冷撥線材選用鋼錠的部位好，再加上有的鋼廠產(chǎn)品出廠時(shí)質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，所以中心疏松甚至中心穿孔的棒料漏到用戶的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，棒料在軋制球坯的工程中其原有的中心疏松或穿孔不會(huì)被發(fā)現(xiàn)，從而導(dǎo)致由原材料帶來的球坯疏松或穿孔（見圖8）。要解決這一問題，只有嚴(yán)格控制原材料進(jìn)廠質(zhì)量。

②軋制溫度控制不當(dāng)造成球坯中心疏松。無論采用箱式爐對(duì)鋼料進(jìn)行加熱，還是采用感應(yīng)加熱，GCr15軸承鋼軋制溫度控制在850±20℃為宜。軋制溫度過高會(huì)造成球坯中心疏松或穿孔（算盤柱狀）。嚴(yán)格控制球坯軋制溫度即可解決這種穿孔。

③因軋輥設(shè)計(jì)不當(dāng)造成球坯中心疏松。軋輥設(shè)計(jì)時(shí)，若螺旋孔型設(shè)計(jì)過長(zhǎng)會(huì)造成球坯在孔型中過長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)碾壓，使球坯心部組織受拉應(yīng)力作用造成中心疏松。為避免此類問題產(chǎn)生，設(shè)計(jì)軋輥時(shí)在保證軋輥凸棱單位長(zhǎng)度壓下量的情況下應(yīng)盡量縮短軋輥孔型螺旋線長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)1～4"軋輥時(shí)螺旋線選用長(zhǎng)度為1080～1350°。對(duì)軋輥凸棱寬度的選用，在保證凸棱寬度與球坯聯(lián)接頸長(zhǎng)度伸長(zhǎng)相適應(yīng)的情況下盡量選用窄一點(diǎn)，為使軋輥凸棱不至于增寬太大，可在軋輥成型區(qū)末段和精整區(qū)段開設(shè)儲(chǔ)料槽（見圖8），來解決這一問題。

圖8 球坯疏松

圖8 儲(chǔ)料槽

2.5 軋制球坯刮傷的產(chǎn)生原因及解決方法

軋制球坯刮傷見圖9，是坯件在軋制過程中因承受二個(gè)軋輥的摩擦力矩不等而被擠壓到導(dǎo)球板上被導(dǎo)球板刮下局部球體而形成的（見圖10）。造成導(dǎo)板刮球坯的原因有如下幾種。

①導(dǎo)板安裝、調(diào)整不當(dāng)造成。若上導(dǎo)板導(dǎo)球面安裝調(diào)整過高，控制過程中會(huì)造成坯件在左軋輥的摩擦力矩作用下壓向上導(dǎo)板并將坯件刮傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將上導(dǎo)板壓碎；若下導(dǎo)板導(dǎo)球面安裝調(diào)整過低，則坯件會(huì)在右軋輥摩擦力矩作用下壓向下導(dǎo)板造成坯件被導(dǎo)板刮傷，導(dǎo)球面過低時(shí)下導(dǎo)板會(huì)被壓碎；若上、下導(dǎo)板工作面之間距離過小使坯件在軋制過程中旋轉(zhuǎn)不靈活時(shí)，坯件可能被上、下導(dǎo)板同時(shí)刮傷或交替刮傷，必須及時(shí)調(diào)整上、下導(dǎo)板的導(dǎo)球面高度，使坯件在軋制過程中二軋輥對(duì)其施力對(duì)稱、均勻，在兩導(dǎo)板之間旋轉(zhuǎn)自如，從而避免球坯被導(dǎo)板刮傷。

圖9 軋制球坯刮傷

圖10 軋制球坯刮傷原理

②兩軋輥軸錐度傾角調(diào)整不對(duì)稱（見圖11）。根據(jù)塑性變形理論，軸線垂直方向傾角大（β＞α）的軋輥 1 對(duì)軋件施加的扭矩和軋制壓力也大，因而操作工人調(diào)整軋機(jī)時(shí)需準(zhǔn)確校對(duì)角度，作到兩軋機(jī)軸線垂直傾角相對(duì)于軋制軸線上、下對(duì)稱。

