冶金軋輥表面激光強(qiáng)化技術(shù)及其應(yīng)用

1、一、熱軋輥激光強(qiáng)化典型案例分析鞍鋼大型廠BD2軋輥激光表面強(qiáng)化BD2軋輥的使用工況和主要失效方式激光強(qiáng)化處理方案激光合金化層金相組織及顯微硬度軋輥激光強(qiáng)化處理后上機(jī)軋制效果結(jié)果分析與討論二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用什么是好軋輥？什么是好軋輥？ 好的軋輥要求在輥身有高的強(qiáng)度的同時(shí)，軋輥工作面有良好的耐磨性能和抗好的軋輥要求在輥身有高的強(qiáng)度的同時(shí)，軋輥工作面有良好的耐磨性能和抗熱疲勞開裂和剝落性能，以保證軋輥工作時(shí)既不發(fā)生斷輥失效，又不發(fā)生顯著的熱疲勞開裂和剝落性能，以保證軋輥工作時(shí)既不發(fā)生斷輥失效，又不發(fā)生顯著的熱裂和磨損，確保軋輥長(zhǎng)的工作壽命和換輥時(shí)間。熱裂和磨損，確保軋輥長(zhǎng)的工作壽命和換

2、輥時(shí)間。 上述要求一直是軋輥制造和軋輥使用長(zhǎng)期不懈追求的目標(biāo)。通過軋輥化學(xué)成上述要求一直是軋輥制造和軋輥使用長(zhǎng)期不懈追求的目標(biāo)。通過軋輥化學(xué)成分及制造工藝的改進(jìn)、采用復(fù)合澆鑄技術(shù)、機(jī)械復(fù)合高速鋼及硬質(zhì)合金等方法，分及制造工藝的改進(jìn)、采用復(fù)合澆鑄技術(shù)、機(jī)械復(fù)合高速鋼及硬質(zhì)合金等方法，可以在一定程度上改進(jìn)軋輥使用性能，但是仍然不能徹底解決上述相互矛盾的性可以在一定程度上改進(jìn)軋輥使用性能，但是仍然不能徹底解決上述相互矛盾的性能要求所帶來的問題。能要求所帶來的問題。 采用熱軋輥表面激光強(qiáng)化技術(shù)，在具有高強(qiáng)度的軋輥基材表面進(jìn)行激光強(qiáng)化，采用熱軋輥表面激光強(qiáng)化技術(shù)，在具有高強(qiáng)度的軋輥基材表面進(jìn)行激光強(qiáng)化，

3、基材具有優(yōu)良的抗沖、抗壓、抗斷裂和抗熱裂、剝落的能力，軋輥表面具有優(yōu)異基材具有優(yōu)良的抗沖、抗壓、抗斷裂和抗熱裂、剝落的能力，軋輥表面具有優(yōu)異的耐磨性能，可以很好地解決上述矛盾和問題。下面結(jié)合鞍鋼大型廠的耐磨性能，可以很好地解決上述矛盾和問題。下面結(jié)合鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光軋輥激光表面強(qiáng)化的案例，分析和介紹激光表面強(qiáng)化技術(shù)如何有效解決上述問題并達(dá)到真表面強(qiáng)化的案例，分析和介紹激光表面強(qiáng)化技術(shù)如何有效解決上述問題并達(dá)到真正意義上好軋輥的技術(shù)性能。正意義上好軋輥的技術(shù)性能。一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化（一）（一）BD2BD2軋輥的使用工況和主要失效

4、方式軋輥的使用工況和主要失效方式 BD2BD2輥承擔(dān)著開坯的艱巨任務(wù)，工作條件惡劣。坯料經(jīng)加熱爐加熱后輥承擔(dān)著開坯的艱巨任務(wù)，工作條件惡劣。坯料經(jīng)加熱爐加熱后進(jìn)入開坯機(jī)架，軋制溫度高，變形量大，軋制壓力大，且采用閉口孔型軋進(jìn)入開坯機(jī)架，軋制溫度高，變形量大，軋制壓力大，且采用閉口孔型軋制，軋槽加工較深，要求軋輥具有較高的強(qiáng)度和抗熱疲勞性能；尤其可逆制，軋槽加工較深，要求軋輥具有較高的強(qiáng)度和抗熱疲勞性能；尤其可逆式軋制，坯料對(duì)軋輥沖擊較大，對(duì)軋輥的抗事故性能要求提高；鞍鋼大型式軋制，坯料對(duì)軋輥沖擊較大，對(duì)軋輥的抗事故性能要求提高；鞍鋼大型BD2BD2軋輥采用粗加工預(yù)開孔型后進(jìn)行最終熱處理，使孔槽

