(57)【要約】  球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法において、Ｓ１）リングブランクを加熱炉で材料の臨界温度Ａｃ１よりわずかに高い温度に加熱して一定期間保持するステップと、Ｓ２）加熱後のリングブランクを加熱炉内で材料の臨界温度Ａｒ１よりわずかに低い温度に徐々に冷却するステップと、Ｓ３）圧延率を合理的にして圧延送り速度を選択し、リングブランクを一定の変形量および変形温度範囲内で圧延して形成するステップと、を含む。本発明は、温間リング圧延によって直接構造の球状化を達成し、伝統的な球状化焼鈍を省くことができる。しかも、より微小な球状化構造を得、エネルギー消費および時間の大幅減少、構造品質の向上、生産コストの低減ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ１）加工しておいたリングブランクを加熱炉に入れ、材料の臨界温度Ａｃ１よりわずかに高い温度に加熱して５〜１０分間保持する低温オーステナイト化加熱ステップと、
Ｓ２）保温後のリングブランクを加熱炉内で１００℃／ｈ〜２００℃／ｈの冷却速度で材料の臨界温度Ａｒ１よりわずかに低い温度に徐々に冷却する炉内徐冷ステップと、
Ｓ３）冷却されたリングブランクを加熱炉からリングローリングミルに迅速に移し、４０％〜７０％の変形量およびＡｒ１以下１００℃内の仕上げ圧延温度で圧延する温間圧延成形ステップと、を含む、
ことを特徴とする球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法。
【請求項２】
ステップＳ１において、リングブランクを加熱炉でＡｃ１以上１０℃〜４０℃に加熱する、ことを特徴とする請求項１に記載の球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法。
【請求項３】
ステップＳ２において、リングブランクを加熱炉でＡｒ１以下０℃〜５０℃に冷却する、ことを特徴とする請求項１に記載の球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法。
【請求項４】
ステップＳ３において、圧延中にリングブランク温度をリアルタイムでモニタリングし、リングブランク温度が仕上げ圧延温度よりも低くなった時点で直ちに圧延を終了し、リングブランクを炉に戻して所定の初期圧延温度に加熱した後に、目標となるリングが成形されるまで圧延を継続する、ことを特徴とする請求項１に記載の球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塑性加工の技術分野に関し、特に球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＣｒ１５軸受鋼をはじめとする高炭素クロム軸受鋼は、軸受部品に主に用いられる鋼であり、軸受内輪、外輪（軸受リングと略称する）生産において大量に応用される。リング圧延は、シームレスリング状部品（リング部品と略称する）の高度な回転塑性成形方法として、省エネ、材料節約、高品質および高効率の利点から、伝統的な鍛造成形方法に徐々に取って代わり、軸受リングを代表とするリング状部品の生産製造において広く応用されて認められている。高炭素クロム軸受鋼リングについては、典型的なＧＣｒ１５軸受リングを例にとると、現在の工業生産で使用されているリング圧延方法は、主に中型および小型軸受リングの常温の冷間成形に用いられる冷間リング圧延と、通常中型および大型軸受リングの鍛造温度帯の熱間成形に用いられる熱間リング圧延と、を含む。
【０００３】
高炭素クロム軸受鋼の低塑性、高硬度および強度、ならびに不十分な冷間成形および切削加工性能のために、球状化焼鈍は、高炭素クロム軸受鋼リングの鍛造またはリング圧延製造において常に不可欠な重要なプロセスであった。リングブランクまたはリング鍛造品を球状化焼鈍することによって、材料のシート状パーライト構造中の炭化物を球状化して粒状パーライト構造を形成し、それによって可塑性を高め、硬度および強度を低下させ、製造プロセス要件を満たす。例えば、冷間リング圧延生産においては、冷間塑性加工性能を向上させるためにリングブランクの球状化焼鈍が必要であるが、熱間リング圧延および鍛造生産においては、切削加工性能を向上させるためにリング鍛造品の球状化焼鈍が必要である。しかしながら、高炭素クロム軸受鋼リングの工業生産で一般的に使用されている同一温度の球状化焼鈍は、一般に１０時間以上かかり、サイクルが長くエネルギー消費が高いだけでなく、炭化物粒子が粗くなりやすく、表面脱炭および酸化度が大きいため、後続の加工および最終熱処理の品質にまで影響を与える。高炭素クロム軸受鋼の急速球状化焼鈍に関する研究は、報告されているが、実際に工業で応用されていない。特に高炭素クロム軸受鋼リングの生産において、伝統的な球状化焼鈍プロセスが依然として使用され、コスト低減および品質向上が制限されている。したがって、製造業界における省エネルギーや排出量削減および高付加価値生産の現在の開発動向に直面している中、上記の高炭素クロム軸受鋼リングの球状化焼鈍問題を解決することが緊急の課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上の現状に対し、本発明の目的は、球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法を提供することであり、材料の鍛造温度より低い温度で温間圧延リングの変形により材料の構造を直接球状化し、成形および球状化の一体化が実現され、伝統的な球状化焼鈍プロセスを省くことができ、効率の向上およびエネルギー消費の低減ができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法において、
