热轧钢球毛坯质量问题及解决方法

况作田

（哈尔滨轴承集团公司，黑龙江 哈尔滨 150036）

热轧钢球毛坯质量问题及解决方法

况作田

（哈尔滨轴承集团公司，黑龙江 哈尔滨 150036）

基于钢球毛坯热轧原理及工艺的基础上，详细论述了热轧钢球毛坯质量问题的产生原因及解决方法，为热轧钢球毛坯提供了实用的技术指导，供钢球生产单位降低废品率参考。

钢球毛坯；热轧工艺；球坯缺陷；质量问题；解决方法

1 前言

钢球毛坯热轧工艺是本世纪五十年代后期由原苏联引入我国的。此工艺与现在国内广泛采用在Z32-28压球机上热压大于1″的钢球毛坯工艺相比，具有设备投资少，生产效率高（每分钟100粒左右，如用多头轧辊效率翻番）、不必设切环带工序（见图1 所示热轧球坯）等特点，且球坯内金属流线排列好，轧制球坯金属流线与球面垂直面面积约为球面面积的10%，镦制球坯金属流线与球面垂直面面积约占球面面积的30%（见图2）。由此可见，轧制球坯有利于提高钢球疲劳寿命。由于钢球毛坯热轧工艺具有上述优点，所以，自上世纪六十年代以来，对大于1″的轴承用钢球毛坯一直采用热轧成型工艺，足以说明这种工艺方法至今仍具有竞争力。

图1 热轧球坯

图2 金属流线与球面垂直面

2 热轧钢球毛坯质量问题及解决方法

钢球毛坯热轧工艺虽然有上述优点，但这种工艺所用的工具的设计和加工难度远比镦球工艺难度大，轧机调整也比Z32-28压球机复杂。如果这些技术掌握不好，容易产生轧制球坯质量问题。轧制球坯的常见质量有复盖、凸台、夹层、中心疏松、刮伤、球坯局部尺度欠缺、毛坯组织出现网状炭化物、球坯开裂等。现将集中论述上述缺陷产生的原因及解决对策。

2.1 复盖的产生原因及解决方法

如图3 所示，复盖是球坯在轧制成型过程中部分金属被碾压到球体局部表面而形成的金属薄层，多出现在球坯的前后两个极区，尤其出现在前极区为多见。复盖的产生多出现在轧制成型的后期，形成原因主要有三个方面。

图3 钢球的复盖

（1）轧辊设计不当

当轧辊设计不当时，造成轧制时球坯之间的联接颈的延长部分与轧辊凸棱宽度不适应。在轧制成型后期，联接颈变细长度增加很快，而轧辊凸棱宽度的增加值少于联接颈长度增加值，从而使部分联接颈材料被挤入轧辊孔型中被碾压成薄片状粘附在球面上形成复盖。消除这种复盖的方法是：①改进轧辊设计，使轧辊凸棱宽度的增加适应联接颈长度的增加；②在轧辊成型区末端和精整区的凸棱上增开储料槽，使联接颈延长形成的多余金属进入储料槽内储存起来，而不进入轧辊孔型内被碾压到球坯上形成复盖。

（2）轧辊加工制造质量太差

由于轧辊加工制造质量太差，特别是成型区段的后期，若两个轧辊凸棱宽度不等，窄的凸棱那面容易出现复盖。解决的方法是提高轧辊质量。

（3）轧辊调整不当

图4 两轧辊孔形错位

由于轧辊调整不当，两个轧辊前后调整不当或垂直倾角调整不当都会引起两轧辊孔形错位，使球坯之间联接颈的压轧前后不齐（见图4）。这样，坯料在轧制过程中旋转交替与两个轧辊接触接受碾压过程中会将不齐整的凸出部分碾压成片状形成复盖，消除这种复盖的办法是：调整轧辊的前后或垂直倾角，使两个轧辊孔形内壁形成的圆整的孔形即可。

2.2 凸台的产生原因及解决方法

如图5 所示，凸台是在球坯的前端出现一个直径为d的圆台，导致D2＞D1，而且D1尺寸小于工艺要求尺寸，造成轧出的球坯为不可挽救的绝对废品。

图5 球坯凸台

凸台多出现在轴向前端部，是轧制成型过程中球坯联接颈的伸长大于轧辊凸棱的增宽造成的。消除球坯凸台的办法是改进轧辊设计参数，使其轧制过程中球坯进入封闭区联接颈的延长与轧辊凸棱宽度相适应，使联接颈适当承受轴向拉应力效果较好。

