2 軋輥的修復(fù)方法

目前，在一般鋼鐵企業(yè)，軋輥由于磨損需要修復(fù)時(shí)，多采用車(chē)削或磨削方式修正輥型。這種方式對(duì)提高軋輥壽命意義不大，只是一種“補(bǔ)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(shí)，會(huì)導(dǎo)致韌性下降，具體使用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體軋輥的性能要求來(lái)確定所需得到的硬度值。采用軋輥表面修復(fù)與強(qiáng)化的熱處理技術(shù)來(lái)提高軋輥表面硬度，減少軋輥使用的磨損量，已成為延長(zhǎng)軋輥壽命的一個(gè)主要發(fā)展方向和途徑[9]。

2.1軋輥強(qiáng)化常用表面改性技術(shù)

表面改性技術(shù)主要指賦予材料（或零部件、元器件）表面以特定的物理、化學(xué)性能的表面工程技術(shù)。材料的表面性能包括高強(qiáng)、高硬度、耐蝕性、導(dǎo)電性、磁性能、光敏、壓敏、氣敏特性等。

軋輥的表面修復(fù)與強(qiáng)化技術(shù)主要包括軋輥表面的感應(yīng)加熱淬火技術(shù)、堆焊技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、熱噴焊技術(shù)、激光束表面改性技術(shù)等，不僅可以修復(fù)軋輥，而且可以提高軋輥的耐磨性，延長(zhǎng)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(jī)作業(yè)率、改善鋼材的表面質(zhì)量，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.1感應(yīng)加熱淬火技術(shù)

感應(yīng)加熱淬火技術(shù)是指將工件置于有足夠功率輸出的感應(yīng)線圈中，在高頻交流磁場(chǎng)的作用下，工件表面被迅速加熱到鋼的相變臨界溫度之上后在冷卻介質(zhì)中快速冷卻獲得馬氏體。感應(yīng)淬火技術(shù)是迄今為止國(guó)內(nèi)外使用最為普遍的表面淬火技術(shù)。感應(yīng)加熱以及冷處理技術(shù)于20世紀(jì)50年代在軋輥制造中得到應(yīng)用。葉為德采用雙頻淬火工藝對(duì)材質(zhì)為86CrMoV7的鍛鋼處理后得到硬度為92～94HSD[10]（約為64～65HRC）。下田等對(duì)鍛鋼軋輥感應(yīng)淬火后表面硬度達(dá)到HS100以上[11]（約66HRC）。

由于感應(yīng)加熱局限于表層一定深度內(nèi)；工藝設(shè)備的成本較高；不能保證所有淬火面都能獲得均勻的表面淬火層等使其發(fā)展受到一定限制。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2.1.2堆焊技術(shù)

堆焊是在零件表面熔覆上一層耐磨、耐蝕、耐熱等具有特殊性能合金層的技術(shù)。我國(guó)冶金行業(yè)軋鋼設(shè)備中的軋輥采用堆焊技術(shù)修復(fù)后，堆焊層與母材能實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合、堆焊獲得的表面層厚度最大。采用堆焊方法修復(fù)舊軋輥和制造新輥已成為我國(guó)軋鋼企業(yè)降低成本提高效益的重要舉措[12]。丁潔等對(duì)4Cr5MoSiV中合金耐熱鋼軋輥進(jìn)行堆焊修復(fù)，堆焊層硬度達(dá)到46HRC [13]；聶斌英對(duì)ZUB1 40NCrMo半鋼熱軋輥進(jìn)行堆焊修復(fù)，修復(fù)后軋輥的工作壽命與新輥相當(dāng)[14]。

堆焊修復(fù)技術(shù)雖然能保證軋輥耐磨性，結(jié)合強(qiáng)度較高（200Mpa左右），但工藝復(fù)雜；生產(chǎn)率低；勞動(dòng)條件差；硬度不太高；軋輥在堆焊時(shí)容易產(chǎn)生氣孔、裂縫、夾渣、焊瘤和脫落；一般要求焊前預(yù)熱，層間保溫和焊后回火等，對(duì)于軋輥這樣的大型零件不僅惡化了勞動(dòng)條件，而且還顯著提高工藝成本；同時(shí)，由于堆焊需要將焊料做成焊條，限制了堆焊焊料的選擇，局限了堆焊技術(shù)的發(fā)展。

