棒材軋輥激光處理技術應用及效果

連志恒 杜曉暉 靳熙 王曉燕

(安陽鋼鐵股份有限公司)

棒材軋輥激光處理技術應用及效果

連志恒 杜曉暉 靳熙 王曉燕

(安陽鋼鐵股份有限公司)

闡述了棒材軋輥激光陶瓷合金化處理加工技術的基本原理，介紹了安鋼第一軋鋼廠Ф300 mm棒材機組生產線的應用實踐，驗證了該技術在實際應用中的優勢和效果。

軋輥 激光 陶瓷粉末

0 前言

軋輥是軋鋼必不可少的關鍵部件，提高軋輥的使用壽命不僅可以降低軋輥消耗，而且可以提高軋機作業率和產量。因此，提高軋輥的耐磨性和軋制噸位是冶金企業重要的研究方向。

軋輥表面處理是提高軋制噸位的重要途徑，主要包括軋輥表面的感應加熱淬火技術、堆焊技術、熱噴涂技術、熱噴焊技術和激光表面改性技術等。激光表面強化處理是20世紀70年代發展起來的新型技術，是利用高能激光束照射金屬表層，通過激光和金屬的交互作用達到改善金屬表面性能的目的［1］。

1 概況

安鋼第一軋鋼廠Ф300 mm棒材機組是一條半連續軋制的生產線，年產90多萬噸，軋機布置為:Ф500 mm × 1/Ф400 mm × 7/Ф320 mm × 3，其中Ф500 mm軋機為三道次穿梭軋制，三架Ф320 mm軋機為橫列式布置，七架Ф400 mm軋機為連續式布置。主要產品規格有Ф20 mm～Ф32 mm圓鋼、螺紋鋼。Ф500 mm軋機采用70Mn2Mo軋輥，粗中軋1#～8#軋機采用珠光體軋輥，9#～10#軋機采用針貝體軋輥。在生產過程中軋輥經常出現龜裂、掉塊等缺陷，對工藝運行、產品質量造成一定的影響，而且軋輥在使用后重車量較大，單槽軋制量低，軋輥的使用壽命短，增加了生產成本。

2 激光陶瓷合金化處理原理

激光合金化是利用激光照射被覆金屬的工件表面，加熱到一定固態溫度或形成一層較薄的熔區，通過合金元素擴散，得到表面合金化層進而達到改善材料表面的力學、物理和化學性能的目的。激光合金化中加入的元素與基體一起熔化，并混入融化的基材中形成一種新的合金，其成分既不同于外加合金，也不同于基體［2］。

激光陶瓷合金化技術是采用高能量密度的激光束掃描金屬表面，使預置于工件表面的納米陶瓷粉末及表層金屬快速熔化，并隨即在基體表面迅速凝固形成深度為0.5 mm～0.7 mm的超細化、高強韌性金屬陶瓷合金化組織，激光合金化組織具有很好的抗高溫磨損性能和抗冷熱疲勞性能［3］。

3 激光陶瓷合金化處理技術現場應用及實踐

自2007年起，Ф300 mm機組開始在棒材粗中軋的8個架次上試驗激光陶瓷合金化處理。該技術在孔型表面形成肖氏硬度為 HS70～75、深度為0.5 mm～1.0 mm的金屬陶瓷合金層，使軋輥表面具有良好的高溫耐磨性和抗熱疲勞性能，大大提高軋槽的使用壽命，降低生產成本，提高產量。激光處理前后軋槽的表面狀態如圖1所示。由于激光處理的快速熔凝作用消除了軋輥表面組織中的拉應力等缺陷，在一定程度上避免了斷輥事故的發生。此外，激光陶瓷合金化技術是無接觸加工，對工件無直接沖擊，因此無機械變形;加工過程中無刀具磨損，無切削力作用于工件;由于激光束易于導向、聚焦、實現方向變換，極易與數控系統配合及對復雜工件進行加工;生產效率高，加工質量穩定可靠，經濟效益好［4］。

