铸钢轧辊表面处理技术

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　　摘要：本文重点介绍了数控激光加工机对铸钢轧辊的处理的工艺及其在对激光加工轧辊后的性能改善情况.分析了激光相变硬化在轧辊上的应用及其轧辊表面改善性能的结果.在生产实践中有其积极的意义.
　　关键词：激光；相变硬化；摩擦学
　　轧辊是轧钢生产线上的重要部件，在轧钢的生产过程中轧辊与坯材的摩擦频繁，且轧制力大使轧辊的磨损严重，为了提高其耐磨性我们应用了激光相变硬化技术对轧辊进行了表面硬化处理.经生产实践取得了良好的效果.本文介绍了铸钢轧辊激光淬火的优化工艺及其耐磨性能的影响.
　　一 工艺处理原因
　　轧辊采用离心复合铸造技术生产，外圈为高碳半钢，内环为石墨钢。经过切取金相试样分析，发现其常规组织一般为贝式体或贝式体与珠光体的混合，也会含有少量马式体和残余奥式体。辊环外圆表面与侧壁表面的硬度在HRC38-42的硬度范围内。根据不同轧制规格的轧辊的不同轧辊的过钢量也不近相同。其判断依据是轧辊工作面的磨损量，磨损量到达一定程度就必须下线修复。因此在现工况条件下增强其耐磨性改善摩擦性能轧制量就会提高。即延长单支轧辊的使用寿命。
　　二.工艺处理技术方法
　　2.1 激光处理工艺
　　先将能有效提高轧辊对光吸收率和有效降低材料对激光反射的黑色涂料荼在轧辊表面后以很高的激光功率密度，在极短的时间内（10-8～10-12s）与金属交互作用，随后借助于冷态轧辊基体热传导作用的使已融化的极薄轧辊表层金属快速凝固。得到的铸态组织硬度高通常能达到HRC 60-70 且耐磨性极高。可获得及细的硬化层组织。从而提高了轧辊的耐磨性与使用寿命。
　　2.2激光淬火的原理
　　激光相变就是将规律的强激光束照射到工件表面，迅速将工件表面温度提高到奥氏体转变温度以上，熔点以下的范围之内，通过激光束的快速移动，被加热的部位与工件内部进行快速的热交换，使工件表面的冷却速度极快来实现马氏体的转化，得到极细的马氏体结构组织.
　　2.3轧辊待处理部位的选择
　　激光加工是一种柔性加工。所谓柔性加工就是局部强化。部位差异强化。经过对轧辊的磨损测量发现发现水平辊环的外圆工作面磨损轻微，而侧壁磨损严重。所以说侧壁工作部位是应重点加强的。
　　2.4工艺参数的确定
　　激光参数的选择
　　工艺试验及快速磨损试验证明，激光功率、离焦量、扫描速率和激光热处理面积比是影响激光热处理淬硬层深度、宽度、硬度、金相组织、及耐磨性的主要工艺参数。因此合理的参数选定对处理效果有着及其重要的作用。
　　三.轧辊硬化处理效果
　　3.1宏观外貌
　　处理过的侧壁表面粗糙。表面发生熔凝粗糙度大。经打磨后测定其硬度均大幅提高
　　3.2经淬火后显微组织特点
　　石墨在激光照射后溶入铁素体并转变为莱氏体和马氏体。经激光相变硬化后的轧辊激光相变区的晶粒由原来的8级提高到12级，残留奥氏体量较常规淬火有明显减少，约10%～15%，相变区的马氏体为针状马氏体和板条马氏体的混合组织。快速加热和快速冷却的工艺环境下形成的奥氏体晶粒没有孕育长大机会。弥散的奥氏体晶粒形成弥散的马氏体相或贝氏体相，使马氏体或贝氏体具有晶格强化的同时具有弥散强化效果。在激冷条件下形成的马氏体晶格，比常规淬火有更高的缺陷密度，残余奥氏体也获得极高地位错密度，从而使金属材料具有畸变强化效果，强度大大提高。
　　3.3淬火组织的耐磨
　　需要指出的是硬度≠耐磨性 这是人们在长期的生产实践中形成的误区。硬度是材质的机械性能耐磨性是其摩擦学特性。激光表面强化的一个主要目的是提高材料的耐磨性，但是，人们对耐磨性的认识却存在较大的误会。硬度与耐磨性有正相关的技术指标，但是材料的耐磨性能不完全由硬度决定，而是由硬度、强度，以及耐磨相的性质共同决定的。激光强化有特殊意义的是弥散强化，激光淬火比传统整体淬火使材料更加耐磨，这不是硬度的功劳，而主要是弥散强化的功劳。也就是说，弥散强化能提高材料的耐磨性。激光淬火过程发生的组织转变，马氏体的比容最大，珠光体处之，奥氏体最小，这一比容差别造成表面淬火层呈压应力状态.使得激光淬火后无需回火而不产生裂纹，且更加抗疲劳更加耐磨。
　　3.4生产使用效果
　　经激光淬火后的轧辊耐磨性大为增强。激光淬火可提高鋼质轧辊使用寿命70～120%，提高半钢轧辊使用寿命40～60%。现场利用6000W激光器对一对轧辊进行了激光处理并上线使用。与未做处理的轧辊比较轧钢量大幅提高。下线后发现经激光处理后的轧辊辊面能有效抑制粘钢现象。
　　四. 不足及改进
　　现在运用激光对开坯轧辊进行硬化处理已在中型厂的中型线与大型线得到应用并取得良好的效果。但在对轧辊进行激光加工的过程中也存在着一些不足。由于激光淬火是一项新兴的技术，数控激光加工机又是一个光机电一体的设备维护难度大且复杂。这就要求操作人员要学透学精。尽快掌握工艺技术。在处理中要注意激光的反射。激光就是一种光它具有光的性质且能量较大操作人员如站位不当及易对自身健康造成伤害。还容易烧毁设备，引起火灾，因此在激光的照射角度上应充分考虑，选择最好角度进行处理。还应作好必要的防护措施。
　　五.结论
　　轧辊经激光处理后使用性能及寿命大幅的提高，有效的降低了工作面的磨损。以及良好的控制了成本。处理后的轧辊使用性能提到，对轧钢企业还是有着很现实的意义的。实践证明使用能聚焦出更强功率密度的窄带镜头更有利于轧辊的处理。经研究表明在轧辊的处理中激光功率、光斑尺寸和扫描速度三者之间是可以相互补偿的，经调整可以得到相近的结果。此工艺方法也可应用于其他柱状工件。总之激光加工处理是一项新技术并在现代冶金企业中发挥着积极重要的作用。
　　参考文献
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　　（作者单位：山钢股份莱芜分公司型钢厂）
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