5、側(cè)壁和槽底部都軋輥采用粗加工預(yù)開孔型后進(jìn)行最終熱處理，使孔槽側(cè)壁和槽底部都能獲得一定深度的均勻硬化層，特別是減少側(cè)壁磨損程度，以提高軋輥壽能獲得一定深度的均勻硬化層，特別是減少側(cè)壁磨損程度，以提高軋輥壽命。命。一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化1.1.材質(zhì)：球墨鑄鐵材質(zhì)：球墨鑄鐵2.2.工作溫度：工作溫度：1000-10501000-10503.3.輥重：毛坯輥重：毛坯27T27T，開完孔型，開完孔型20T20T左右左右4.4.軋輥架次：重軌萬(wàn)能軋開坯第二架軋輥架次：重軌萬(wàn)能軋開坯第二架5.5.軋輥型號(hào)：軋輥型號(hào)：11001100224022406.6.軋

6、輥硬度情況：軋輥硬度情況：輥面硬度輥面硬度HRC40.941.036.8槽底硬度槽底硬度HRC35.230.230.67.7.軋輥材質(zhì)（化學(xué)成分軋輥材質(zhì)（化學(xué)成分% %）CSiPSNiCrMoMgMn2.91.50=1.50=0.403.62.300.100.052.500.501.000.401.008.8.軋制品種及材質(zhì)：軋制品種及材質(zhì)：350KM350KM高鐵重軌，高鐵重軌，U75VU75V，U71MnU71Mn一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化 鞍鋼大型鞍鋼大型BD2BD2軋輥采用球墨鑄鐵，軋制品種為時(shí)速軋輥采用球墨鑄鐵，軋制品種為時(shí)速350KM3

7、50KM高速鐵路重軌，由于鋼高速鐵路重軌，由于鋼軌要求高，廠方采取提高軋制標(biāo)準(zhǔn)，增加輥耗，減低過鋼量的辦法，目前過鋼量軌要求高，廠方采取提高軋制標(biāo)準(zhǔn)，增加輥耗，減低過鋼量的辦法，目前過鋼量為為3000-5000T/3000-5000T/次，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏，輥耗也高?，F(xiàn)廠方需求在保證產(chǎn)品質(zhì)量次，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏，輥耗也高?，F(xiàn)廠方需求在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下提高過鋼量，重點(diǎn)是改善起前提下提高過鋼量，重點(diǎn)是改善起“檁子檁子”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化 由于上述惡劣的工作條件，由于上述惡劣的工作條件， BD2BD2軋輥在使用軋輥在使用過程中主要的

8、失效方式有：過程中主要的失效方式有：A.A.局部磨損導(dǎo)致孔形的失效局部磨損導(dǎo)致孔形的失效B.B.局部起局部起“檁子檁子” ” 影響軋材質(zhì)量影響軋材質(zhì)量C.C.局部熱裂紋影響軋輥的使用壽命局部熱裂紋影響軋輥的使用壽命局部磨損局部磨損熱裂紋熱裂紋“檁子檁子”一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化（二）激光強(qiáng)化處理方案（二）激光強(qiáng)化處理方案 針對(duì)軋輥不同孔型、孔型不同部位的上述失效方式，針對(duì)性地分別采針對(duì)軋輥不同孔型、孔型不同部位的上述失效方式，針對(duì)性地分別采用激光固態(tài)淬火、激光熔凝淬火、激光合金化、激光熔覆四種表面強(qiáng)化技用激光固態(tài)淬火、激光熔凝淬火、激光合金化、激

