前言

軋輥的質(zhì)量和使用壽命，直接關(guān)系到軋制生產(chǎn)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)成本。我國軋輥材料供應(yīng)不足、價(jià)格較高，一旦軋輥表面磨損失效，整個(gè)軋輥報(bào)廢，將造成巨大的材料浪費(fèi)。如何修復(fù)失效軋輥，一直是軋輥制造業(yè)面臨的重大問題。軋輥失效的最普遍原因是早期磨損失效。而軋輥的耐磨性決定于軋輥工作表面的硬度，通過合理的熱處理方式可以滿足軋輥的硬度要求。本文比較了軋輥修復(fù)常用的幾種表面熱處理工藝，同時(shí)展望了激光表面合金化熱處理工藝修復(fù)軋輥的發(fā)展前景。

1軋輥概述

軋輥是使（軋材）金屬產(chǎn)生塑性變形的工具，是決定軋機(jī)效率和軋材質(zhì)量的重要大型消耗性部件。軋輥的主要技術(shù)指標(biāo)有強(qiáng)度、硬度、耐用性及耐熱性（熱軋工作條件下）。軋輥根據(jù)其工礦條件分為冷軋輥和熱軋輥，下面分別介紹。

1.1軋輥工作條件及用材分析

⑴ 冷軋輥工作條件及用材分析

冷軋輥在工作過程中要承受很大的軋制循環(huán)應(yīng)力、強(qiáng)力摩擦和擠壓、瞬間高溫和強(qiáng)烈沖擊[1]，軋件的焊縫、夾雜、邊裂等問題也對軋輥有影響。

根據(jù)冷軋輥的工作條件，輥面需具有高而均勻的表面硬度（＞62HRC）、深的淬硬層（不應(yīng)小于輥身直徑的1.5%，且不得小于5mm）；輥身邊緣的硬度應(yīng)較低；頸部具有較低的硬度（32～35HRC）?？傊?，冷軋輥要有抵抗因彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、剪切應(yīng)力引起的開裂和剝落的能力，同時(shí)也要有高的耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性和熱沖擊強(qiáng)度等。冷軋輥的發(fā)展方向是在進(jìn)一步提高強(qiáng)度、硬度和淬硬層深度的同時(shí)，保證一定的韌性。

冷軋輥的材料應(yīng)具有高的含碳量并含有加深淬透性、淬硬性并細(xì)化晶粒的合金元素。國內(nèi)外冷軋工作輥一般使用的材質(zhì)有GCr15、9Cr2、9Cr、9CrV、#p#分頁標(biāo)題#e#9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A、87CrMnMo、9Cr2Mn等。

⑵熱軋輥工作條件及用材分析

熱軋輥常工作在700℃～800℃（有時(shí)其接觸的軋材高達(dá)1200℃）的高溫環(huán)境，與灼熱的鋼坯相接觸，承受強(qiáng)大的軋制力，表面承受軋材的強(qiáng)力磨損，反復(fù)被熱軋材加熱及冷卻水冷卻（可被冷卻水冷卻至100℃～150℃），經(jīng)受溫度變化幅度較大的熱疲勞作用[2]。

熱軋輥的工作條件要求熱軋輥材料必須具有高的淬透性，低的熱膨脹系數(shù)，高的熱傳導(dǎo)能力、高溫屈服強(qiáng)度、抗氧化性、高溫蠕變強(qiáng)度，優(yōu)良的抗回火能力，材質(zhì)均勻，表面硬度均勻等。熱軋輥的發(fā)展主要在于提高其耐磨性。其材料包括鍛鋼軋輥、無限冷硬鑄鐵軋輥、普通冷硬鑄鐵、低NiCrMo、中NiCrMo、高NiCrMo鑄鐵材料、鑄鋼軋輥、球墨復(fù)合鑄鐵軋輥、半鋼和高硬度特殊半鋼材質(zhì)、高鉻鑄鐵、半高速鋼和高速鋼等。

1.2軋輥失效形式及分析

冷軋輥使用中的主要失效形式有輥面裂紋和剝落、輥面磨損、劃傷、粘輥、軋輥斷裂等。熱軋輥主要失效形式有熱疲勞引起的熱龜裂和剝落、輥身表面磨損、軋輥斷裂、過回火和蠕變、纏輥，失效面幾乎覆蓋整個(gè)工作面#p#分頁標(biāo)題#e#[2，3]。

