鑄鋼軋輥表面處理技術(shù)

耿方利

摘要：本文重點介紹了數(shù)控激光加工機對鑄鋼軋輥的處理的工藝及其在對激光加工軋輥后的性能改善情況.分析了激光相變硬化在軋輥上的應(yīng)用及其軋輥表面改善性能的結(jié)果.在生產(chǎn)實踐中有其積極的意義.

關(guān)鍵詞：激光；相變硬化；摩擦學

軋輥是軋鋼生產(chǎn)線上的重要部件，在軋鋼的生產(chǎn)過程中軋輥與坯材的摩擦頻繁，且軋制力大使軋輥的磨損嚴重，為了提高其耐磨性我們應(yīng)用了激光相變硬化技術(shù)對軋輥進行了表面硬化處理.經(jīng)生產(chǎn)實踐取得了良好的效果.本文介紹了鑄鋼軋輥激光淬火的優(yōu)化工藝及其耐磨性能的影響.

一 工藝處理原因

軋輥采用離心復(fù)合鑄造技術(shù)生產(chǎn)，外圈為高碳半鋼，內(nèi)環(huán)為石墨鋼。經(jīng)過切取金相試樣分析，發(fā)現(xiàn)其常規(guī)組織一般為貝式體或貝式體與珠光體的混合，也會含有少量馬式體和殘余奧式體。輥環(huán)外圓表面與側(cè)壁表面的硬度在HRC38-42的硬度范圍內(nèi)。根據(jù)不同軋制規(guī)格的軋輥的不同軋輥的過鋼量也不近相同。其判斷依據(jù)是軋輥工作面的磨損量，磨損量到達一定程度就必須下線修復(fù)。因此在現(xiàn)工況條件下增強其耐磨性改善摩擦性能軋制量就會提高。即延長單支軋輥的使用壽命。

二.工藝處理技術(shù)方法

2.1 激光處理工藝

先將能有效提高軋輥對光吸收率和有效降低材料對激光反射的黑色涂料荼在軋輥表面后以很高的激光功率密度，在極短的時間內(nèi)（10-8～10-12s）與金屬交互作用，隨后借助于冷態(tài)軋輥基體熱傳導(dǎo)作用的使已融化的極薄軋輥表層金屬快速凝固。得到的鑄態(tài)組織硬度高通常能達到HRC 60-70 且耐磨性極高。可獲得及細的硬化層組織。從而提高了軋輥的耐磨性與使用壽命。

2.2激光淬火的原理

激光相變就是將規(guī)律的強激光束照射到工件表面，迅速將工件表面溫度提高到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以上，熔點以下的范圍之內(nèi)，通過激光束的快速移動，被加熱的部位與工件內(nèi)部進行快速的熱交換，使工件表面的冷卻速度極快來實現(xiàn)馬氏體的轉(zhuǎn)化，得到極細的馬氏體結(jié)構(gòu)組織.

2.3軋輥待處理部位的選擇

激光加工是一種柔性加工。所謂柔性加工就是局部強化。部位差異強化。經(jīng)過對軋輥的磨損測量發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)水平輥環(huán)的外圓工作面磨損輕微，而側(cè)壁磨損嚴重。所以說側(cè)壁工作部位是應(yīng)重點加強的。

2.4工藝參數(shù)的確定

激光參數(shù)的選擇

工藝試驗及快速磨損試驗證明，激光功率、離焦量、掃描速率和激光熱處理面積比是影響激光熱處理淬硬層深度、寬度、硬度、金相組織、及耐磨性的主要工藝參數(shù)。因此合理的參數(shù)選定對處理效果有著及其重要的作用。