Ｓ１）加工しておいたリングブランクを加熱炉に入れ、材料の臨界温度Ａｃ１よりわずかに高い温度に加熱して５〜１０分間保持する低温オーステナイト化加熱ステップと、
Ｓ２）保温後のリングブランクを加熱炉内で１００℃／ｈ〜２００℃／ｈの冷却速度で材料の臨界温度Ａｒ１よりわずかに低い温度に徐々に冷却する炉内徐冷ステップと、
Ｓ３）冷却されたリングブランクを加熱炉からリングローリングミルに迅速に移し、４０％〜７０％の変形量およびＡｒ１以下１００℃内の仕上げ圧延温度で圧延する温間圧延成形ステップと、を含む。
【０００６】
上記のステップＳ１において、リングブランクを加熱炉でＡｃ１以上１０℃〜４０℃に加熱する。
【０００７】
上記のステップＳ２において、リングブランクを加熱炉でＡｒ１以下０℃〜５０℃に冷却する。
【０００８】
上記のステップＳ３において、圧延中にリングブランク温度をリアルタイムでモニタリングし、リングブランク温度が仕上げ圧延温度よりも低くなった時点で直ちに圧延を終了し、リングブランクを炉に戻して所定の初期圧延温度に加熱した後に、目標となるリングが成形されるまで圧延を継続する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明において、適切な圧延プロセス条件に基づいているので、材料は、臨界温度未満の温間成形プロセスで有効な構造球状化条件を得て、それによって変形すると同時に構造の球状化を達成する。まず、材料は、適切な加熱条件によって不完全で不均一なオーステナイト構造が得られる。次に、適切な冷却条件下で、炭化物粒子を過冷却オーステナイトから異常に分解して炭化物層の正常な分解を抑制する。最後に、適切な変形条件下で、温度と応力との作用により、炭化物粒子への炭素元素の拡散と凝集とが促進され、部分的に形成された炭化物層が破壊されて球状化し、最終的には圧延後に完全球状化の構造が得られる。上記の構造球状化過程が低温の急速圧延過程で完成するため、炭化物粒子が十分に成熟成長しておらず、微細で均一になり、圧延温度が低く、表面に明らかな酸化および脱炭がない。したがって、本発明は、温間圧延リング変形により直接構造の球状化を達成し、球状化焼鈍を省くことができ、球状化焼鈍が必要される冷間リング圧延および熱間リング圧延に比較し、エネルギー消費を大幅に低減し、効率を高め、しかも炭化物粒子が微小で良好な表面品質を有し、後続加工および最終的な熱処理の品質に有利であり、プロセスフロー短縮、生産コスト削減、生産効率向上および製品品質向上という有益な効果を有する。
【００１０】
以下、添付図面および実施例と関連付けて本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施例のプロセスを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の目的、技術手段および利点をより明確にするために、以下、添付図面および実施例と関連付けて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、ここで記載されている具体的な実施例は、単に本発明を解釈することに用いられるものであり、本発明の限定することに用いられない。
【００１３】
本発明の好適な実施例において、図１に示すように、球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法において、以下のステップを含む。
【００１４】
Ｓ１）低温オーステナイト化加熱：加工しておいたリングブランクを加熱炉に入れ、材料の臨界温度Ａｃ１よりわずかに高い温度に加熱して５〜１０分間保持する。
【００１５】
Ｓ２）炉内徐冷：保温後のリングブランクを加熱炉内で１００℃／ｈ〜２００℃／ｈの冷却速度で材料の臨界温度Ａｒ１よりわずかに低い温度に徐々に冷却する。
【００１６】
Ｓ３）温間圧延成形：冷却されたリングブランクを加熱炉からリングローリングミルに迅速に移して成形する。目標とするリングのサイズ、リングローリングミルの加工範囲および圧延力条件に基づいて、圧延率を合理的にして圧延送り速度を選択することによって、リングブランクの変形量を４０％〜７０％（リングブランクの変形量は、リングブランクの壁の肉薄率から算出される。）に、仕上げ圧延温度をＡｒ１以下１００℃内にする。リングブランクを当該変形量および変形温度範囲内で圧延成形する。
【００１７】
本発明の好適な実施例において、ステップＳ１では、リングブランクを加熱炉でＡｃ１以上１０℃〜４０℃に加熱する。
【００１８】
本発明の好適な実施例において、ステップＳ２では、リングブランクを加熱炉でＡｒ１以下０℃〜５０℃に冷却する。
