专利名称：一种高速冷镦用轴承钢的磷皂化方法
技术领域：
本发明涉及轴承钢盘卷材的制造方法，尤其是涉及适合高速冷镦用轴承钢的磷皂化方法，更特别是涉及适合高速冷镦用GCrl5轴承钢盘卷材的制造方法。
背景技术：
GCr15是轴承钢的一个品种，GCr15是用于制作轴承滚动体的关键材料之一。GCr 15钢的特点是:碳含量在0.95-1.05%，铬含量在1.40-1.65%，锰含量在0.25-0.45%,硅含量在0.15-0.35%，氧含量< lOppm，主要供钢球行业用于制造轴承滚动体。其使用的环境是在高速运转的轴承上，工作条件极为恶劣，这就要求使用的滚动体，不仅要具有较高的疲劳寿命、硬度、耐磨性，而且还要有良好的韧性及抗腐蚀性。目前钢球制造行业有两种镦球方式:一般镦球加工与高速镦球加工。一般冷镦加工的镦球速度为小于100粒 /分，而高速冷镦加工的镦球速度高达300粒/分以上，由于高速镦球具有“速度快、金属消耗低、成本低”的优势，钢球行业的发展趋势是逐步使用高速冷镦加工全部替代一般冷镦加工，从而对制造滚动体的轴承钢材料也提出了新的要求。目前，钢铁制造商提供的GCrl5轴承钢产品，能适用于一般冷镦机镦球成型加工，其特点是:(I)通常的交货状态是:冷拉退火钢丝，其外表面涂防锈油。(2)生产工艺流程是:线材球化退火一酸洗一拉拔一成品再结晶退火一成品上油。(3)其主要性能要求:钢丝以球化退火线材冷拉后并成品再结晶退火交货，珠光体组织2-4级，硬度指标在80-89HRB间。上述GCrl5轴承钢产品，其不足之处是:表面缺乏润滑性能，盘形不整及材料表层硬度偏软，不能适应连续式高速冷镦加工要求。其原因是:表面状态及交货硬度在连续高速冷镦时球坯易产生开裂或粘连，且镦球时模具、拉丝模、切刀损耗大，材料利用率低，不能适应连续式高速冷镦生产的需求。“一般镦球加工”形式与“高速镦球加工”形式，严格来说是二种不同的成型加工方式，理论上以“高速镦球加工”形式比“一般镦球加工”形式制作的产成品，具有“速度快、金属消耗低、成本低”的优势，受到下游钢球加工业制造商的青睐。一般，冷拉退火钢丝仅能适应“一般镦球加工”，而不能适应“高速镦球加工”。为此，需要提供能适应“高速镦球加工”成型加工的轴承钢产品。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种高速冷镦用轴承钢的磷皂化方法，特别是高速冷镦用GCr 15轴承钢的磷皂化方法。为实现上述目的，本发明的高速冷镦用轴承钢的磷皂化方法，包括:经热轧、球化退火以及酸洗的轴承钢线材进行包括磷化和皂化的磷皂化；
其中，所述磷化是在60_85°C的磷化液中浸溃3-10分钟；磷化液是含30_40wt %磷酸锌和15-25被％硝酸锌的水溶液，其总酸度为60-80g/100ml，游离酸度为5_10g/100ml，酸比为8-11。优选地，所述皂化是在80_95°C的温度下在钠基固体润滑剂水溶液中浸溃3-5分钟，更优选地，所述钠基固体润滑剂水溶液中，钠基固体润滑剂浓度为5-7%，溶液pH值为
7-9。优选地，本发明所用所述钠基固体润滑剂是工业肥皂。本发明的另一个目的是提供高速冷镦用轴承钢，特别是GCrl5轴承钢盘卷材的制
造方法。为实现上述目的，本发明的高速冷镦用轴承钢盘卷材的制造方法，包括:I)高速热轧及球化退火；2)热轧并球化退火处理后的线材进行酸洗；3)磷阜化润滑,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分钟；磷化液是包含磷酸锌30_40%和硝酸锌15-25%的水溶液 ，其总酸度为60-80g/100ml，游离酸度为5_10g/100ml，酸比为
8-11。4)微冷拉。上述方法中，优选所述皂化是在80_95°C的温度下在钠基固体润滑剂水溶液中浸溃3-5分钟。上述方法中，优选所钠基固体润滑剂水溶液中，钠基固体润滑剂浓度为5-7 %，溶液PH值为7-9。更优选地，本发明所用钠基固体润滑剂例如是工业钠皂，具体地，例如工业钠阜，主要由硬脂酸钠85%、碳酸钠10%、偏硅碳钠5%组成(均为重量百分数)。上述方法中，所述步骤2)的酸洗采用常规酸洗方法，例如采用硫酸水溶液(也称硫酸单酸酸液)在60-85°C，酸洗5-15分钟。优选地，所述硫酸单酸酸液中硫酸浓度为5_20g/100ml，硫酸亚铁含量不大于55g/L。