型鋼精軋輥孔型表面合金超音速噴涂強化方法的應用

陳克英 張陳

【摘 要】超音速噴涂強化方法是在型鋼精軋輥孔型表面合金上應用的新型技術之一，此項技術屬于材料強化技術領域，此項技術的問世極大地促進我國金屬表面噴涂技術的發展。軋輥是軋機的重要部件，其質量高低直接關系到型鋼的質量。但是軋輥易受到油污和鐵銹的侵蝕，影響壽命。本文注重突出鋼精軋輥孔型表面合金超音速噴涂強化方法，展現其工藝流程。

【關鍵詞】型鋼 噴涂 金屬表面

超音速噴涂強化方法主要應用納米級碳化物合金粉末，其中主要的材料有四種：即5-10%鎳鋁粉末、50-60%鈷碳化鎢合金粉末、5-10%鉻鉬錳復合粉末和10-20%硼鎢復合粉末。

1 傳統的軋輥孔型表面強化方法及其特點

軋輥是軋機的重要部件，也是軋制生產中的主要消耗備件之一，對型鋼的質量起著關鍵性作用。軋輥的工作條件十分惡劣，且由于軋輥孔型徑向方向上線速度不相同，型鋼與軋輥之間產生相對滑動，出現搓鋼現象，加劇軋輥磨損，加之成品輥孔型過渡圓弧處容易出現應力集中，軋輥局部造成破損，型鋼在軋制生產過程中會出現表面劃傷、積瘤、邊厚差等問題，造成型鋼表面質量差，難以交付使用，軋輥在線使用時間短、壽命短，因此需要提高軋輥孔型表面的硬度和減少局部應力破損，從而延長軋輥的使用壽命。[1]目前軋輥孔型表面強化方法有激光表面淬火、表面電火花強化、表面中頻淬火、激光熔覆合金層和等離子熔覆合金層等。

1.1 金屬軋輥表面電火花強化方法

以鑄鋼軋輥為沉積對象，選用陶瓷硬質合金WC-Co電極在氬氣保護氣氛下進行沉積處理，其工藝參數為：輸出功率為500-4000W，輸出電壓為60-180V，放電頻率為1000-2000HZ，沉積速率為1-5min/cm，保護氣體氬氣流量設定在5-15L/min。存在的主要問題是：（1）電火花設備投資大，維護費用高；（2）對設備的精度要求高且合金層厚薄不一，合金層的耐磨性能差，效果并不理想，且無法用在孔型過渡圓弧處，進而無法消除圓弧處的應力，加快軋輥孔型磨損，使用壽命短。

1.2 型材軋制軋輥激光表面強化工藝

該工藝的步驟順序：軋輥車削加工，探傷檢驗，表面預處理，激光強化處理；用車削加工清除軋輥表面疲勞層后，將探傷檢驗合格的軋輥裝入激光加工機床，用噴槍將吸光材料均勻地噴涂在軋輥輥身需處理部位，以致將待處理部位完全致密覆蓋，待吸光材料干燥后選擇激光強化參數進行強化處理。存在的主要問題是：1）所需的大型激光設備投資大，維護費用高；軋輥預處理要求較為嚴格，操作過程繁瑣，勞動強度大；2）吸光材料的耐磨性能差，使用壽命短，且無法用在孔型過渡圓弧處，進而無法消除圓弧處的應力。[2]

2 型鋼精軋輥孔型表面合金超音速噴涂強化工藝特點

為了克服現有技術的缺陷，研究人員提供一種型鋼精軋輥孔型表面合金超音速噴涂強化方法，采用常規噴涂設備，生產投資少，消除孔型圓弧處的應力集中，提高軋輥的表面耐磨性，提高軋輥的過鋼噸位，延長軋輥的有效使用壽命。型鋼精軋輥孔型表面合金超音速噴涂強化方法，選用納米級碳化物合金粉末。與傳統的技術相比，優點是步驟銜接有序，簡便易于操作；該方法采用合金超音速噴涂強化，使得軋輥孔型表面耐高溫、耐磨性提高，軋輥在線時間顯著延長，過鋼量提高1倍以上，軋輥磨損小，重復使用次數較之前提高2倍以上，軋輥壽命延長2倍以上，型鋼質量大大提高，合格率提高10%以上。

