2 軋輥的修複方法

目前，在一般鋼鐵企業(ye) ，軋輥由於(yu) 磨損需要修複時，多采用車削或磨削方式修正輥型。這種方式對提高軋輥壽命意義(yi) 不大，隻是一種“補救措施。一般而言，硬度越高，耐磨性越好。但軋輥硬度、耐磨性提高的同時，會(hui) 導致韌性下降，具體(ti) 使用時應根據具體(ti) 軋輥的性能要求來確定所需得到的硬度值。采用軋輥表麵修複與(yu) 強化的熱處理技術來提高軋輥表麵硬度，減少軋輥使用的磨損量，已成為(wei) 延長軋輥壽命的一個(ge) 主要發展方向和途徑[9]。

2.1軋輥強化常用表麵改性技術

表麵改性技術主要指賦予材料（或零部件、元器件）表麵以特定的物理、化學性能的表麵工程技術。材料的表麵性能包括高強、高硬度、耐蝕性、導電性、磁性能、光敏、壓敏、氣敏特性等。

軋輥的表麵修複與(yu) 強化技術主要包括軋輥表麵的感應加熱淬火技術、堆焊技術、熱噴塗技術、熱噴焊技術、激光束表麵改性技術等，不僅(jin) 可以修複軋輥，而且可以提高軋輥的耐磨性，延長軋輥的使用壽命；保持最佳的輥徑，減少斷輥的可能性；降低輥耗、提高軋機作業(ye) 率、改善鋼材的表麵質量，具有明顯的經濟效益。

2.1.1感應加熱淬火技術

感應加熱淬火技術是指將工件置於(yu) 有足夠功率輸出的感應線圈中，在高頻交流磁場的作用下，工件表麵被迅速加熱到鋼的相變臨(lin) 界溫度之上後在冷卻介質中快速冷卻獲得馬氏體(ti) 。感應淬火技術是迄今為(wei) 止國內(nei) 外使用最為(wei) 普遍的表麵淬火技術。感應加熱以及冷處理技術於(yu) 20世紀50年代在軋輥製造中得到應用。葉為(wei) 德采用雙頻淬火工藝對材質為(wei) 86CrMoV7的鍛鋼處理後得到硬度為(wei) 92～94HSD[10]（約為(wei) 64～65HRC）。下田等對鍛鋼軋輥感應淬火後表麵硬度達到HS100以上[11]（約66HRC）。

由於(yu) 感應加熱局限於(yu) 表層一定深度內(nei) ；工藝設備的成本較高；不能保證所有淬火麵都能獲得均勻的表麵淬火層等使其發展受到一定限製。#p#分頁標題#e#

2.1.2堆焊技術

堆焊是在零件表麵熔覆上一層耐磨、耐蝕、耐熱等具有特殊性能合金層的技術。我國冶金行業(ye) 軋鋼設備中的軋輥采用堆焊技術修複後，堆焊層與(yu) 母材能實現冶金結合、堆焊獲得的表麵層厚度最大。采用堆焊方法修複舊軋輥和製造新輥已成為(wei) 我國軋鋼企業(ye) 降低成本提高效益的重要舉(ju) 措[12]。丁潔等對4Cr5MoSiV中合金耐熱鋼軋輥進行堆焊修複，堆焊層硬度達到46HRC [13]；聶斌英對ZUB1 40NCrMo半鋼熱軋輥進行堆焊修複，修複後軋輥的工作壽命與(yu) 新輥相當[14]。

堆焊修複技術雖然能保證軋輥耐磨性，結合強度較高（200Mpa左右），但工藝複雜；生產(chan) 率低；勞動條件差；硬度不太高；軋輥在堆焊時容易產(chan) 生氣孔、裂縫、夾渣、焊瘤和脫落；一般要求焊前預熱，層間保溫和焊後回火等，對於(yu) 軋輥這樣的大型零件不僅(jin) 惡化了勞動條件，而且還顯著提高工藝成本；同時，由於(yu) 堆焊需要將焊料做成焊條，限製了堆焊焊料的選擇，局限了堆焊技術的發展。

2.1.3熱噴塗技術

熱噴塗是采用熱源使塗層材料加熱熔化或半熔化，然後用高速氣體(ti) 使塗層材料分散細化並高速撞擊到基體(ti) 表麵形成塗層的工藝過程。熱噴塗技術處理軋輥基體(ti) 變形小，熱影響區淺；噴塗層硬度比堆焊要高（＞70 HRC），有報道記載采用火焰噴塗修複材料為(wei) 合金抗磨鑄鐵KmTBMn5W3的軋輥，耐磨性比電弧堆焊提高了3～4倍[15]。張枝捧等用氧乙炔火焰噴塗工藝修複失效的鋁板軋輥輥頸，軋輥材料為(wei) 9Cr2Mo[16] ； A.Nakajima等采用熱噴塗工藝在感應加熱淬火處理的碳鋼軋輥上噴塗WC-Cr-Ni金屬陶瓷，並研究了其耐磨性及抗剝落能力[17]。

該技術主要局限性是塗層與(yu) 基材結合強度較低（#p#分頁標題#e#25MPa左右或＞80MPa不等，結合機理主要是機械結合）；而且塗層存在孔隙；韌性差；且存在一些殘餘(yu) 應力；切削加工性較差。另外熱噴塗熱效率低；材料利用率低；在操作過程中存在一些危害因素，如燃爆危險、有害氣體(ti) 及粉塵、噪音及弧光、灼傷(shang) 及觸電危險等。

