轧辊表面激光强化技术在大型合金钢棒材连轧线的应用分析

王府宝

摘 要 本文介绍了轧辊表面激光强化技术在大型合金钢棒材连轧线的应用效果，分析了激光强化技术的强化机制，指出该技术在实际应用中的优势并对其不足之处进行了探讨。

关键词 轧辊；表面处理；激光合金化；应用

前言

河钢集团石钢公司大棒线是一条引进斯坦因、DANIELI、西门子等先进技术的特钢棒材连轧生产线，设计生产能力为50万吨/年，选用坯料为220×300、300×360、280×320 mm三种断面。主要产品为?45-185mm的圆钢及部分规格的方钢和扁钢，钢种主要为优质碳素结构钢、合金結构钢、轴承钢、弹簧钢、非调质钢、保淬透性钢等。为了提高现有轧辊的过钢量、耐磨性，降低轧辊消耗，对轧辊表面进行了激光强化处理，使轧槽表面具有良好的高温耐磨性和抗热疲劳性，提高轧槽使用寿命，降低了生产成本。

1 激光强化技术

激光技术是在20世纪60年代发展起来的一种高新技术，由于其自身的特性及其在表面强化处理方面的优势，20世纪70年代以后逐渐在金属设备表面强化处理方面得到广泛应用。通过激光与材料相互作用，对工件表面进行强化处理，硬度可以达到800～1 000 HV，在保证工件内部组织性能不变的情况下，有效地增强了工件的耐磨性能和使用性能[1]。

2 轧辊表面激光强化的应用

2.1 轧辊材质

河钢集团石钢公司大棒线1-6#轧机采用的轧辊规格为?900×1000mm，平立交替布置，其中1-3架次为箱型孔型系统，选用材质为合金铸钢轧辊，辊面硬度45-50HSD，由于基体中含有少量二次碳化物，因此与普通碳素钢轧辊耐磨性相比有很大提高，而且强度高、韧性好、咬人轧件的能力强，具有较好的耐磨性和抗热裂性，轧辊表面不易出现热裂纹，一般无剥落现象，缺点是硬度一般较铸铁辊低。

4-6架次为椭圆-圆孔型系统，轧辊材质选用为珠光体球墨铸铁，辊面硬度55-60HSD。珠光体球墨轧辊是在球墨铸铁中加入镍、铬、钼合金元素，经过特殊热处理得到珠光体球铁轧辊。珠光体球墨铸铁轧辊具有良好的强度、高温性能和抗事故性能，工作层硬度落差小。

2.2 轧辊激光强化处理及使用效果

该轧线轧辊激光强化处理主要是对轧槽表面进行处理，采用激光快速熔凝和纳米陶瓷（WC）合金化技术，即在轧槽表面涂敷一层合金化粉，激光高温使之熔化，然后依靠轧辊自身冷却快速凝固，最后获得具有较深硬化层的细密组织，增强轧槽表层的耐磨性和耐蚀性，使轧槽综合性能得到改善。最终在孔型表面形成肖氏硬度为HS70～75、深度为0.5～1.0mm的金属陶瓷合金层，使轧辊表面具有良好的高温耐磨性和抗热疲劳合金层，大大提高轧槽的使用寿命，降低生产成本，提高轧槽过钢量。表1为粗轧轧槽激光处理前后轧制吨位变化的对比。

从表1可以看出，各机架轧槽过钢量均提高了130%以上。下架后其表面龟裂明显少于以往未经激光合金化处理的轧辊，经孔型样板测量结果显示，未经激光处理的轧辊其磨损量为6～8mm，经激光处理后轧辊的磨损量为2～3mm，且减少了换辊次数，降低了轧机工装劳动强度，具有了较好地使用效果。

2.3 轧辊激光强化处理存在的问题

虽然轧槽经过激光强化处理后，耐磨性和过钢量均有大幅提高，但其在实际应用中还存在如下问题：

（1）轧槽表面质量下降。由于轧槽表面的面积一般都比较大，激光处理光斑尺寸有限，不能一次全部覆盖，只能采用逐段搭接处理的方法。在激光处理带搭接时，前一道已经处理硬化的部分受到第二道加热而产生回火软化，导致搭接带区域的硬度降低，在轧制过程中磨损要明显快于非搭接区域，容易在轧槽表面形成沟痕，严重影响轧槽表面质量及轧件表面质量，故目前只使用在对表面质量要求不高的粗轧机组，在对轧槽表面质量要求比较高的中、精轧机组还没有推广使用。

（2）轧槽激光表面掉块、脱落问题较严重。由于轧辊体积庞大，在激光处理冷却过程中，冷却速度较快，会在光斑周围形成极高的温度差，致使轧槽表层的残余应力非常突出，容易造成裂纹。在轧槽使用后期，裂纹延伸加剧，导致轧槽表面掉块、脱落的问题比较严重，造成轧件质量下降，而且在轧辊车削时重车量增大，增加了车削难度和轧辊消耗[2]。

3 结束语

（1）轧辊轧槽经激光表面强化处理后，使轧辊表面具有良好的高温耐磨性和抗热疲劳合金层，可明显提高轧槽的使用寿命，减少换辊次数，提高轧槽过钢量，是冶金企业降低轧辊成本的有效方法之一。

（2）由于存在轧槽表面质量下降、掉块、脱落等问题，影响轧辊使用范围及轧件表面质量，需要继续不断地研究激光处理的新工艺控制技术，解决激光表面质量问题，从而使该技术在更大范围内推广应用。

参考文献

[1] 臧辰峰，刘常升，张小彬，等.轧辊表面激光处理技术的研究进展[J].材料报导，2010，24（2）：6-8.

[2] 王长贵，李志远，黄安国.75CrMnMo铸钢轧辊激光熔凝强化的组织及性能分析[J].钢铁，2004，39（9）：61.