3 型鋼精軋輥孔型表面合金超音速噴涂強化方法的工序流程

3.1 表面預處理

型鋼精軋輥孔型的表面要保持干凈平整，這樣可以有效地提高噴涂效果。預處理的主要步驟有：（1）對于表面存在疲勞層型鋼精軋輥孔型，以及局部存在嚴重拉傷溝痕的型鋼精軋輥孔型，必要時候需要進行車削處理，這是為后期的熱噴涂提供足夠的空間；（2）需要清除金屬物品表面的油污和油漆等附著物，保持需要噴涂金屬的潔凈性，通常情況下，可以用溶劑清洗劑除去油污，在油污滲入金屬體之后，可以用火焰加熱的方法加以去除，另外，若是金屬表面存在鐵銹，需要利用酸浸、機械打磨的方法進行去除；（3）采用車削、磨削或配合方法去除軋輥表面磨損層，使軋輥基體表面的粗糙度控制在RA0.3至RA3.0之間，然后噴砂處理。

3.2 金屬表面噴涂

（1）在一般情況下，基于成本的考慮采用常規的噴涂設備，選用經過合理數量配置的納米級碳化物合金粉末，這類粉末中大多有鎳鋁粉末、鉻鉬錳復合粉末和硼鎢復合粉末，根據需求和金屬屬性的不同進行配置，在噴涂的過程中，第一步是在型鋼精軋輥上打底，大約需要鋪鎳鋁0.03毫米的粉末，粉末分布均勻無死角；第二步將其他的幾種粉末按照一定比例融合后，用工具均勻的噴涂到軋輥表面，其厚度約為0.1-0.2毫米，對于噴槍的高度也有一定的限制，通常情況下噴槍與軋輥的距離為10-15厘米，噴槍與噴涂表面的夾角不能過大，一般要小于89度。[3]噴涂后，軋輥孔型表面得到強化，這主要是合金粉末的原因，使得金屬件更加耐磨、耐高溫，另外，還起到了一定的潤滑效果，極大地提高了型鋼的質量；（2）在噴涂這一環節結束后，需要置放在在空氣中進行冷卻，直至與室溫平衡，才能進行下一個環節。

3.3 噴涂后處理

（1）為了使得軋輥處理更加完善，需要用封孔劑熱噴涂涂層表面，填補其表面存在的空隙和凹處；（2）將熱噴涂后的軋輥要在陰涼處涼置2小時左右，待其冷卻后，在將其放入加熱爐內進行固化加熱，其爐中溫度需要保持在130度左右，隨后在進行常溫冷卻。

4 結語

經過實驗發現：型鋼精軋輥表面合金超音速噴涂強化方法處理過的型鋼精軋輥與未經此方法處理的型鋼精軋輥進行對比，改進后的軋輥軋制鋼噸位平均提高了1.8倍，軋輥的使用壽命得到大大的延長，軋輥使用壽命提高1倍以上。

參考文獻：

[1] 岳佳锜.鐵基軋輥表面等離子噴涂涂層組織與性能的研究[D].江蘇科技大學，2012.

[2] 柳祖林.為冶金零部件穿上延壽“防護服”[N].中國冶金報，2014-12-11007.

[3] 柳祖林.用硬面技術為冶金備件“延壽降本”[N].中國冶金報，2012-10-18B03.

作者簡介：陳克英（1955—），女，安徽馬鞍山人，本科，馬鞍山市恒意機械有限公司董事長，研究方向：冶金設備再制造技術的研究。