2.1.4 熱噴焊技術

熱噴焊技術是采用熱源使塗層材料在基體(ti) 表麵重新熔化或部分熔化，實現塗層與(yu) 基體(ti) 之間、塗層內(nei) 顆粒之間的冶金結合，消除孔隙。熱噴焊技術修複軋輥時熱噴焊層組織致密，冶金缺陷少，噴焊層與(yu) 基材為(wei) 冶金結合，結合強度高，一般是熱噴塗的10倍。蔣富惠等在軋輥表麵熱噴焊G112粉後，所得噴焊層硬度為(wei) 58～62HRC [18]。羅偉(wei) 中等在35CrNi3MoV鋼軋輥上等離子弧噴焊Ni35+WC粉末，噴焊層與(yu) 基體(ti) 結合良好，耐磨性好[19]。

該技術缺點是熱噴焊材料必須與(yu) 基材相匹配，噴焊材料和基材範圍比熱噴塗窄得多且熱噴焊工藝中基材的變形比熱噴塗大得多。

2.1.5激光束表麵改性技術

軋輥修複與(yu) 強化常用的激光束表麵改性技術包括激光淬火技術、激光表麵熔凝技術、激光表麵熔覆、激光表麵合金化。激光束表麵改性技術都存在基材對激光吸收率低，激光加工係統投資大的問題，但相對於(yu) 其它修複方法，從(cong) 修複後軋輥使用壽命、軋材質量、環保等角度考慮激光束表麵改性技術還是擁有廣泛的市場前景的。

激光淬火技術：是利用激光束照射到鋼鐵材料的表麵，使其溫度迅速升高到相變點以上，當激光移開後，表層通過內(nei) 層材料的導熱作用快速冷卻到馬氏體(ti) 相變點以下，獲得淬硬層。激光淬火技術是最成熟、應用最廣泛的激光表麵處理技術[20]。其修複軋輥時，加熱速度快、淬火硬度高、工件變形小（為(wei) 高頻淬火的1/3～1/10[21]）、後道工序工作量小、無氧化、無汙染。用激光表麵淬火技術對70Mn2Mo鑄鋼進行固態相變硬化處理，硬度可達65HRC，硬化層深#p#分頁標題#e#0.6mm[22]。

由於(yu) 激光淬火後的淬硬層深一般都不超過1mm使其難以滿足軋輥承受很大的接觸負荷及冷熱疲勞交變載荷對表麵淬硬層的嚴(yan) 格要求，且光斑功率不均勻使淬火質量有明顯波動，給製定工藝帶來極大不便等方麵影響其應用。

激光表麵熔凝技術：用激光束將基材表麵加熱到熔化溫度以上，熔化層表麵在激光束移開以後由於(yu) 基材內(nei) 部導熱而快速冷卻並凝固結晶。激光熔凝技術處理軋輥，熔凝層比激光淬火層的總硬化層深度要深，硬度要高。對鑄鋼軋輥進行激光表麵熔凝處理後最高峰值硬度可達700HV0.2以上[23]，約為(wei) 60～61HRC。 NiCrMo半冷硬鑄鐵軋輥激光相變硬化後硬度達到65HRC，經激光熔凝處理後硬度達到70HRC[24]。

激光表麵熔覆：采用激光加熱將預先塗覆在材料表麵的塗層與(yu) 基體(ti) 表麵一起熔化後迅速凝固，得到成分與(yu) 塗層基本一致的熔覆層。激光表麵熔覆由於(yu) 輸入熱量少，工件變形小，可以改善整體(ti) 鑄造粗糙度等優(you) 點在軋輥方麵得到廣泛應用。在AISI1045鋼軋輥上激光熔覆CPM10和CPM15粉末，CPM10塗層硬度達到650HV[25]，在57～58HRC之間；李勝等利用自製Fe2合金粉末修複一支大型德國製造的軋輥[26]。有實驗表明[27]：按磨損量計算，白口鑄鐵熱軋輥激光熔凝後，壽命比原來提高15.6%～#p#分頁標題#e#23.4%；經激光熔覆後，壽命提高了28.7%～37.4%。

激光表麵合金化:用激光將合金化粉末和基材一起熔化後迅速凝固，在表麵獲得合金層。它相對於(yu) 激光熔覆的優(you) 點是它可以在廉價(jia) 基材表麵獲得與(yu) 基材本身差別很大的具有良好表麵性能的新合金層。從(cong) 而增加工件的使用壽命並降低材料損耗。由於(yu) 合金元素完全溶解於(yu) 表層內(nei) ，獲得的改性層成分很均勻，對皸裂和剝落等傾(qing) 向不敏感[28]。激光表麵合金化處理軋輥時具有能量作用集中，熱影響區小，覆層組織細小，結構致密，氣孔率低而且容易實現自動化生產(chan) 線，沒有化學汙染、無輻射等優(you) 點。另外，合金化元素添加方式很多，工藝方式靈活，既可以是基材中固熔添加的硬質點，也可以是原位生成的，使得激光合金化技術更具有優(you) 勢。某熱軋輥進行激光表麵合金化處理後，其使用壽命提高近一倍。藺榮岩等人在45鋼軋輥表麵預塗Cr-Ni-W-Co合金粉末後進行激光表麵合金化處理，處理後硬度達到720HK[29]，約為(wei) 59～60HRC；在常用於(yu) 軋輥材料的鑄鐵基體(ti) 上進行合金化層為(wei) 富铌合金的激光表麵合金化處理後，硬度為(wei) 1100～1600HV[30]（約為(wei) 70～77HRC）。作為(wei) 軋輥材料的球墨鑄鐵經激光束合金化純銅粉末後大大提高抗蝕性能，延長鑄鐵使用壽命[31]。

    由上綜合考慮生產(chan) 成本、效率、處理後軋輥質量、環保等因素，可見，激光表麵合金化修複失效軋輥是很有潛力的表麵熱處理方法。