型鋼精軋輥孔型表面合金超音速噴涂強(qiáng)化方法的應(yīng)用

陳克英 張陳

【摘 要】超音速噴涂強(qiáng)化方法是在型鋼精軋輥孔型表面合金上應(yīng)用的新型技術(shù)之一，此項(xiàng)技術(shù)屬于材料強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，此項(xiàng)技術(shù)的問世極大地促進(jìn)我國金屬表面噴涂技術(shù)的發(fā)展。軋輥是軋機(jī)的重要部件，其質(zhì)量高低直接關(guān)系到型鋼的質(zhì)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(qiáng)化方法，展現(xiàn)其工藝流程。

【關(guān)鍵詞】型鋼 噴涂 金屬表面

超音速噴涂強(qiáng)化方法主要應(yīng)用納米級(jí)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(fù)合粉末和10-20%硼鎢復(fù)合粉末。

1 傳統(tǒng)的軋輥孔型表面強(qiáng)化方法及其特點(diǎn)

軋輥是軋機(jī)的重要部件，也是軋制生產(chǎn)中的主要消耗備件之一，對(duì)型鋼的質(zhì)量起著關(guān)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(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，出現(xiàn)搓鋼現(xiàn)象，加劇軋輥磨損，加之成品輥孔型過渡圓弧處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，軋輥局部造成破損，型鋼在軋制生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)表面劃傷、積瘤、邊厚差等問題，造成型鋼表面質(zhì)量差，難以交付使用，軋輥在線使用時(shí)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(yīng)力破損，從而延長軋輥的使用壽命。[1]目前軋輥孔型表面強(qiáng)化方法有激光表面淬火、表面電火花強(qiáng)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(qiáng)化方法

以鑄鋼軋輥為沉積對(duì)象，選用陶瓷硬質(zhì)合金WC-Co電極在氬氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行沉積處理，其工藝參數(shù)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(hù)氣體氬氣流量設(shè)定在5-15L/min。存在的主要問題是：（1）電火花設(shè)備投資大，維護(hù)費(fèi)用高；（2）對(duì)設(shè)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(jìn)而無法消除圓弧處的應(yīng)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(qiáng)化工藝

該工藝的步驟順序：軋輥車削加工，探傷檢驗(yàn)，表面預(yù)處理，激光強(qiáng)化處理；用車削加工清除軋輥表面疲勞層后，將探傷檢驗(yàn)合格的軋輥裝入激光加工機(jī)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(qiáng)化參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)化處理。存在的主要問題是：1）所需的大型激光設(shè)備投資大，維護(hù)費(fèi)用高；軋輥預(yù)處理要求較為嚴(yán)格，操作過程繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)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(jìn)而無法消除圓弧處的應(yīng)力。[2]

2 型鋼精軋輥孔型表面合金超音速噴涂強(qiáng)化工藝特點(diǎn)

為了克服現(xiàn)有技術(shù)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(qiáng)化方法，采用常規(guī)噴涂設(shè)備，生產(chǎn)投資少，消除孔型圓弧處的應(yīng)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(qiáng)化方法，選用納米級(jí)碳化物合金粉末。與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)化，使得軋輥孔型表面耐高溫、耐磨性提高，軋輥在線時(shí)間顯著延長，過鋼量提高1倍以上，軋輥磨損小，重復(fù)使用次數(shù)較之前提高2倍以上，軋輥壽命延長2倍以上，型鋼質(zhì)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(qiáng)化方法的工序流程

3.1 表面預(yù)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(yù)處理的主要步驟有：（1）對(duì)于表面存在疲勞層型鋼精軋輥孔型，以及局部存在嚴(yán)重拉傷溝痕的型鋼精軋輥孔型，必要時(shí)候需要進(jìn)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(jī)械打磨的方法進(jìn)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(guī)的噴涂設(shè)備，選用經(jīng)過合理數(shù)量配置的納米級(jí)碳化物合金粉末，這類粉末中大多有鎳鋁粉末、鉻鉬錳復(fù)合粉末和硼鎢復(fù)合粉末，根據(jù)需求和金屬屬性的不同進(jìn)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(duì)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(qiáng)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(zhì)量；（2）在噴涂這一環(huán)節(jié)結(jié)束后，需要置放在在空氣中進(jìn)行冷卻，直至與室溫平衡，才能進(jìn)行下一個(gè)環(huán)節(jié)。

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(bǔ)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(shí)左右，待其冷卻后，在將其放入加熱爐內(nèi)進(jìn)行固化加熱，其爐中溫度需要保持在130度左右，隨后在進(jìn)行常溫冷卻。

4 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：型鋼精軋輥表面合金超音速噴涂強(qiáng)化方法處理過的型鋼精軋輥與未經(jīng)此方法處理的型鋼精軋輥進(jìn)行對(duì)比，改進(jìn)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(xiàn)：

[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(xué)，2012.

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

[3] 柳祖林.用硬面技術(shù)為冶金備件“延壽降本”[N].中國冶金報(bào)，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(jī)械有限公司董事長，研究方向：冶金設(shè)備再制造技術(shù)的研究。