圖11 兩軋輥錐度傾角不對(duì)稱

③軋輥加工誤差大造成兩軋輥在軋制過程中對(duì)坯件施加力矩不等，使坯件在軋制過程中被壓向了其中的一個(gè)導(dǎo)球板平面造成刮傷。解決這一問題的方法有兩種：第一，提高軋輥加工精度，最好采用數(shù)控機(jī)床加工，若無數(shù)控機(jī)床，也可采用孔型樣板規(guī)和凸棱樣板規(guī)對(duì)變導(dǎo)程加工的軋輥孔型和凸棱分角度間距進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)軋輥時(shí)根據(jù)軋制鋼球規(guī)格的大小和軋輥螺旋線頭數(shù)劃分變導(dǎo)程間距分別為：45°、60°或90°。一般對(duì)軋輥孔型精車也采用樣板刀具，這樣加工出的軋輥尺寸公差可達(dá)0.03～0.05mm，基本可保證軋制過程中兩軋輥對(duì)軋件施加力矩等同。第二，作為補(bǔ)救措施，當(dāng)兩個(gè)軋輥加工誤差較大，或在軋制過程中一對(duì)軋輥采用一新一舊時(shí)，必然造成兩軋輥對(duì)軋件施力不等，這時(shí)可把受軋件壓力大的導(dǎo)板平面適當(dāng)向軋制軸線方向調(diào)整，而把受軋件壓力小的導(dǎo)球板平面適當(dāng)背向軋制軸線方向調(diào)整，以避免球坯被導(dǎo)球板刮傷。

2.6 球坯局部尺寸欠缺的產(chǎn)生原因及解決方法

主要有兩種情況：①垂直于兩級(jí)方向有一條赤道環(huán)溝（見圖12），其形成原因有三種情況：第一，供軋制的棒料直徑小，軋制過程中充不滿軋輥孔造成，適當(dāng)選用直徑較大的原材料可解決這一問題。第二，是軋制溫度不夠或原材料加熱不透導(dǎo)致在軋制過程中金屬流動(dòng)性差，只要在允許范圍內(nèi)提高軋制溫度或延長(zhǎng)棒料加熱時(shí)間就可解決這一問題。第三是軋機(jī)調(diào)整不當(dāng)造成，主要是兩軋輥軸水平距離過大造成，這時(shí)球坯除有環(huán)溝之外，球坯軸向直徑尺寸要小于與其垂直方向的直徑尺寸，通過調(diào)小兩軋輥水平間距即可解決這一問題。②因原材料局部凹陷或橢圓較嚴(yán)重引起球坯局部凹陷，出現(xiàn)這種情況要對(duì)原材料控制驗(yàn)收。

圖12 垂直于兩級(jí)方向的赤道環(huán)溝

2.7 軋球毛坯組織析出網(wǎng)狀碳化物的產(chǎn)生原因及解決方法

這種現(xiàn)象的成因多數(shù)是由于軋制出的毛坯球堆積造成散熱緩慢引起的。解決辦法是把軋出的球坯及時(shí)散開，強(qiáng)制冷卻。強(qiáng)制冷卻措施如噴霧冷卻或鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)強(qiáng)制冷卻都能達(dá)到預(yù)期的冷卻效果。

2.8 鋼球不均勻引起開裂的產(chǎn)生原因及解決方法

這是由于軋制過程中球坯從軋輥和導(dǎo)板組成的孔型中流出來時(shí)掉到冷卻水中，由于其各部位冷卻不均勻引起開裂。只要防治球坯掉入冷卻水中就可避免產(chǎn)生這種廢品。

3 結(jié)束語

以上是鋼球熱軋生產(chǎn)中存在的問題、產(chǎn)生原因及解決方法的經(jīng)驗(yàn)匯總，供鋼球生產(chǎn)廠家的工程技術(shù)人員和工人參考。

［1］瓦房店軸承廠.熱軋鋼球［M］.機(jī)械科學(xué)研究院,1960.

［2］哈爾濱軸承廠.對(duì)消除熱軋鋼球凸臺(tái)缺陷的探討［M］.1964.［3］北京鋼鐵學(xué)院.斜軋成型［M］.1976.

Quality problems and solutions of hot rolled steel ball blank

Kuang Zuotian
( Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036,China )

Based on the principle and process of hot rolling of steel ball blank, the causes and solutions of the quality problems of hot rolled steel ball blanks are discussed in detail, it provides practical technical guidance for hot rolled steel ball blank to provide reference for reducing scrap rate of steel ball production unit.

ball blank; process of hot rolling; ball blank defects; quality problems ;solutions

TH133.33+1

A

1672-4852（2017）03-0014-05

2017-08-09.

況作田（1942-），男，高級(jí)工程師.

（編輯：鐘 媛）