2.1.3熱噴涂技術(shù)

熱噴涂是采用熱源使涂層材料加熱熔化或半熔化，然后用高速氣體使涂層材料分散細(xì)化并高速撞擊到基體表面形成涂層的工藝過(guò)程。熱噴涂技術(shù)處理軋輥基體變形小，熱影響區(qū)淺；噴涂層硬度比堆焊要高（＞70 HRC），有報(bào)道記載采用火焰噴涂修復(fù)材料為合金抗磨鑄鐵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涂工藝修復(fù)失效的鋁板軋輥輥頸，軋輥材料為9Cr2Mo[16] ； A.Nakajima等采用熱噴涂工藝在感應(yīng)加熱淬火處理的碳鋼軋輥上噴涂WC-Cr-Ni金屬陶瓷，并研究了其耐磨性及抗剝落能力[17]。

該技術(shù)主要局限性是涂層與基材結(jié)合強(qiáng)度較低（#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#25MPa左右或＞80MPa不等，結(jié)合機(jī)理主要是機(jī)械結(jié)合）；而且涂層存在孔隙；韌性差；且存在一些殘余應(yīng)力；切削加工性較差。另外熱噴涂熱效率低；材料利用率低；在操作過(guò)程中存在一些危害因素，如燃爆危險(xiǎn)、有害氣體及粉塵、噪音及弧光、灼傷及觸電危險(xiǎn)等。

2.1.4 熱噴焊技術(shù)

熱噴焊技術(shù)是采用熱源使涂層材料在基體表面重新熔化或部分熔化，實(shí)現(xiàn)涂層與基體之間、涂層內(nèi)顆粒之間的冶金結(jié)合，消除孔隙。熱噴焊技術(shù)修復(fù)軋輥時(shí)熱噴焊層組織致密，冶金缺陷少，噴焊層與基材為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，一般是熱噴涂的10倍。蔣富惠等在軋輥表面熱噴焊G112粉后，所得噴焊層硬度為58～62HRC [18]。羅偉中等在35CrNi3MoV鋼軋輥上等離子弧噴焊Ni35+WC粉末，噴焊層與基體結(jié)合良好，耐磨性好[19]。

該技術(shù)缺點(diǎn)是熱噴焊材料必須與基材相匹配，噴焊材料和基材范圍比熱噴涂窄得多且熱噴焊工藝中基材的變形比熱噴涂大得多。

2.1.5激光束表面改性技術(shù)

軋輥修復(fù)與強(qiáng)化常用的激光束表面改性技術(shù)包括激光淬火技術(shù)、激光表面熔凝技術(shù)、激光表面熔覆、激光表面合金化。激光束表面改性技術(shù)都存在基材對(duì)激光吸收率低，激光加工系統(tǒng)投資大的問(wèn)題，但相對(duì)于其它修復(fù)方法，從修復(fù)后軋輥使用壽命、軋材質(zhì)量、環(huán)保等角度考慮激光束表面改性技術(shù)還是擁有廣泛的市場(chǎng)前景的。

激光淬火技術(shù)：是利用激光束照射到鋼鐵材料的表面，使其溫度迅速升高到相變點(diǎn)以上，當(dāng)激光移開(kāi)后，表層通過(guò)內(nèi)層材料的導(dǎo)熱作用快速冷卻到馬氏體相變點(diǎn)以下，獲得淬硬層。激光淬火技術(shù)是最成熟、應(yīng)用最廣泛的激光表面處理技術(shù)[20]。其修復(fù)軋輥時(shí)，加熱速度快、淬火硬度高、工件變形小（為高頻淬火的1/3～1/10[21]）、后道工序工作量小、無(wú)氧化、無(wú)污染。用激光表面淬火技術(shù)對(duì)70Mn2Mo鑄鋼進(jìn)行固態(tài)相變硬化處理，硬度可達(dá)65HRC，硬化層深#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#0.6mm[22]。

