軋輥表面激光強化技術在大型合金鋼棒材連軋線的應用分析

王府寶

摘 要 本文介紹了軋輥表面激光強化技術在大型合金鋼棒材連軋線的應用效果，分析了激光強化技術的強化機制，指出該技術在實際應用中的優勢并對其不足之處進行了探討。

關鍵詞 軋輥；表面處理；激光合金化；應用

前言

河鋼集團石鋼公司大棒線是一條引進斯坦因、DANIELI、西門子等先進技術的特鋼棒材連軋生產線，設計生產能力為50萬噸/年，選用坯料為220×300、300×360、280×320 mm三種斷面。主要產品為?45-185mm的圓鋼及部分規格的方鋼和扁鋼，鋼種主要為優質碳素結構鋼、合金結構鋼、軸承鋼、彈簧鋼、非調質鋼、保淬透性鋼等。為了提高現有軋輥的過鋼量、耐磨性，降低軋輥消耗，對軋輥表面進行了激光強化處理，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，降低了生產成本。

1 激光強化技術

激光技術是在20世紀60年代發展起來的一種高新技術，由于其自身的特性及其在表面強化處理方面的優勢，20世紀70年代以后逐漸在金屬設備表面強化處理方面得到廣泛應用。通過激光與材料相互作用，對工件表面進行強化處理，硬度可以達到800～1 000 HV，在保證工件內部組織性能不變的情況下，有效地增強了工件的耐磨性能和使用性能[1]。

2 軋輥表面激光強化的應用

2.1 軋輥材質

河鋼集團石鋼公司大棒線1-6#軋機采用的軋輥規格為?900×1000mm，平立交替布置，其中1-3架次為箱型孔型系統，選用材質為合金鑄鋼軋輥，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，而且強度高、韌性好、咬人軋件的能力強，具有較好的耐磨性和抗熱裂性，軋輥表面不易出現熱裂紋，一般無剝落現象，缺點是硬度一般較鑄鐵輥低。

4-6架次為橢圓-圓孔型系統，軋輥材質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 軋輥激光強化處理及使用效果

該軋線軋輥激光強化處理主要是對軋槽表面進行處理，采用激光快速熔凝和納米陶瓷（WC）合金化技術，即在軋槽表面涂敷一層合金化粉，激光高溫使之熔化，然后依靠軋輥自身冷卻快速凝固，最后獲得具有較深硬化層的細密組織，增強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比。

從表1可以看出，各機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激光合金化處理的軋輥，經孔型樣板測量結果顯示，未經激光處理的軋輥其磨損量為6～8mm，經激光處理后軋輥的磨損量為2～3mm，且減少了換輥次數，降低了軋機工裝勞動強度，具有了較好地使用效果。

2.3 軋輥激光強化處理存在的問題

雖然軋槽經過激光強化處理后，耐磨性和過鋼量均有大幅提高，但其在實際應用中還存在如下問題：

（1）軋槽表面質量下降。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，前一道已經處理硬化的部分受到第二道加熱而產生回火軟化，導致搭接帶區域的硬度降低，在軋制過程中磨損要明顯快于非搭接區域，容易在軋槽表面形成溝痕，嚴重影響軋槽表面質量及軋件表面質量，故目前只使用在對表面質量要求不高的粗軋機組，在對軋槽表面質量要求比較高的中、精軋機組還沒有推廣使用。

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

3 結束語

（1）軋輥軋槽經激光表面強化處理后，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，提高軋槽過鋼量，是冶金企業降低軋輥成本的有效方法之一。

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

參考文獻

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

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