【００１９】
本発明の好適な実施例において、ステップＳ３では、圧延中にリングブランク温度をリアルタイムでモニタリングし（具体的に温度測定装置で厳格にリングブランク温度をモニタリングする。）、リングブランク温度が仕上げ圧延温度よりも低くなった時点で直ちに圧延を終了し、リングブランクを炉に戻して所定の初期圧延温度に加熱した後に、目標となるリングが成形されるまで圧延を継続する。
【００２０】
以下、２つの実施例を列挙して本発明をさらに説明する。
【００２１】
（実施例１）
ある規格のＧＣｒ１５高炭素クロム軸受鋼リングを例に取り、その球状化構造が達成される温間圧延リング成形方法において、以下のステップを含む。
【００２２】
Ｓ１）低温オーステナイト化加熱：リングブランクをボックス型抵抗炉で７８０℃（Ａｃ１は約７５０℃である）に加熱し、１０分間保持する。
【００２３】
Ｓ２）炉内徐冷：保温後のリングブランクを加熱炉内で２００℃／ｈの冷却速度で６５０℃（Ａｒ１は約７００℃である）に冷却する。
【００２４】
Ｓ３）温間圧延成形：所定の初期圧延温度に達したリングブランクを加熱炉からリングローリングミルに迅速に移して圧延する。適切な圧延率および圧延送り速度の条件下で、リングブランクは、６００℃以上の温度で４０％の変形量になる圧延で変形し、目標となるリングに成形される。目標となるリングは、その後空冷すればよい。
【００２５】
（実施例２）
ある規格のＧＣｒ１５ＳｉＭｎ高炭素クロム軸受鋼リングを例に取り、その球状化構造が達成される温間圧延リング成形方法において、以下のステップを含む。
【００２６】
Ｓ１）低温オーステナイト化加熱：リングブランクをボックス型抵抗炉で７９０℃（Ａｃ１は約７７０℃である）に加熱し、５分間保持する。
【００２７】
Ｓ２）炉内徐冷：保温後のリングブランクを加熱炉内で２００℃／ｈの冷却速度で７１０℃（Ａｒ１は約７１０℃である）に冷却する。
【００２８】
Ｓ３）温間圧延成形：所定の初期圧延温度に達したリングブランクを加熱炉からリングローリングミルに迅速に移して圧延する。適切な圧延率および圧延送り速度の条件下で、リングブランクは、６１０℃以上の温度で７０％の変形量になる圧延で変形し、目標となるリングに成形される。目標となるリングは、その後空冷すればよい。
【００２９】
上記２つの実施例で成形された目標リングで得られた球状化構造と通常の球状化焼鈍で得られた球状化構造とを比較したところ、温間リング圧延による炭化物粒子の平均径は、約０．２５μｍであるが、通常の球状化焼鈍による炭化物粒子の平均径は、約０．４６μｍである。本発明の温間圧延リング成形方法を用いることで、高炭素クロム軸受鋼の球状化構造が達成できるだけではなく、明らかに炭化物粒子を微細化して球状化構造の品質が改善できることが分かる。
【００３０】
本発明は、ほかの高炭素クロム軸受鋼のリングにも適用し、その方法が上記実施例とは同一であり、効果も同一であるため、ここで実施例を枚挙しない。
【００３１】
なお、当業者は、上記説明に基づいて改良や変更を加えることができる。そのすべての改良や変更は、いずれも本発明の添付する請求項の保護範囲に属するべきである。
【００３２】
（付記）
（付記１）
Ｓ１）加工しておいたリングブランクを加熱炉に入れ、材料の臨界温度Ａｃ１よりわずかに高い温度に加熱して５〜１０分間保持する低温オーステナイト化加熱ステップと、
Ｓ２）保温後のリングブランクを加熱炉内で１００℃／ｈ〜２００℃／ｈの冷却速度で材料の臨界温度Ａｒ１よりわずかに低い温度に徐々に冷却する炉内徐冷ステップと、
Ｓ３）冷却されたリングブランクを加熱炉からリングローリングミルに迅速に移し、４０％〜７０％の変形量およびＡｒ１以下１００℃内の仕上げ圧延温度で圧延する温間圧延成形ステップと、を含む、
ことを特徴とする球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法。
【００３３】
（付記２）
ステップＳ１において、リングブランクを加熱炉でＡｃ１以上１０℃〜４０℃に加熱する、ことを特徴とする付記１に記載の球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法。
【００３４】
（付記３）
ステップＳ２において、リングブランクを加熱炉でＡｒ１以下０℃〜５０℃に冷却する、ことを特徴とする付記１に記載の球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法。
【００３５】
（付記４）
ステップＳ３において、圧延中にリングブランク温度をリアルタイムでモニタリングし、リングブランク温度が仕上げ圧延温度よりも低くなった時点で直ちに圧延を終了し、リングブランクを炉に戻して所定の初期圧延温度に加熱した後に、目標となるリングが成形されるまで圧延を継続する、ことを特徴とする付記１に記載の球状化構造の高炭素クロム軸受鋼の温間圧延リング成形方法。
【図１】
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【国際調査報告】
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