2.3 夹层的产生原因及解决方法

如图6 所示，夹层是轧制过程中在球坯的轴向两端产生的隐形缺陷。这种缺陷多出现在球坯轴向后端部，是轧制过程中联接颈的金属挤入轧辊孔型内镶嵌到球坯上造成的。其形成原因主要有二个方面：其一是轧制过程中二个轧辊的凸棱错位（如图4 所示），没有形成圆滑过渡的孔形，使球坯之间联接颈两端不齐整，凸出的部分碾轧进孔型内粘结到球坯端部球面上形成夹层。其二是轧辊硬度低，由于凸棱顶部与轧材之间摩擦力很大，造成粘疤凹凸不平，轧制球坯的联接颈部金属流动困难，造成凹凸不平交叉粘结而形成夹层。

图6 球坯夹层

夹层缺陷从球坯外表看不出来，只有对缺陷所在部位磨光后热酸洗才能发现。控制这种缺陷的措施有二个方面，第一，检查控制，每在更换轧辊和导板之后或轧辊调整之后必须取样磨制检查，其缺陷深度应控制在钢球热处理之前能全部磨掉。第二，技术措施：①一对轧辊加工要做到形状尺寸对称，避免安装到机床上孔型或凸棱产生错位；②一对轧辊的前后调整和垂直倾角调整要对应，避免轧辊孔型或凸棱错位；③若轧辊硬度低，应采取淬、回火工艺调整或对轧辊表面进行氮化处理等措施。

2.4 轧制球坯中心疏松的产生原因及解决方法

轧制球坯中心疏松是某些钢球厂采购轧制球坯时比较关注的问题，甚至有人认为钢球轧制工艺不可行，理由是轧制球坯有中心疏松，这种观点是片面的。几十年的经验证明，热轧球坯能够产生中心疏松缺陷，但是，如同镦球会产生压歪、折叠等缺陷一样可以控制和避免。

轧制球坯中心疏松主要有下述三种原因：①原材料有疏松；②轧制温度过高；③轧辊设计不当。

①原材料疏松。热轧球坯一般用热轧棒料，而各钢厂用作热轧棒料的原材料往往不如用作冷拨线材选用钢锭的部位好，再加上有的钢厂产品出厂时质量把关不严，所以中心疏松甚至中心穿孔的棒料漏到用户的现象时有发生，棒料在轧制球坯的工程中其原有的中心疏松或穿孔不会被发现，从而导致由原材料带来的球坯疏松或穿孔（见图8）。要解决这一问题，只有严格控制原材料进厂质量。

②轧制温度控制不当造成球坯中心疏松。无论采用箱式炉对钢料进行加热，还是采用感应加热，GCr15轴承钢轧制温度控制在850±20℃为宜。轧制温度过高会造成球坯中心疏松或穿孔（算盘柱状）。严格控制球坯轧制温度即可解决这种穿孔。

③因轧辊设计不当造成球坯中心疏松。轧辊设计时，若螺旋孔型设计过长会造成球坯在孔型中过长时间反复碾压，使球坯心部组织受拉应力作用造成中心疏松。为避免此类问题产生，设计轧辊时在保证轧辊凸棱单位长度压下量的情况下应尽量缩短轧辊孔型螺旋线长度，设计1～4"轧辊时螺旋线选用长度为1080～1350°。对轧辊凸棱宽度的选用，在保证凸棱宽度与球坯联接颈长度伸长相适应的情况下尽量选用窄一点，为使轧辊凸棱不至于增宽太大，可在轧辊成型区末段和精整区段开设储料槽（见图8），来解决这一问题。