冷、熱軋輥?zhàn)钇毡榈氖问蕉际禽伱鎰兟浜湍p，下面分別介紹。

⑴輥面裂紋和剝落

冷軋輥輥身表層由于抗裂能力變壞而出現(xiàn)的表層剝落，是一種最嚴(yán)重和常見的事故。一些工廠的長期統(tǒng)計(jì)表明，裂紋和剝落可占報(bào)廢總數(shù)的75%左右，其中剝落可占半數(shù)。

按導(dǎo)致剝落的原因分，冷軋輥剝落主要有三類。第一類，軋制事故、磨削不當(dāng)及異物卷入等原因造成對軋輥熱沖擊或機(jī)械沖擊而誘發(fā)的表面疲勞裂紋擴(kuò)展最終導(dǎo)致剝落。目前冷軋輥絕大多數(shù)剝落都屬于這種類型[4]。第二類，輥身工作層內(nèi)存在夾渣、孔隙等冶金制造缺陷，使用中在循環(huán)應(yīng)力的作用下局部誘發(fā)疲勞裂紋并擴(kuò)展最終導(dǎo)致剝落[5]。第三類，局部接觸應(yīng)力造成軋輥表皮下形成裂紋并最終剝落，這種次表層初始裂紋附近沒有明顯的冶金缺陷，但可根據(jù)該次表層裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致剝落情況來確定干摩擦條件下軋輥的使用壽命[6]，可見該類裂紋對于軋輥壽命有重要影響。

熱軋輥軋制時(shí)，軋輥受冷熱交替變化劇烈，從而在軋輥表面產(chǎn)生嚴(yán)重應(yīng)變，逐漸導(dǎo)致熱疲勞裂紋的產(chǎn)生。在軋制過程中，帶鋼出現(xiàn)甩尾疊軋時(shí)，軋件劃傷軋輥，也可形成新的裂紋源。典型的熱疲勞損壞是熱龜裂。生產(chǎn)中出現(xiàn)的輥面剝落，多數(shù)為輥面裂紋所致。當(dāng)裂紋發(fā)展成與輥面成一定角度甚至向與輥面平行的方向擴(kuò)展，則最終造成剝落[7]。

⑵輥面磨損

嚴(yán)重的輥面磨損會導(dǎo)致軋輥形狀的變化，改變工作輥之間的輥縫，使軋件平直度不能滿足要求[8]，且軋輥使用壽命過短的最普遍原因就是表面磨損失效。因此對于軋輥輥面磨損必須予以重視。軋輥磨損形式非常復(fù)雜，疲勞磨損、磨粒磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、微動磨損這幾種磨損形式同時(shí)存在，交替作用。

疲勞磨損（熱疲勞和接觸疲勞）：軋制過程中軋輥不停旋轉(zhuǎn)，其表面受到周期性的熱沖擊和接觸應(yīng)力，導(dǎo)致軋輥表面材料疲勞剝落形成凹坑，導(dǎo)致疲勞磨損的發(fā)生。

磨粒磨損：軋制區(qū)高溫軋件表面再生氧化皮在軋制力作用下破碎、脫落，其碎片殘留在軋輥表面，它混合著其它磨損形式的產(chǎn)物引起軋輥表面材料脫離或塑性變形，從而產(chǎn)生磨粒磨損。

粘著磨損：軋制區(qū)軋輥與軋件在高溫高壓下緊密接觸，從而使軋輥與軋件表面發(fā)生粘著、剪切效應(yīng)，從而使軋輥和軋件表面材料發(fā)生脫落或向?qū)ε急砻孓D(zhuǎn)移，發(fā)生粘著磨損。#p#分頁標(biāo)題#e#

腐蝕磨損：現(xiàn)代軋機(jī)普遍使用乳化液作為工藝潤滑劑，在乳化液化學(xué)作用下，加劇了軋輥的磨損過程，而軋制區(qū)的高溫作用更可能使腐蝕磨損過程加劇。

微動磨損：軋輥與軋件接觸表面處于邊界或混合潤滑狀態(tài)下，也正處在摩擦特性曲線的陡降階段。此處，摩擦力具有明顯的負(fù)阻尼特性，從而導(dǎo)致軋輥?zhàn)约ふ駝?，軋輥和軋件在這種微動小振幅的相對振動下產(chǎn)生微動磨損。其機(jī)理復(fù)雜，同時(shí)包括粘著、氧化、疲勞和磨粒磨損作用。

冷軋輥磨損形式主要是磨粒磨損。熱軋輥磨損形式主要是粘著磨損、磨粒磨損、微動磨損及疲勞磨損。