鑄鋼軋輥表面處理技術(shù)

耿方利

摘要：本文重點(diǎn)介紹了數(shù)控激光加工機(jī)對(duì)鑄鋼軋輥的處理的工藝及其在對(duì)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(shí)踐中有其積極的意義.

關(guān)鍵詞：激光；相變硬化；摩擦學(xué)

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(yán)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(duì)軋輥進(jìn)行了表面硬化處理.經(jīng)生產(chǎn)實(shí)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(huì)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(dá)一定程度就必須下線修復(fù)。因此在現(xiàn)工況條件下增強(qiáng)其耐磨性改善摩擦性能軋制量就會(huì)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(duì)光吸收率和有效降低材料對(duì)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(shí)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(dá)到HRC 60-70 且耐磨性極高?？色@得及細(xì)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(qiáng)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(diǎn)以下的范圍之內(nèi)，通過激光束的快速移動(dòng)，被加熱的部位與工件內(nèi)部進(jìn)行快速的熱交換，使工件表面的冷卻速度極快來實(shí)現(xiàn)馬氏體的轉(zhuǎn)化，得到極細(xì)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(qiáng)化。部位差異強(qiáng)化。經(jīng)過對(duì)軋輥的磨損測(cè)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(yán)重。所以說側(cè)壁工作部位是應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)的。

2.4工藝參數(shù)的確定

激光參數(shù)的選擇

工藝試驗(yàn)及快速磨損試驗(yàn)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(duì)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(cè)定其硬度均大幅提高

3.2經(jīng)淬火后顯微組織特點(diǎn)

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(jí)提高到12級(jí)，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?？焖偌訜岷涂焖倮鋮s的工藝環(huán)境下形成的奧氏體晶粒沒有孕育長大機(jī)會(huì)。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(qiáng)化的同時(shí)具有彌散強(qiáng)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(cuò)密度，從而使金屬材料具有畸變強(qiáng)化效果，強(qiáng)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?cè)陂L期的生產(chǎn)實(shí)踐中形成的誤區(qū)。硬度是材質(zhì)的機(jī)械性能耐磨性是其摩擦學(xué)特性。激光表面強(qiáng)化的一個(gè)主要目的是提高材料的耐磨性，但是，人們對(duì)耐磨性的認(rèn)識(shí)卻存在較大的誤會(huì)。硬度與耐磨性有正相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，但是材料的耐磨性能不完全由硬度決定，而是由硬度、強(qiáng)度，以及耐磨相的性質(zhì)共同決定的。激光強(qiáng)化有特殊意義的是彌散強(qiáng)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(qiáng)化的功勞。也就是說，彌散強(qiáng)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(qiáng)。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%?，F(xiàn)場(chǎng)利用6000W激光器對(duì)一對(duì)軋輥進(jìn)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(jìn)

現(xiàn)在運(yùn)用激光對(duì)開坯軋輥進(jìn)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(duì)軋輥進(jìn)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(xiàng)新興的技術(shù)，數(shù)控激光加工機(jī)又是一個(gè)光機(jī)電一體的設(shè)備維護(hù)難度大且復(fù)雜。這就要求操作人員要學(xué)透學(xué)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(dāng)及易對(duì)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(jìn)行處理。還應(yīng)作好必要的防護(hù)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(duì)軋鋼企業(yè)還是有著很現(xiàn)實(shí)的意義的。實(shí)踐證明使用能聚焦出更強(qiáng)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(bǔ)償?shù)?，?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?？傊す饧庸ぬ幚硎且豁?xiàng)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）