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改善轧辊质量的途径

来源:      2019-1-29 12:36:43      点击:

      近年来,高速钢轧辊、硬质合金组合轧辊的应用范围越来越广泛。但是,目前国内绝大多数轧钢厂仍然在大量使用铸钢轧辊和球铁轧辊,特别是粗轧机组和精轧机组的球铁轧辊消耗量很大。如何提高现有轧辊的表面质量,进一步改善轧辊的耐磨性,降低轧辊的消耗量,是摆在相关企业和科技工作者面前的重大课题。

      激光表面强化技术现状和存在的问题    

     在轧辊修复与表面强化技术中,激光表面强化通常是指激光淬火、激光重熔和激光熔覆。

      激光淬火是将轧辊表面迅速加热到奥氏体化温度以上,然后通过轧辊自身的导热作用快速冷却,得到含有马氏体组织的硬化层,由于没有发生熔化,激光淬火可保持轧辊原有的表面光洁度。

      激光重熔使表面发生熔化又快速凝固,使熔化区的组织细化,而在熔化区之外又有一淬火层。

      激光熔覆是在表面涂敷一层合金化粉,用激光使之熔化,而基体只是微熔,目的是保证熔覆层与基体产生冶金结合。这样,轧辊的表面就是一种不同于基体的合金,尺度与原有基体相比有所增高,表面粗糙度增大,对于精轧辊通常需要后续加工。    

      20世纪80年代以来,国内外一些研究机构和企业在利用激光提高热轧辊的使用寿命方面已经做了大量研究工作。目前,利用激光表面强化技术处理铸钢轧辊已经取得了一定成效,并在国内多家钢铁企业中得到应用。但是,将同样的激光处理工艺移植到铸铁轧辊上时,却遇到了难以逾越的障碍。遇到的障碍主要表现为:轧辊表面裂纹倾向严重,有时甚至刚处理完,尚未开始服役就出现长裂纹;在激光束的扫描搭接区产生回火软化,使轧辊表面出现“软硬带”;强化层深度不够,很难满足重载热精轧辊,特别是大型孔型轧辊的要求。

      上述这些问题,往往又与轧辊的铸造质量密切相关,即使是同样的工艺用于同一批轧辊,有时也会出现有好有坏两种不同效果。因此,激光表面强化轧辊技术通常被认为还不够稳定,无法有效满足大规模工业化生产的需求。  

      激光特种合金化技术特点    

      激光合金化技术是在表面涂敷一层合金化粉,或用喷嘴在激光照射时送入合金粉,使粉与基体同时熔化,形成混合熔池。它与激光熔覆的主要区别在于:在外形上,基本保持原工件尺寸,不发生增高;在组织结构上,合金层的成分由加入的合金粉与基体混合而成,是一种新的合金,其组织属于新配比下的快速凝固组织。    

激光特种合金化技术具有下列3大特点:

      一是陶瓷颗粒增强合金化。通过添加强碳化物形成元素,得到以亚共晶组织为基,其中密集分布着(2×104个/平方毫米)微米级陶瓷颗粒的、强韧相间的激光合金化区,平均硬度达到HRC62~65。同时,合金化区的存在改变了轧辊表面状态,能有效减少金属黏着,特别是减少孔型轧辊侧壁的“长肉”现象。

      二是独特的工艺控制阻滞裂纹扩展。客观地说,轧辊在使用过程中总是要产生裂纹的,任何技术都不可能消灭裂纹,或不产生裂纹,关键在于能否在一定程度上延缓裂纹的萌生,阻滞裂纹的扩展,阻碍短裂纹之间的贯穿,延缓长裂纹的形成。激光特种合金化技术通过严格的工艺控制,减小了激光大面积强化所引起的应力积累,避免了“软硬带”问题,减少了长裂纹形成的机会,同时又提高了辊面的耐磨性,从而达到延长轧辊使用寿命的目的。    

      三是不同部位采用不同的工艺参数。对于孔型轧辊,其最大特点是不同的孔型部位磨损量不同,激光特种合金化技术充分考虑了孔型轧辊的这种特点,在听取现场技术人员的意见,并采集实际轧制数据的前提下,就每一套轧辊制定多种工艺参数,保证轧制后孔型的磨损基本一致,便于后续车削加工。    

      激光特种合金化技术应用效果实例    

      某棒材厂粗轧机加工球铁轧辊一对,按预定的轧制量轧4万吨后下架,其表面龟裂明显少于以往下架的普通轧辊,量板测量结果显示,未经激光处理的轧辊,磨损量为3~4毫米,激光强化辊的磨损量为1~2毫米。轧辊下架后,进行激光强化后再上架使用,大大减少了轧辊的车削次数,并显示出仍可继续使用的潜力。

      某带钢厂精轧辊和粗轧辊采用激光特种合金化技术进行处理,也取得显著成效。普通精轧辊每班换一套,而处理后的轧辊使用周期可延长至3~4班;同时,普通粗轧辊每10天换一套,通常15天为中修周期,采用激光特种合金化方法处理,使轧辊使用寿命达到了15天。

某厂加工孔型轧辊一套四支,对其侧壁也进行强化处理,按正常轧制量下架,每支辊的表面状况及磨损量都显示仍可继续使用。   

基础研究与初步的生产应用实践表明:   

      ——激光特种合金化技术克服了一般激光大面积强化难以解决的问题,特别针对球墨铸铁轧辊,表面不出现软硬带,能有效减少表面龟裂,提高耐磨性,延长轧辊使用寿命。    

      ——陶瓷颗粒增强激光合金化区具有较高的硬度,能够满足轧辊耐磨性要求,同时能减少金属黏着。    

      ——激光特种合金化采用灵活的工艺控制技术,可针对孔型轧辊不同部位的要求,制定多种工艺参数,最大限度地保证孔型磨损的均匀程度。   

      ——激光特种合金化技术能够减少轧辊的车削次数,提高单位轧辊的轧制量。