上述方法中，优选高速轧制的轧制速度为100-120米/分；轧制的尺寸公差控制在+0.15 0mm。上述方法中，高速轧制的开轧温度:1100-1200°C，终轧温度:800-900°C，吐丝温度:750-860 0C ο上述方法中，优选地，球化退火处理是在770_790°C，保温4_7小时，带加热罩冷却到彡20°C，再在710-730°C保温2_4小时，带加热罩以30°C /h冷却到650-600°C，带冷却罩冷却到140°C以下温度出炉。上述方法中，优选所述步骤4)的微冷拉变形量控制在2-15%。优选地，微冷拉中公差控制在-0.07 0mm。为了更好地实现上述公差的控制，微冷拉优选采用的模具为:入口角45-60°、润滑锥30-36°、工作锥12-16°、定径带3-4mm、出口锥50-60°。更优选地，微冷拉用模具的材质为YG8 (钨钴类硬质合金)。上述方法中，为了进一步确保高速轧制的公差控制，优选地，每生产最多200吨后更换一次高线辊环。根据本发明的上述方法制造的轴承钢盘卷材，其硬度为90-100HRB，其珠光体球化组织为2-3级。适合用于高速冷墩加工轴承钢。优选地，钠基固体润滑剂是工业钠皂，主要是硬脂酸钠、碳酸钠、偏硅碳钠)为更好地实现上述目的，本发明优选采用了高速轧机轧制的优质盘卷，酸洗磷皂化润滑处理，再微拉处理的工艺生产方法。通过在高速轧机轧制的优质退火盘卷，酸洗后在线材表面涂上一层磷化润滑膜，再经微拉整形处理，满足高速冷镦机对冶金材料的质量要求。磷化润滑层具有优异的性能，与线材表面结合力强，确保高速冷镦过程中的润滑、速度、质量，可大大提高冷镦速度。磷化润滑层具有很好的抗蚀能力，较均匀的通条机械性能及良好的韧性；对保证高速冷镦提供了有利条件。本发明生产的GCrl5轴承钢磷皂化盘卷材产品杜绝了“GCrl5冷拉退火钢材”因高速冷镦生产中的“球坯易开裂或粘连，模具损耗大，材料的利用率低，不能适应连续冷镦”的生产现象，提高了材料在高速冷镦的成材率，满足了 GCrl5轴承钢高速冷镦过程中生产要求。磷皂化盘卷材作为替代原来的冷拉退火钢丝产品，提高了高速冷镦的性能指标和降低了钢的冶金制造成本，提升了企业生产高速冷镦材产品价格和技术的市场竞争能力。
按照本发明的方法生产的高速冷镦用轴承钢磷皂化盘卷材产品，其特征是:I)外形不存在死弯，表面不存在裂纹等缺陷；2)通条尺寸精度高，且均匀一致，保证冷镦加工进料时不会出现松脱或卡料；
3)表面形成一层轻微硬化层，合适硬度在90-100HRB (洛氏硬度)之间，保证球坯下料时不会出现粘连；4)钢材表面经磷皂化处理能保证钢材冲球后顺利脱模。5)达到钢球行业连续式生产的高速冷镦要求。根据本发明的上述方法制造在上述的高速冷镦用轴承钢磷皂化盘卷材产品，尺寸公差为+0.15 0mm，表面无裂纹、折叠、擦伤、雀皮、分层等缺陷。通过酸洗磷皂化处理，将线材酸洗除去表面氧化皮后，表面再涂上一层磷化润滑膜，以达到高速冷镦生产的表面要求。线材经磷化润滑处理后，采用微拉整形，特别是变形量控制在2-15%，达到公差通条均匀，使材料表层轻微硬化，且盘形整齐，能满足高速冷镦机连续冷镦的要求。本发明通过线材轧制、酸洗磷皂化润滑处理、微拉处理三部分的生产方式生产的成品，解决了连续式高速冷镦中“球坯易开裂或粘连，模具损耗大，材料的利用率低，不能适应连续式高速冷镦”生产现象，提高了材料在冷镦中的成材率，满足了连续式高速冷镦过程中的生产要求。本发明通过盘卷磷皂化加工工艺的实施，使GCrl5冷镦用钢材达到了高效生产，替代传统的冷拉退火钢丝生产工艺流程长的模式，工序成本费用大幅度下降，同时也解决了高速冷镦生产过程中连续化作业生产的需求。按照本发明方法制造的轴承钢，特别是GCrl5轴承钢，其质量和性能完全满足连续式高速冷镦用户的使用要求。
具体实施方式
以下通过结合实施例对本发明进行更详细的说明。实施例本发明中，除非另有指明，一般含量均为重量百分比含量。以GCrl5轴承钢为例，生产连续式高速冷镦用轴承钢磷皂化盘卷材。规格:Φ 12.5mm，其主要化学成分见下表I。表I GCrl5钢材的主要化学成分
权利要求
