復合材料托輥的研制與應用

孫金福，牟桂梅

（秦皇島首鋼長白機械有限責任公司，河北 秦皇島 066311）

由于高速線材托輥的使用環境惡劣，輥子壽命極低，平均壽命不超過6天，嚴重影響生產效率和產品合格率。為此通過表面復合涂層技術，大幅度提高了輥子的使用壽命。

一、托輥的失效形式分析

1.高溫磨損超差失效

導衛上分布有磨粒磨損形成的犁溝，是由軋件在高溫軋制時表面脆性氧化皮形成的磨粒對導衛犁削所致。另外如導衛的抗氧化性不好也會導致氧化脫落而加速磨損，使導衛精度超差而失效。

2.粘鋼失效

導衛輥粘鋼失效主要是由于導衛輥材料硬度低，導衛輥工作面加工粗糙及安裝精度不高而引起導衛輥在工作中局部受力過大，使氧化物粘著于導衛的工作面而失效。這主要是由于導衛輥硬度較低，特別是紅硬性較低所致。

3.拉傷失效

導衛輥被拉削形成很深的溝槽，并在導衛輥的軋材導入段與工作直線交界處發生嚴重的粘鋼現象，從而形成一條貫穿于輥子端面的裂紋。其主要原因是冷卻不良導致導衛軸承燒毀，進而使導衛輥不能正常高速運轉，軋材在固定位置拉削導衛輥，形成溝槽報廢。

4.熱疲勞與熱裂失效

導衛輥在運行過程中產生熱應力，導致輥子出現疲勞裂紋及熱裂紋，并向心部擴散，導致表層剝落、導衛輥破裂而失效。

二、提高托輥壽命的措施

1.提高材料抗高溫磨粒磨損性能

(1)提高輥子表面硬度以提高輥子的耐磨性。

(2)提高輥子的抗氧化能力，減少氧化物的產生，降低磨粒磨損。

2.改善抗粘鋼失效

(1)提高導衛輥工作面硬度，避免粘鋼現象的產生。

(2)提高導衛輥工作面的加工精度，保持其表面光潔。

(3)提高導衛輥安裝精度，使之不傾斜，保證輥子受力均勻。

3.防止導衛輥拉傷失效

(1)提高輥子材質的機械性能、抗熱疲勞性能，防止裂紋的延伸。

(2)提高導衛輥的冷卻力度，延緩裂紋的產生，延長導衛輥的使用壽命。

三、托輥材料的選擇

1.傳統托輥使用的材料

傳統托輥使用的材料有T7、T8、合金材料Cr16Ni3、Cr12MoV及鎳鉻合金奧氏體鋼等。對這些材料的耐磨性進行比較，其順序為T7(T8)＜Cr16Ni3＜Cr12MoV＜鎳鉻合金，然而經實踐證明，即使是耐磨性能最好的鎳鉻合金也無法滿足要求。

2.表面涂層材料的確定

根據前面對托輥磨損的分析可知，托輥材料必須具備良好的耐磨性、較高的硬度及較好的綜合機械性能，同時必須具備良好的紅硬性。實踐表明，單一材質的托輥難以滿足要求。為此，最終選定復合材料：基體為45、40Cr等，表面材料成分見表1，并通過熱處理使合金材料與基體形成冶金結合。

表1 托輥表面合金的化學成分 %

四、托輥復合材料熱處理工藝

表面合金材料涂敷到托輥基體后需進行熱處理，其熱處理工藝曲線見圖1。

圖1 熱處理工藝曲線

熱處理后，表面合金材料與基體形成牢固的冶金結合，在高溫1 120℃下保持40min，使表面的富集元素N4i、Cr等向基體擴散，而基體的元素Fe向涂層擴散，形成一個過渡區。過渡區化學成分如表2所示。

表2 過渡區的化學成分

涂層形成后，還需對產品進行最終熱處理。其工藝曲線見圖2。

圖2 最終熱處理工藝曲線

這樣，在有一定強度的基體上，形成了1層3～5mm的耐磨、耐蝕涂層，解決了托輥壽命問題。

五、復合材料托輥的應用效果

采用復合材料制造的托輥已先后在首鋼、宣鋼、包鋼、湘鋼等進行裝機試驗。試驗結果顯示優點如下。

壽命顯著提高，采用復合材料后，平均壽命可達25d，試驗結果見表3、4。

表3 復合材料托輥鋼廠跟蹤表

表4 首鋼二線材立活套輥

輥子磨損均勻，運轉平穩，提高了線材生產的質量。

復合材料輥子的應用，減少了停機換輥的次數，提高了生產率，降低了工人的勞動強度。

輥子壽命提高，降低了線材的生產成本。

[1]胡傳沂，宋幼慧.涂層技術原理及應用[M].化學工業出版社，2000.

[2]徐濱士.表面工程與維修[M].機械工業出版計，1996.