9、光熔覆四種表面強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行激光強(qiáng)化處理，對(duì)不磨損或熱磨損不嚴(yán)重的部位不予處理或視磨損術(shù)進(jìn)行激光強(qiáng)化處理，對(duì)不磨損或熱磨損不嚴(yán)重的部位不予處理或視磨損嚴(yán)重程度進(jìn)行固態(tài)淬火或熔凝淬火，對(duì)磨損較嚴(yán)重而不產(chǎn)生嚴(yán)重程度進(jìn)行固態(tài)淬火或熔凝淬火，對(duì)磨損較嚴(yán)重而不產(chǎn)生“檁子檁子”的部的部位進(jìn)行激光合金化，對(duì)磨損嚴(yán)重且產(chǎn)生明顯位進(jìn)行激光合金化，對(duì)磨損嚴(yán)重且產(chǎn)生明顯“檁子檁子”和熱裂的部位激光熔和熱裂的部位激光熔覆具有良好高溫強(qiáng)度和抗熱蠕變性能的鎳基和鈷基高溫合金，使各孔型和覆具有良好高溫強(qiáng)度和抗熱蠕變性能的鎳基和鈷基高溫合金，使各孔型和部位的耐磨性能、抗熱裂性能和抗起部位的耐磨性能、抗熱裂性能和抗起“檁子檁子”

10、性能達(dá)到最優(yōu)匹配，以顯著性能達(dá)到最優(yōu)匹配，以顯著提高軋輥重車軋制量和換輥時(shí)間，顯著降低軋輥消耗。提高軋輥重車軋制量和換輥時(shí)間，顯著降低軋輥消耗。一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化熔凝熔凝合金化合金化熔覆熔覆一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化（三）激光合金化層金相組織及顯微硬度（三）激光合金化層金相組織及顯微硬度 合金化層為碳化物合金化層為碳化物+共晶萊氏體共晶萊氏體 萊氏體上分布大量的彌散碳化物顆粒萊氏體上分布大量的彌散碳化物顆粒 020040060080010001200140016000.050.150.250.3

11、50.450.550.650.8距表面距離/mm硬度/HVHV一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化第二槽第二槽 鋼坯經(jīng)鋼坯經(jīng)90翻鋼進(jìn)入翻鋼進(jìn)入2孔軋制此時(shí)表現(xiàn)為孔軋制此時(shí)表現(xiàn)為3處受力嚴(yán)重，處受力嚴(yán)重，2處次之，在處次之，在2和和3交交接圓角接圓角R處整個(gè)斜面有較嚴(yán)重起處整個(gè)斜面有較嚴(yán)重起“檁子檁子”現(xiàn)象，棱高約現(xiàn)象，棱高約23mm，且隨著重車次，且隨著重車次數(shù)的增越來越嚴(yán)重，此處在軋制時(shí)有較嚴(yán)重沖擊。上圖是末次軋輥經(jīng)上機(jī)后磨損數(shù)的增越來越嚴(yán)重，此處在軋制時(shí)有較嚴(yán)重沖擊。上圖是末次軋輥經(jīng)上機(jī)后磨損情況。情況。1處和處和2處表現(xiàn)為磨損，處表現(xiàn)為磨損， 3處起

12、處起“檁子檁子”現(xiàn)象嚴(yán)重?，F(xiàn)象嚴(yán)重。起檁子起檁子磨損磨損（四）軋輥激光強(qiáng)化處理后上機(jī)軋制效果（四）軋輥激光強(qiáng)化處理后上機(jī)軋制效果 未經(jīng)激光處理的軋輥正常軋制未經(jīng)激光處理的軋輥正常軋制3000-5000T后，由于磨損和起后，由于磨損和起“檁子檁子”換輥，換輥，而經(jīng)激光處理后的軋輥軋制而經(jīng)激光處理后的軋輥軋制11000T后換輥，而且磨損和起后換輥，而且磨損和起“檁子檁子”現(xiàn)象得到明顯現(xiàn)象得到明顯改善。改善。一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化激光前激光前1區(qū)起區(qū)起“檁子檁子”現(xiàn)象嚴(yán)重，現(xiàn)象嚴(yán)重，2區(qū)有磨損區(qū)有磨損軋輥經(jīng)激光后，起軋輥經(jīng)激光后，起“檁子檁子”現(xiàn)象得