三.軋輥硬化處理效果

3.1宏觀外貌

處理過的側(cè)壁表面粗糙。表面發(fā)生熔凝粗糙度大。經(jīng)打磨后測定其硬度均大幅提高

3.2經(jīng)淬火后顯微組織特點

石墨在激光照射后溶入鐵素體并轉(zhuǎn)變?yōu)槿R氏體和馬氏體。經(jīng)激光相變硬化后的軋輥激光相變區(qū)的晶粒由原來的8級提高到12級，殘留奧氏體量較常規(guī)淬火有明顯減少，約10%～15%，相變區(qū)的馬氏體為針狀馬氏體和板條馬氏體的混合組織。快速加熱和快速冷卻的工藝環(huán)境下形成的奧氏體晶粒沒有孕育長大機會。彌散的奧氏體晶粒形成彌散的馬氏體相或貝氏體相，使馬氏體或貝氏體具有晶格強化的同時具有彌散強化效果。在激冷條件下形成的馬氏體晶格，比常規(guī)淬火有更高的缺陷密度，殘余奧氏體也獲得極高地位錯密度，從而使金屬材料具有畸變強化效果，強度大大提高。

3.3淬火組織的耐磨

需要指出的是硬度≠耐磨性 這是人們在長期的生產(chǎn)實踐中形成的誤區(qū)。硬度是材質(zhì)的機械性能耐磨性是其摩擦學特性。激光表面強化的一個主要目的是提高材料的耐磨性，但是，人們對耐磨性的認識卻存在較大的誤會。硬度與耐磨性有正相關(guān)的技術(shù)指標，但是材料的耐磨性能不完全由硬度決定，而是由硬度、強度，以及耐磨相的性質(zhì)共同決定的。激光強化有特殊意義的是彌散強化，激光淬火比傳統(tǒng)整體淬火使材料更加耐磨，這不是硬度的功勞，而主要是彌散強化的功勞。也就是說，彌散強化能提高材料的耐磨性。激光淬火過程發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變，馬氏體的比容最大，珠光體處之，奧氏體最小，這一比容差別造成表面淬火層呈壓應(yīng)力狀態(tài).使得激光淬火后無需回火而不產(chǎn)生裂紋，且更加抗疲勞更加耐磨。

3.4生產(chǎn)使用效果

經(jīng)激光淬火后的軋輥耐磨性大為增強。激光淬火可提高鋼質(zhì)軋輥使用壽命70～120%，提高半鋼軋輥使用壽命40～60%。現(xiàn)場利用6000W激光器對一對軋輥進行了激光處理并上線使用。與未做處理的軋輥比較軋鋼量大幅提高。下線后發(fā)現(xiàn)經(jīng)激光處理后的軋輥輥面能有效抑制粘鋼現(xiàn)象。

四. 不足及改進

現(xiàn)在運用激光對開坯軋輥進行硬化處理已在中型廠的中型線與大型線得到應(yīng)用并取得良好的效果。但在對軋輥進行激光加工的過程中也存在著一些不足。由于激光淬火是一項新興的技術(shù)，數(shù)控激光加工機又是一個光機電一體的設(shè)備維護難度大且復(fù)雜。這就要求操作人員要學透學精。盡快掌握工藝技術(shù)。在處理中要注意激光的反射。激光就是一種光它具有光的性質(zhì)且能量較大操作人員如站位不當及易對自身健康造成傷害。還容易燒毀設(shè)備，引起火災(zāi)，因此在激光的照射角度上應(yīng)充分考慮，選擇最好角度進行處理。還應(yīng)作好必要的防護措施。

五.結(jié)論

軋輥經(jīng)激光處理后使用性能及壽命大幅的提高，有效的降低了工作面的磨損。以及良好的控制了成本。處理后的軋輥使用性能提到，對軋鋼企業(yè)還是有著很現(xiàn)實的意義的。實踐證明使用能聚焦出更強功率密度的窄帶鏡頭更有利于軋輥的處理。經(jīng)研究表明在軋輥的處理中激光功率、光斑尺寸和掃描速度三者之間是可以相互補償?shù)模?jīng)調(diào)整可以得到相近的結(jié)果。此工藝方法也可應(yīng)用于其他柱狀工件。總之激光加工處理是一項新技術(shù)并在現(xiàn)代冶金企業(yè)中發(fā)揮著積極重要的作用。

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（作者單位：山鋼股份萊蕪分公司型鋼廠）