1.种高速冷镦用轴承钢的磷皂化方法，包括: 经热轧、球化退火以及酸洗的轴承钢线材进行包括磷化和皂化的磷皂化； 其中，所述磷化是在60-85°C的磷化液中浸溃3-10分钟；磷化液是含30-40wt%磷酸锌和15-25被％硝酸锌的水溶液，其总酸度为60-80g/100ml，游离酸度为5_10g/100ml，酸比为 8-11。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，所述皂化是在80-95°C的温度下在钠基固体润滑剂水溶液中浸溃3-5分钟。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述钠基固体润滑剂水溶液中，钠基固体润滑剂浓度为5-7 %，溶液pH值为7-9。
4.权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钠基固体润滑剂是工业肥皂。
5.权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述轴承钢是GCrl5轴承钢。
6.种高速冷镦用轴承钢的制造方法，包括: 1)高速热轧及球化退火； 2)热轧并球化退火处理后的线材进行酸洗； 3)磷阜化,包括磷化和阜化， 所述磷化是在60-85°C的磷化液中浸溃3-10分钟；磷化液是含30-40被％磷酸锌和15-25被％硝酸锌的水溶液，其总酸度为60-80g/100ml，游离酸度为5_10g/100ml，酸比为8-11 ； 4)微冷拉。
7.权利要求6所述的方法，其特征在于，所述皂化是在80-95°C的温度下在钠基固体润滑剂水溶液中浸溃3-5分钟。
8.权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述钠基固体润滑剂水溶液中，钠基固体润滑剂浓度为5-7%，溶液pH值为7-9。
9.权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，步骤2)的酸洗中，采用硫酸水溶液在60-85°C，酸洗 5-15 分钟。
10.权利要求9所述的方法，其特征在于，所述硫酸水溶液中硫酸浓度为5-20g/100ml，硫酸亚铁含量不大于55g/L。
11.权利要求6-10任一所述的方法，其特征在于，高速轧制中轧制速度为100-120米/分；轧制中，尺寸公差控制在+0.15 0mm。
12.权利要求6-11任一所述的方法，其特征在于，高速轧制中，开轧温度:1100-1200°C，终轧温度:800-900°C，吐丝温度:750_860°C。
13.权利要求6-12任一所述的方法，其特征在于，球化退火处理是在770-790°C，保温4-7小时，带加热罩冷却到彡200C，再在710-730°C保温2_4小时，带加热罩以30°C /h冷却到650-600°C，带冷却罩冷却到140°C以下温度出炉。
14.权利要求6-13任一所述的方法，其特征在于，步骤4)的微冷拉中，变形量控制在2-15%。
15.权利要求14所述的方法，其特征在于，微冷拉中公差控制在-0.07 0mm。
16.权利要求15所述的方法，其特征在于，微冷拉所用模具为:入口角45-60°、润滑锥 30-36。、工作锥 12-16°、定径带 3-4mm、出口锥 50-60°。
17.权利要求16所述的方法，其特征在于，微冷拉用模具的材质为YG8。
18.权利要求6-17任一所述的方法，其特征在于，高速轧制中，每生产最多200吨后更换一次高线辊环。
19.权利要求6-18任一所述的方法，其特征在于，所述轴承钢是GCrl5轴承钢。
20.权利要求1-19任一所述的方法制造的轴承钢，其硬度为90-100HRB，其珠光体球化组织为2-3级。
21.权利要求20所述的轴承钢 在高速冷墩加工轴承钢中的用途。
全文摘要
本发明涉及一种高速冷镦用轴承钢的磷皂化方法，该方法包括酸洗、磷化和皂化润滑处理，其中磷化是在60-85℃的磷化液中磷化3-10分钟，所述磷化液为含磷酸锌30-40wt％和硝酸锌15-25wt％的水溶液。通过本发明的磷皂化方法处理的轴承钢，其硬度为90-100HRB，其珠光体球化组织为2-3级，适合用于高速冷镦加工。
文档编号C23C22/13GK103088197SQ201110332519
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者叶琼华, 胡俊辉, 傅懿德, 汤飞, 马宝国 申请人:宝山钢铁股份有限公司