由于激光淬火后的淬硬層深一般都不超過(guò)1mm使其難以滿足軋輥承受很大的接觸負(fù)荷及冷熱疲勞交變載荷對(duì)表面淬硬層的嚴(yán)格要求，且光斑功率不均勻使淬火質(zhì)量有明顯波動(dòng)，給制定工藝帶來(lái)極大不便等方面影響其應(yīng)用。

激光表面熔凝技術(shù)：用激光束將基材表面加熱到熔化溫度以上，熔化層表面在激光束移開(kāi)以后由于基材內(nèi)部導(dǎo)熱而快速冷卻并凝固結(jié)晶。激光熔凝技術(shù)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(duì)鑄鋼軋輥進(jìn)行激光表面熔凝處理后最高峰值硬度可達(dá)700HV0.2以上[23]，約為60～61HRC。 NiCrMo半冷硬鑄鐵軋輥激光相變硬化后硬度達(dá)到65HRC，經(jīng)激光熔凝處理后硬度達(dá)到70HRC[24]。

激光表面熔覆：采用激光加熱將預(yù)先涂覆在材料表面的涂層與基體表面一起熔化后迅速凝固，得到成分與涂層基本一致的熔覆層。激光表面熔覆由于輸入熱量少，工件變形小，可以改善整體鑄造粗糙度等優(yōu)點(diǎn)在軋輥方面得到廣泛應(yīng)用。在AISI1045鋼軋輥上激光熔覆CPM10和CPM15粉末，CPM10涂層硬度達(dá)到650HV[25]，在57～58HRC之間；李勝等利用自制Fe2合金粉末修復(fù)一支大型德國(guó)制造的軋輥[26]。有實(shí)驗(yàn)表明[27]：按磨損量計(jì)算，白口鑄鐵熱軋輥激光熔凝后，壽命比原來(lái)提高15.6%～#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#23.4%；經(jīng)激光熔覆后，壽命提高了28.7%～37.4%。

激光表面合金化:用激光將合金化粉末和基材一起熔化后迅速凝固，在表面獲得合金層。它相對(duì)于激光熔覆的優(yōu)點(diǎn)是它可以在廉價(jià)基材表面獲得與基材本身差別很大的具有良好表面性能的新合金層。從而增加工件的使用壽命并降低材料損耗。由于合金元素完全溶解于表層內(nèi)，獲得的改性層成分很均勻，對(duì)皸裂和剝落等傾向不敏感[28]。激光表面合金化處理軋輥時(shí)具有能量作用集中，熱影響區(qū)小，覆層組織細(xì)小，結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低而且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線，沒(méi)有化學(xué)污染、無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)。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(zhì)點(diǎn)，也可以是原位生成的，使得激光合金化技術(shù)更具有優(yōu)勢(shì)。某熱軋輥進(jìn)行激光表面合金化處理后，其使用壽命提高近一倍。藺榮巖等人在45鋼軋輥表面預(yù)涂Cr-Ni-W-Co合金粉末后進(jìn)行激光表面合金化處理，處理后硬度達(dá)到720HK[29]，約為59～60HRC；在常用于軋輥材料的鑄鐵基體上進(jìn)行合金化層為富鈮合金的激光表面合金化處理后，硬度為1100～1600HV[30]（約為70～77HRC）。作為軋輥材料的球墨鑄鐵經(jīng)激光束合金化純銅粉末后大大提高抗蝕性能，延長(zhǎng)鑄鐵使用壽命[31]。

    由上綜合考慮生產(chǎn)成本、效率、處理后軋輥質(zhì)量、環(huán)保等因素，可見(jiàn)，激光表面合金化修復(fù)失效軋輥是很有潛力的表面熱處理方法。