軋輥表面激光強(qiáng)化技術(shù)在大型合金鋼棒材連軋線的應(yīng)用分析

王府寶

摘 要 本文介紹了軋輥表面激光強(qiáng)化技術(shù)在大型合金鋼棒材連軋線的應(yīng)用效果，分析了激光強(qiáng)化技術(shù)的強(qiáng)化機(jī)制，指出該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)并對(duì)其不足之處進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 軋輥；表面處理；激光合金化；應(yīng)用

前言

河鋼集團(tuán)石鋼公司大棒線是一條引進(jìn)斯坦因、DANIELI、西門子等先進(jìn)技術(shù)的特鋼棒材連軋生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為50萬噸/年，選用坯料為220×300、300×360、280×320 mm三種斷面。主要產(chǎn)品為?45-185mm的圓鋼及部分規(guī)格的方鋼和扁鋼，鋼種主要為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、彈簧鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、保淬透性鋼等。為了提高現(xiàn)有軋輥的過鋼量、耐磨性，降低軋輥消耗，對(duì)軋輥表面進(jìn)行了激光強(qiáng)化處理，使軋槽表面具有良好的高溫耐磨性和抗熱疲勞性，提高軋槽使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。

1 激光強(qiáng)化技術(shù)

激光技術(shù)是在20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種高新技術(shù)，由于其自身的特性及其在表面強(qiáng)化處理方面的優(yōu)勢(shì)，20世紀(jì)70年代以后逐漸在金屬設(shè)備表面強(qiáng)化處理方面得到廣泛應(yīng)用。通過激光與材料相互作用，對(duì)工件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，硬度可以達(dá)到800～1 000 HV，在保證工件內(nèi)部組織性能不變的情況下，有效地增強(qiáng)了工件的耐磨性能和使用性能[1]。

2 軋輥表面激光強(qiáng)化的應(yīng)用

2.1 軋輥材質(zhì)

河鋼集團(tuán)石鋼公司大棒線1-6#軋機(jī)采用的軋輥規(guī)格為?900×1000mm，平立交替布置，其中1-3架次為箱型孔型系統(tǒng)，選用材質(zhì)為合金鑄鋼軋輥，輥面硬度45-50HSD，由于基體中含有少量二次碳化物，因此與普通碳素鋼軋輥耐磨性相比有很大提高，而且強(qiáng)度高、韌性好、咬人軋件的能力強(qiáng)，具有較好的耐磨性和抗熱裂性，軋輥表面不易出現(xiàn)熱裂紋，一般無剝落現(xiàn)象，缺點(diǎn)是硬度一般較鑄鐵輥低。

4-6架次為橢圓-圓孔型系統(tǒng)，軋輥材質(zhì)選用為珠光體球墨鑄鐵，輥面硬度55-60HSD。珠光體球墨軋輥是在球墨鑄鐵中加入鎳、鉻、鉬合金元素，經(jīng)過特殊熱處理得到珠光體球鐵軋輥。珠光體球墨鑄鐵軋輥具有良好的強(qiáng)度、高溫性能和抗事故性能，工作層硬度落差小。

2.2 軋輥激光強(qiáng)化處理及使用效果

該軋線軋輥激光強(qiáng)化處理主要是對(duì)軋槽表面進(jìn)行處理，采用激光快速熔凝和納米陶瓷（WC）合金化技術(shù)，即在軋槽表面涂敷一層合金化粉，激光高溫使之熔化，然后依靠軋輥?zhàn)陨砝鋮s快速凝固，最后獲得具有較深硬化層的細(xì)密組織，增強(qiáng)軋槽表層的耐磨性和耐蝕性，使軋槽綜合性能得到改善。最終在孔型表面形成肖氏硬度為HS70～75、深度為0.5～1.0mm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合金層，大大提高軋槽的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，提高軋槽過鋼量。表1為粗軋軋槽激光處理前后軋制噸位變化的對(duì)比。

從表1可以看出，各機(jī)架軋槽過鋼量均提高了130%以上。下架后其表面龜裂明顯少于以往未經(jīng)激光合金化處理的軋輥，經(jīng)孔型樣板測(cè)量結(jié)果顯示，未經(jīng)激光處理的軋輥其磨損量為6～8mm，經(jīng)激光處理后軋輥的磨損量為2～3mm，且減少了換輥次數(shù)，降低了軋機(jī)工裝勞動(dòng)強(qiáng)度，具有了較好地使用效果。

2.3 軋輥激光強(qiáng)化處理存在的問題

雖然軋槽經(jīng)過激光強(qiáng)化處理后，耐磨性和過鋼量均有大幅提高，但其在實(shí)際應(yīng)用中還存在如下問題：

（1）軋槽表面質(zhì)量下降。由于軋槽表面的面積一般都比較大，激光處理光斑尺寸有限，不能一次全部覆蓋，只能采用逐段搭接處理的方法。在激光處理帶搭接時(shí)，前一道已經(jīng)處理硬化的部分受到第二道加熱而產(chǎn)生回火軟化，導(dǎo)致搭接帶區(qū)域的硬度降低，在軋制過程中磨損要明顯快于非搭接區(qū)域，容易在軋槽表面形成溝痕，嚴(yán)重影響軋槽表面質(zhì)量及軋件表面質(zhì)量，故目前只使用在對(duì)表面質(zhì)量要求不高的粗軋機(jī)組，在對(duì)軋槽表面質(zhì)量要求比較高的中、精軋機(jī)組還沒有推廣使用。

（2）軋槽激光表面掉塊、脫落問題較嚴(yán)重。由于軋輥體積龐大，在激光處理冷卻過程中，冷卻速度較快，會(huì)在光斑周圍形成極高的溫度差，致使軋槽表層的殘余應(yīng)力非常突出，容易造成裂紋。在軋槽使用后期，裂紋延伸加劇，導(dǎo)致軋槽表面掉塊、脫落的問題比較嚴(yán)重，造成軋件質(zhì)量下降，而且在軋輥車削時(shí)重車量增大，增加了車削難度和軋輥消耗[2]。

3 結(jié)束語

（1）軋輥軋槽經(jīng)激光表面強(qiáng)化處理后，使軋輥表面具有良好的高溫耐磨性和抗熱疲勞合金層，可明顯提高軋槽的使用壽命，減少換輥次數(shù)，提高軋槽過鋼量，是冶金企業(yè)降低軋輥成本的有效方法之一。

（2）由于存在軋槽表面質(zhì)量下降、掉塊、脫落等問題，影響軋輥使用范圍及軋件表面質(zhì)量，需要繼續(xù)不斷地研究激光處理的新工藝控制技術(shù)，解決激光表面質(zhì)量問題，從而使該技術(shù)在更大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 臧辰峰，劉常升，張小彬，等.軋輥表面激光處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].材料報(bào)導(dǎo)，2010，24（2）：6-8.

[2] 王長(zhǎng)貴，李志遠(yuǎn)，黃安國(guó).75CrMnMo鑄鋼軋輥激光熔凝強(qiáng)化的組織及性能分析[J].鋼鐵，2004，39（9）：61.