轨梁轧辊表面激光熔覆改性技术(2)

除去粘钢因素外，轧制过程中造成轧辊磨损还有摩擦磨损和疲劳应力两大因素。通过对实际磨损现象的分析，造成铸钢BD1 轧辊孔型表面磨损的主要因素是粘钢突起物在滑差推力作用下造成犁沟磨损，仅作用在滑差大、轧制压力大的立面中间部位，此部位同时还伴有疲劳裂纹。图1b 为立面粘钢和犁沟磨损的混合体，犁刃主要是粘着突起物，在滑差和正压力作用下被轧材推移开生成部位，一端嵌入高温轧材，另一端“犁入”轧辊表层，随着轧材和轧辊的相对运动轨迹旋出，经过多次重复，轧辊孔型立面被严重破坏，形成粘钢与犁沟共同的破坏方式。图1c 为与粘钢、犁沟共生的疲劳裂纹，由于立面的提前失效，其他部位还没有达到疲劳极限，且犁沟可起到强力加工硬化作用，所以疲劳裂纹在粘钢、犁沟磨损最严重的部位首先产生。

通过以上分析，可以得出如下结论：（1）60CrNiMo 作为BD1 轧辊材质，可承受复杂孔型下轧制力、咬钢时的冲击力等均衡载荷和突发载荷的作用，扁头、辊颈和辊身孔型内各部位的抗拉强度设计是合理的；（2）该材质的抗粘钢性能极差；（3）该材质的耐磨性较低；（4）因孔型形状的原因，孔型磨损后，尤其是立面磨损后，一次车修量大，轧辊服役周期仅有5～7 次。改变轨梁BD1 轧辊表面材料、克服粘钢现象、提高耐磨性，实现孔型磨损的可修复性，是提高轧辊使用寿命的关键。

2 表面改性方法的选择

2.1 改进方向

根据第1 节的结论，需要对BD1 辊孔型表面通过某种方法进行改性，这就涉及到两方面的问题：改性材料的选择和改性方法的选择。

改性材料应具备的物理化学特征：应与高温奥氏体有明显区别的金相组织，以确保消除粘钢现象；应有足够高的高温耐磨性，以克服轧制过程中的磨损，尤其是犁沟磨损；应能在磨损部位增材，实现孔型磨损的可修复性。材料固有的线性热膨胀系数（以下简称线胀系数）与轧辊母材相近，以避免轧制冷热循环作用下造成增材与母材因膨胀错位而造成脱落。

改性方法应具有如下优势：应能实现改性材料与轧辊母材的良好冶金结合；应能方便地控制增材厚度；具有工艺可操作性；具有合理的工艺成本；安全、环保。

2.2 改性材料的选择方向

从线胀系数考虑，应选用黑色金属类的材料（各种物料的线胀系数可以自公共资源查阅，不再说明）。目前通用的黑色金属类耐磨材料主要有三大类：合金铸钢系 列、合金冷硬铸铁系列和硬质合金（含金属陶瓷）系列。

依据本文2.1 节的要求，三类材料的物理化学性能对比见表3，比较表中材料对要求的适应性，选择Ⅱ类合金铸钢作为熔覆材料的成分设计范围。

表3 不同黑色金属类耐磨材料的性能对比Tab.3 Performance comparison of different wear-resistant ferrous metal materialsAbrasive resistance Welding performance Expansion coefficient HS≥(45+15)HSD w(C)%≤0.6 Close to 10～12 45～60 1.4～2.0 10～12 78～85 0.8～1.4 10～11 65～78 3.0～3.3 9～10 55～70 0.4～0.8 10～12 75～88 3.0～3.3 9～10 ≥90 2.5～3.5 ≥85 4～5.5

2.3 工艺方法的比较与选择

目前，比较通用的金属材料表面增强、增材方法主要有：电镀、电刷镀、表面渗碳（渗氮）处理、超 音速喷涂、堆焊、激光合金化、激光熔覆等。按2.1节的要求，这些方法的适用性对比见表4，比较表4中方法对要求的适应性，选择激光熔覆作为BD1 辊孔型表面改性的工艺方法。

表4 金属材料表面增强、增材方法的适用性对比Tab.4 Comparison of applicability of surface strengthening and additive methods for metallic materialsItem Metallurgical combination Additive methods Operability Process cost Environmental protection Requirement Description Combination of the additive and the base material The thickness of additive is between 0.2～2.5 mm Electroplate Short-range intermolecular forces The equipment and operation facilitate the realization of industrial modification the level of the cost Major types and degrees of pollution≤0.1 mm Poor manoeuvrability Slightly higher Severe water pollution≤0.2 mm Simple operation Slightly lower Slight dust pollution in small areas Surface carburizing Brushing electroplating Short-range intermolecular forces Carbon immersion: 0.1～3 mm No addition Simple operation Low Slight smoke pollution Process characteristics Slightly higher Severe dust pollution,operating in isolation room Overlaying Molten combination 2～20 mm Complicated operation relatively Supersonic spray Long-range intermolecular forces+slight melt ≤0.5 mm Complicated operation High Smoke pollution, slight dust pollution Laser alloying Molten combination 0.05～0.3 mm Simple operation Slightly higher Slight dust pollution Laser cladding Molten combination 0.2～3 mm Complicated operation relatively Relatively higher Slight dust pollution

文章来源：《中国表面工程》 网址: http://www.zgbmgc.cn/qikandaodu/2021/0708/647.html