13、現(xiàn)象得到改善到改善,2區(qū)磨損也得到改善，激光區(qū)磨損也得到改善，激光層仍可見層仍可見1212一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化第三槽第三槽3 3孔磨損以孔磨損以2 2處（凸臺(tái)）磨損較重，且有較大的軸向裂紋處（凸臺(tái)）磨損較重，且有較大的軸向裂紋和嚴(yán)重起和嚴(yán)重起“檁子檁子”現(xiàn)象；兩側(cè)壁（現(xiàn)象；兩側(cè)壁（1 1、3 3）處起）處起“檁子檁子”現(xiàn)象不明顯現(xiàn)象不明顯。一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化12未激光處理軋輥未激光處理軋輥激光處理后軋輥激光處理后軋輥經(jīng)圖片可明顯看出，經(jīng)圖片可明顯看出，1 1區(qū)磨損與區(qū)磨損與2 2區(qū)起區(qū)起“

14、檁子檁子”現(xiàn)象得到明顯改善?，F(xiàn)象得到明顯改善。21 1一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化第四槽第四槽4 4孔的軋制力較大為孔的軋制力較大為1 1孔的孔的1.61.6倍，主要表現(xiàn)為倍，主要表現(xiàn)為2 2、3 3槽面為磨損，腰部?jī)蓚?cè)為磨損槽面為磨損，腰部?jī)蓚?cè)為磨損+ +起起“檁子檁子”。一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化未經(jīng)激光處理軋輥未經(jīng)激光處理軋輥激光處理后軋輥激光處理后軋輥經(jīng)圖片可明顯看出，磨損與起經(jīng)圖片可明顯看出，磨損與起“檁子檁子”現(xiàn)象得到明顯改善?，F(xiàn)象得到明顯改善。一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光

15、表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化第五槽第五槽5 5孔的軋制力最小，是孔的軋制力最小，是3 3、4 4孔的孔的40%40%左右，且無(wú)特殊受力嚴(yán)重部左右，且無(wú)特殊受力嚴(yán)重部位，整個(gè)孔型表現(xiàn)為均勻的磨損。位，整個(gè)孔型表現(xiàn)為均勻的磨損。一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化未經(jīng)激光處理軋輥未經(jīng)激光處理軋輥激光處理后軋輥激光處理后軋輥一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化（五）結(jié)果分析與討論（五）結(jié)果分析與討論 上述試驗(yàn)結(jié)果表明：采用激光淬火、激光熔凝、激光合金化、激光熔上述試驗(yàn)結(jié)果表明：采用激光淬火、激光熔凝、激光合金化、激光熔覆四種工藝組合

16、方案對(duì)覆四種工藝組合方案對(duì)BD2BD2軋輥進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，在顯著提高軋輥耐磨軋輥進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，在顯著提高軋輥耐磨性的同時(shí)還可以明顯抑制起性的同時(shí)還可以明顯抑制起“檁子檁子”及熱裂紋的產(chǎn)生，顯著降低軋輥的重及熱裂紋的產(chǎn)生，顯著降低軋輥的重車車削量并增加重車軋制量，延長(zhǎng)換輥時(shí)間，提高軋制效率和產(chǎn)量，大幅車車削量并增加重車軋制量，延長(zhǎng)換輥時(shí)間，提高軋制效率和產(chǎn)量，大幅降低軋輥消耗，其廣泛應(yīng)用具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。降低軋輥消耗，其廣泛應(yīng)用具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 上述強(qiáng)化方案可以廣泛推廣到相似工況的軋輥強(qiáng)化處理，為多種失效上述強(qiáng)化方案可以廣泛推廣到相似工況的軋輥強(qiáng)化處理，為多種失效方式并存、工況復(fù)雜的

17、各類型材熱軋輥的激光表面強(qiáng)化處理提供了完整有方式并存、工況復(fù)雜的各類型材熱軋輥的激光表面強(qiáng)化處理提供了完整有效的解決方案。效的解決方案。 一、鞍鋼大型廠一、鞍鋼大型廠BD2BD2軋輥激光表面強(qiáng)化軋輥激光表面強(qiáng)化二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)化的典型應(yīng)用二、熱軋輥激光表面強(qiáng)