型钢精轧辊孔型表面合金超音速喷涂强化方法的应用

陈克英 张陈

【摘 要】超音速喷涂强化方法是在型钢精轧辊孔型表面合金上应用的新型技术之一，此项技术属于材料强化技术领域，此项技术的问世极大地促进我国金属表面喷涂技术的发展。轧辊是轧机的重要部件，其质量高低直接关系到型钢的质量。但是轧辊易受到油污和铁锈的侵蚀，影响寿命。本文注重突出钢精轧辊孔型表面合金超音速喷涂强化方法，展现其工艺流程。

【关键词】型钢 喷涂 金属表面

超音速喷涂强化方法主要应用纳米级碳化物合金粉末，其中主要的材料有四种：即5-10%镍铝粉末、50-60%钴碳化钨合金粉末、5-10%铬钼锰复合粉末和10-20%硼钨复合粉末。

1 传统的轧辊孔型表面强化方法及其特点

轧辊是轧机的重要部件，也是轧制生产中的主要消耗备件之一，对型钢的质量起着关键性作用。轧辊的工作条件十分恶劣，且由于轧辊孔型径向方向上线速度不相同，型钢与轧辊之间产生相对滑动，出现搓钢现象，加剧轧辊磨损，加之成品辊孔型过渡圆弧处容易出现应力集中，轧辊局部造成破损，型钢在轧制生产过程中会出现表面划伤、积瘤、边厚差等问题，造成型钢表面质量差，难以交付使用，轧辊在线使用时间短、寿命短，因此需要提高轧辊孔型表面的硬度和减少局部应力破损，从而延长轧辊的使用寿命。[1]目前轧辊孔型表面强化方法有激光表面淬火、表面电火花强化、表面中频淬火、激光熔覆合金层和等离子熔覆合金层等。

1.1 金属轧辊表面电火花强化方法

以铸钢轧辊为沉积对象，选用陶瓷硬质合金WC-Co电极在氩气保护气氛下进行沉积处理，其工艺参数为：输出功率为500-4000W，输出电压为60-180V，放电频率为1000-2000HZ，沉积速率为1-5min/cm，保护气体氩气流量设定在5-15L/min。存在的主要问题是：（1）电火花设备投资大，维护费用高；（2）对设备的精度要求高且合金层厚薄不一，合金层的耐磨性能差，效果并不理想，且无法用在孔型过渡圆弧处，进而无法消除圆弧处的应力，加快轧辊孔型磨损，使用寿命短。

1.2 型材轧制轧辊激光表面强化工艺

该工艺的步骤顺序：轧辊车削加工，探伤检验，表面预处理，激光强化处理；用车削加工清除轧辊表面疲劳层后，将探伤检验合格的轧辊装入激光加工机床，用喷枪将吸光材料均匀地喷涂在轧辊辊身需处理部位，以致将待处理部位完全致密覆盖，待吸光材料干燥后选择激光强化参数进行强化处理。存在的主要问题是：1）所需的大型激光设备投资大，维护费用高；轧辊预处理要求较为严格，操作过程繁琐，劳动强度大；2）吸光材料的耐磨性能差，使用寿命短，且无法用在孔型过渡圆弧处，进而无法消除圆弧处的应力。[2]

2 型钢精轧辊孔型表面合金超音速喷涂强化工艺特点

为了克服现有技术的缺陷，研究人员提供一种型钢精轧辊孔型表面合金超音速喷涂强化方法，采用常规喷涂设备，生产投资少，消除孔型圆弧处的应力集中，提高轧辊的表面耐磨性，提高轧辊的过钢吨位，延长轧辊的有效使用寿命。型钢精轧辊孔型表面合金超音速喷涂强化方法，选用纳米级碳化物合金粉末。与传统的技术相比，优点是步骤衔接有序，简便易于操作；该方法采用合金超音速喷涂强化，使得轧辊孔型表面耐高温、耐磨性提高，轧辊在线时间显著延长，过钢量提高1倍以上，轧辊磨损小，重复使用次数较之前提高2倍以上，轧辊寿命延长2倍以上，型钢质量大大提高，合格率提高10%以上。

3 型钢精轧辊孔型表面合金超音速喷涂强化方法的工序流程

3.1 表面预处理

型钢精轧辊孔型的表面要保持干净平整，这样可以有效地提高喷涂效果。预处理的主要步骤有：（1）对于表面存在疲劳层型钢精轧辊孔型，以及局部存在严重拉伤沟痕的型钢精轧辊孔型，必要时候需要进行车削处理，这是为后期的热喷涂提供足够的空间；（2）需要清除金属物品表面的油污和油漆等附着物，保持需要喷涂金属的洁净性，通常情况下，可以用溶剂清洗剂除去油污，在油污渗入金属体之后，可以用火焰加热的方法加以去除，另外，若是金属表面存在铁锈，需要利用酸浸、机械打磨的方法进行去除；（3）采用车削、磨削或配合方法去除轧辊表面磨损层，使轧辊基体表面的粗糙度控制在RA0.3至RA3.0之间，然后喷砂处理。

3.2 金属表面喷涂

（1）在一般情况下，基于成本的考虑采用常规的喷涂设备，选用经过合理数量配置的纳米级碳化物合金粉末，这类粉末中大多有镍铝粉末、铬钼锰复合粉末和硼钨复合粉末，根据需求和金属属性的不同进行配置，在喷涂的过程中，第一步是在型钢精轧辊上打底，大约需要铺镍铝0.03毫米的粉末，粉末分布均匀无死角；第二步将其他的几种粉末按照一定比例融合后，用工具均匀的喷涂到轧辊表面，其厚度约为0.1-0.2毫米，对于喷枪的高度也有一定的限制，通常情况下喷枪与轧辊的距离为10-15厘米，喷枪与喷涂表面的夹角不能过大，一般要小于89度。[3]喷涂后，轧辊孔型表面得到强化，这主要是合金粉末的原因，使得金属件更加耐磨、耐高温，另外，还起到了一定的润滑效果，极大地提高了型钢的质量；（2）在喷涂这一环节结束后，需要置放在在空气中进行冷却，直至与室温平衡，才能进行下一个环节。

3.3 喷涂后处理

（1）为了使得轧辊处理更加完善，需要用封孔剂热喷涂涂层表面，填补其表面存在的空隙和凹处；（2）将热喷涂后的轧辊要在阴凉处凉置2小时左右，待其冷却后，在将其放入加热炉内进行固化加热，其炉中温度需要保持在130度左右，随后在进行常温冷却。

4 结语

经过实验发现：型钢精轧辊表面合金超音速喷涂强化方法处理过的型钢精轧辊与未经此方法处理的型钢精轧辊进行对比，改进后的轧辊轧制钢吨位平均提高了1.8倍，轧辊的使用寿命得到大大的延长，轧辊使用寿命提高1倍以上。

参考文献：

[1] 岳佳锜.铁基轧辊表面等离子喷涂涂层组织与性能的研究[D].江苏科技大学，2012.

[2] 柳祖林.为冶金零部件穿上延寿“防护服”[N].中国冶金报，2014-12-11007.

[3] 柳祖林.用硬面技术为冶金备件“延寿降本”[N].中国冶金报，2012-10-18B03.

作者简介：陈克英（1955—），女，安徽马鞍山人，本科，马鞍山市恒意机械有限公司董事长，研究方向：冶金设备再制造技术的研究。