復(fù)合材料托輥的研制與應(yīng)用

孫金福，牟桂梅

（秦皇島首鋼長(zhǎng)白機(jī)械有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066311）

由于高速線材托輥的使用環(huán)境惡劣，輥?zhàn)訅勖鼧O低，平均壽命不超過6天，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。為此通過表面復(fù)合涂層技術(shù)，大幅度提高了輥?zhàn)拥氖褂脡勖?/p>

一、托輥的失效形式分析

1.高溫磨損超差失效

導(dǎo)衛(wèi)上分布有磨粒磨損形成的犁溝，是由軋件在高溫軋制時(shí)表面脆性氧化皮形成的磨粒對(duì)導(dǎo)衛(wèi)犁削所致。另外如導(dǎo)衛(wèi)的抗氧化性不好也會(huì)導(dǎo)致氧化脫落而加速磨損，使導(dǎo)衛(wèi)精度超差而失效。

2.粘鋼失效

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

3.拉傷失效

導(dǎo)衛(wèi)輥被拉削形成很深的溝槽，并在導(dǎo)衛(wèi)輥的軋材導(dǎo)入段與工作直線交界處發(fā)生嚴(yán)重的粘鋼現(xiàn)象，從而形成一條貫穿于輥?zhàn)佣嗣娴牧鸭y。其主要原因是冷卻不良導(dǎo)致導(dǎo)衛(wèi)軸承燒毀，進(jìn)而使導(dǎo)衛(wèi)輥不能正常高速運(yùn)轉(zhuǎn)，軋材在固定位置拉削導(dǎo)衛(wèi)輥，形成溝槽報(bào)廢。

4.熱疲勞與熱裂失效

導(dǎo)衛(wèi)輥在運(yùn)行過程中產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致輥?zhàn)映霈F(xiàn)疲勞裂紋及熱裂紋，并向心部擴(kuò)散，導(dǎo)致表層剝落、導(dǎo)衛(wèi)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?zhàn)颖砻嬗捕纫蕴岣咻佔(zhàn)拥哪湍バ浴?/p>

(2)提高輥?zhàn)拥目寡趸芰?，減少氧化物的產(chǎn)生，降低磨粒磨損。

2.改善抗粘鋼失效

(1)提高導(dǎo)衛(wèi)輥工作面硬度，避免粘鋼現(xiàn)象的產(chǎn)生。

(2)提高導(dǎo)衛(wèi)輥工作面的加工精度，保持其表面光潔。

(3)提高導(dǎo)衛(wèi)輥安裝精度，使之不傾斜，保證輥?zhàn)邮芰鶆颉?/p>

3.防止導(dǎo)衛(wèi)輥拉傷失效

(1)提高輥?zhàn)硬馁|(zhì)的機(jī)械性能、抗熱疲勞性能，防止裂紋的延伸。

(2)提高導(dǎo)衛(wèi)輥的冷卻力度，延緩裂紋的產(chǎn)生，延長(zhǎng)導(dǎo)衛(wèi)輥的使用壽命。

三、托輥材料的選擇

1.傳統(tǒng)托輥使用的材料

傳統(tǒng)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(duì)這些材料的耐磨性進(jìn)行比較，其順序?yàn)門7(T8)＜Cr16Ni3＜Cr12MoV＜鎳鉻合金，然而經(jīng)實(shí)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(jù)前面對(duì)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(jī)械性能，同時(shí)必須具備良好的紅硬性。實(shí)踐表明，單一材質(zhì)的托輥難以滿足要求。為此，最終選定復(fù)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(jié)合。

表1 托輥表面合金的化學(xué)成分 %

四、托輥復(fù)合材料熱處理工藝

表面合金材料涂敷到托輥基體后需進(jìn)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(jié)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(kuò)散，而基體的元素Fe向涂層擴(kuò)散，形成一個(gè)過渡區(qū)。過渡區(qū)化學(xué)成分如表2所示。

表2 過渡區(qū)的化學(xué)成分

涂層形成后，還需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)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(qiáng)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(fù)合材料托輥的應(yīng)用效果

采用復(fù)合材料制造的托輥已先后在首鋼、宣鋼、包鋼、湘鋼等進(jìn)行裝機(jī)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示優(yōu)點(diǎn)如下。

壽命顯著提高，采用復(fù)合材料后，平均壽命可達(dá)25d，試驗(yàn)結(jié)果見表3、4。

表3 復(fù)合材料托輥鋼廠跟蹤表

表4 首鋼二線材立活套輥

輥?zhàn)幽p均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高了線材生產(chǎn)的質(zhì)量。

復(fù)合材料輥?zhàn)拥膽?yīng)用，減少了停機(jī)換輥的次數(shù)，提高了生產(chǎn)率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

輥?zhàn)訅勖岣?，降低了線材的生產(chǎn)成本。

[1]胡傳沂，宋幼慧.涂層技術(shù)原理及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[2]徐濱士.表面工程與維修[M].機(jī)械工業(yè)出版計(jì)，1996.