图8 球坯疏松

图8 储料槽

2.5 轧制球坯刮伤的产生原因及解决方法

轧制球坯刮伤见图9，是坯件在轧制过程中因承受二个轧辊的摩擦力矩不等而被挤压到导球板上被导球板刮下局部球体而形成的（见图10）。造成导板刮球坯的原因有如下几种。

①导板安装、调整不当造成。若上导板导球面安装调整过高，控制过程中会造成坯件在左轧辊的摩擦力矩作用下压向上导板并将坯件刮伤，严重时会将上导板压碎；若下导板导球面安装调整过低，则坯件会在右轧辊摩擦力矩作用下压向下导板造成坯件被导板刮伤，导球面过低时下导板会被压碎；若上、下导板工作面之间距离过小使坯件在轧制过程中旋转不灵活时，坯件可能被上、下导板同时刮伤或交替刮伤，必须及时调整上、下导板的导球面高度，使坯件在轧制过程中二轧辊对其施力对称、均匀，在两导板之间旋转自如，从而避免球坯被导板刮伤。

图9 轧制球坯刮伤

图10 轧制球坯刮伤原理

②两轧辊轴锥度倾角调整不对称（见图11）。根据塑性变形理论，轴线垂直方向倾角大（β＞α）的轧辊 1 对轧件施加的扭矩和轧制压力也大，因而操作工人调整轧机时需准确校对角度，作到两轧机轴线垂直倾角相对于轧制轴线上、下对称。

图11 两轧辊锥度倾角不对称

③轧辊加工误差大造成两轧辊在轧制过程中对坯件施加力矩不等，使坯件在轧制过程中被压向了其中的一个导球板平面造成刮伤。解决这一问题的方法有两种：第一，提高轧辊加工精度，最好采用数控机床加工，若无数控机床，也可采用孔型样板规和凸棱样板规对变导程加工的轧辊孔型和凸棱分角度间距进行控制。设计轧辊时根据轧制钢球规格的大小和轧辊螺旋线头数划分变导程间距分别为：45°、60°或90°。一般对轧辊孔型精车也采用样板刀具，这样加工出的轧辊尺寸公差可达0.03～0.05mm，基本可保证轧制过程中两轧辊对轧件施加力矩等同。第二，作为补救措施，当两个轧辊加工误差较大，或在轧制过程中一对轧辊采用一新一旧时，必然造成两轧辊对轧件施力不等，这时可把受轧件压力大的导板平面适当向轧制轴线方向调整，而把受轧件压力小的导球板平面适当背向轧制轴线方向调整，以避免球坯被导球板刮伤。

2.6 球坯局部尺寸欠缺的产生原因及解决方法

主要有两种情况：①垂直于两级方向有一条赤道环沟（见图12），其形成原因有三种情况：第一，供轧制的棒料直径小，轧制过程中充不满轧辊孔造成，适当选用直径较大的原材料可解决这一问题。第二，是轧制温度不够或原材料加热不透导致在轧制过程中金属流动性差，只要在允许范围内提高轧制温度或延长棒料加热时间就可解决这一问题。第三是轧机调整不当造成，主要是两轧辊轴水平距离过大造成，这时球坯除有环沟之外，球坯轴向直径尺寸要小于与其垂直方向的直径尺寸，通过调小两轧辊水平间距即可解决这一问题。②因原材料局部凹陷或椭圆较严重引起球坯局部凹陷，出现这种情况要对原材料控制验收。

图12 垂直于两级方向的赤道环沟

2.7 轧球毛坯组织析出网状碳化物的产生原因及解决方法

这种现象的成因多数是由于轧制出的毛坯球堆积造成散热缓慢引起的。解决办法是把轧出的球坯及时散开，强制冷却。强制冷却措施如喷雾冷却或鼓风机吹风强制冷却都能达到预期的冷却效果。

2.8 钢球不均匀引起开裂的产生原因及解决方法

这是由于轧制过程中球坯从轧辊和导板组成的孔型中流出来时掉到冷却水中，由于其各部位冷却不均匀引起开裂。只要防治球坯掉入冷却水中就可避免产生这种废品。

3 结束语

以上是钢球热轧生产中存在的问题、产生原因及解决方法的经验汇总，供钢球生产厂家的工程技术人员和工人参考。

［1］瓦房店轴承厂.热轧钢球［M］.机械科学研究院,1960.

［2］哈尔滨轴承厂.对消除热轧钢球凸台缺陷的探讨［M］.1964.［3］北京钢铁学院.斜轧成型［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.

况作田（1942-），男，高级工程师.

（编辑：钟 媛）