圖1 激光陶瓷合金化處理前后軋槽的表面狀態

目前，軋槽表面激光陶瓷合金化處理技術雖然在棒材生產中的應用已推廣應用，但具體應用過程中仍需要掌握一些現場關鍵技術操作要點，使得該技術適應現場實踐，充分發揮新技術應用效果。具體做法如下:

1)軋輥經處理后，表面比較光滑，軋件在新槽中易發生打滑堆鋼事故。為此，采用以下方法加以克服:①在軋槽表面刻痕并用角磨機打磨孔型表面，以增大摩擦系數，提高摩擦角;②在初次使用時，適當放大料形，減小壓下量。使軋件容易被咬入，過完兩支鋼后再恢復為標準料形;③由于摩擦系數隨軋制速度的提高而降低。因此，開始使用時采用低速自然咬入，之后隨著軋件進入輥縫使咬入條件好轉，再逐漸提高軋制速度達到穩定的軋制狀態。④對于1#軋槽，采用將中間料頭部割成斜面的方式引導咬入。

2)當一對輥上的軋槽未使用完而被迫下線后，未使用的軋槽因硬度太高無法重車。為此，我們在每對軋輥的末槽上不打激光，以便甩槽后可以順利重車。

3)當軋槽表面微裂紋未能全部車掉時，打激光后在軋槽表面出現較大的裂紋(如圖2所示)。因此，進行激光陶瓷合金化處理的軋輥必須采用較大的車削量。

圖2 車削量不夠導致激光處理后出現的裂紋

4 應用效果

4.1 軋制噸位變化

激光處理前后的軋制噸位變化見表1。由表1可以看出，軋槽表面實行激光陶瓷合金化處理后，粗

表1 軋槽激光處理前后軋制噸位變化

中軋的單槽平均軋制噸位從4575 t提高到6575 t，較激光處理前提高43.72%。粗中軋(共8架)孔型表面采用激光陶瓷合金化處理后，單槽軋制噸位提高31%～53%。年節約換輥換槽時間約120 h，僅此項為公司創效近200萬元。

4.2 軋槽磨損量降低

激光陶瓷合金化處理后軋槽磨損量大幅降低，具體見表2。

表2 激光處理前后軋槽磨損量變化

由表2可以看出，在軋制相同噸位鋼材時，激光處理后1#～8#軋槽平均磨損量由2.68 mm降為1.56 mm，磨損量的降低對軋槽的使用起到了很好的保護作用，提高了軋槽的使用壽命。同時，有利于中間料型尺寸控制，提高了料型尺寸控制精度和穩定性。

5 結語

自2007年起開始在棒材粗中軋孔型表面進行激光陶瓷合金化處理，經過4年的生產試驗和改進，它已經成為一項成熟的技術應用在軋鋼生產中。實踐證明，在提高軋制噸位、降低軋輥消耗、提高產品質量方面具有明顯的優勢，大大地提高了企業的市場競爭力，在軋鋼生產中必有廣闊的應用前景。

［1］李志忠.激光表面強化［M］.北京:機械工業出版社，1992:2－3.

［2］藏辰峰，劉常升，張小彬，等.軋輥表面激光處理技術的研究進展.材料導報，2010，24(2):6 －10.

［3］曾仙斌，羅慶革，彭文華.棒線軋輥激光陶瓷合金化處理的應用實踐.柳鋼科技，2009(3):19－20.

［4］李朝暉.激光表面強化技術處理軋輥的生產實踐.河北冶金，2008(2):29－30.

APPLICATION AND EFFECT ON LASER TREATMENT TECHNOLOGY OF BAR ROLLER

Lian Zhiheng Du Xiaohui Jin Xi Wang Xiaoyan
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

It stated the basic principle of laser ceramic－alloying treatment technology for bar roll，introduced its application practice in Ф300 mm bar unit of Anyang Steel，at the same time verified its technical advantages in practice and achieved results.

rolllaserceramic powder

:2011—5—4