連志恒 杜曉暉 靳熙 王曉燕

(安陽鋼鐵股份有限公司)

棒材軋輥激光處理技術(shù)應(yīng)用及效果

連志恒 杜曉暉 靳熙 王曉燕

(安陽鋼鐵股份有限公司)

闡述了棒材軋輥激光陶瓷合金化處理加工技術(shù)的基本原理，介紹了安鋼第一軋鋼廠Ф300 mm棒材機(jī)組生產(chǎn)線的應(yīng)用實(shí)踐，驗(yàn)證了該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢和效果。

軋輥 激光 陶瓷粉末

0 前言

軋輥是軋鋼必不可少的關(guān)鍵部件，提高軋輥的使用壽命不僅可以降低軋輥消耗，而且可以提高軋機(jī)作業(yè)率和產(chǎn)量。因此，提高軋輥的耐磨性和軋制噸位是冶金企業(yè)重要的研究方向。

軋輥表面處理是提高軋制噸位的重要途徑，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)和激光表面改性技術(shù)等。激光表面強(qiáng)化處理是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型技術(shù)，是利用高能激光束照射金屬表層，通過激光和金屬的交互作用達(dá)到改善金屬表面性能的目的［1］。

1 概況

安鋼第一軋鋼廠Ф300 mm棒材機(jī)組是一條半連續(xù)軋制的生產(chǎn)線，年產(chǎn)90多萬噸，軋機(jī)布置為:Ф500 mm × 1/Ф400 mm × 7/Ф320 mm × 3，其中Ф500 mm軋機(jī)為三道次穿梭軋制，三架Ф320 mm軋機(jī)為橫列式布置，七架Ф400 mm軋機(jī)為連續(xù)式布置。主要產(chǎn)品規(guī)格有Ф20 mm～Ф32 mm圓鋼、螺紋鋼。Ф500 mm軋機(jī)采用70Mn2Mo軋輥，粗中軋1#～8#軋機(jī)采用珠光體軋輥，9#～10#軋機(jī)采用針貝體軋輥。在生產(chǎn)過程中軋輥經(jīng)常出現(xiàn)龜裂、掉塊等缺陷，對工藝運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量造成一定的影響，而且軋輥在使用后重車量較大，單槽軋制量低，軋輥的使用壽命短，增加了生產(chǎn)成本。

2 激光陶瓷合金化處理原理

激光合金化是利用激光照射被覆金屬的工件表面，加熱到一定固態(tài)溫度或形成一層較薄的熔區(qū)，通過合金元素?cái)U(kuò)散，得到表面合金化層進(jìn)而達(dá)到改善材料表面的力學(xué)、物理和化學(xué)性能的目的。激光合金化中加入的元素與基體一起熔化，并混入融化的基材中形成一種新的合金，其成分既不同于外加合金，也不同于基體［2］。

激光陶瓷合金化技術(shù)是采用高能量密度的激光束掃描金屬表面，使預(yù)置于工件表面的納米陶瓷粉末及表層金屬快速熔化，并隨即在基體表面迅速凝固形成深度為0.5 mm～0.7 mm的超細(xì)化、高強(qiáng)韌性金屬陶瓷合金化組織，激光合金化組織具有很好的抗高溫磨損性能和抗冷熱疲勞性能［3］。

3 激光陶瓷合金化處理技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用及實(shí)踐

自2007年起，Ф300 mm機(jī)組開始在棒材粗中軋的8個(gè)架次上試驗(yàn)激光陶瓷合金化處理。該技術(shù)在孔型表面形成肖氏硬度為 HS70～75、深度為0.5 mm～1.0 mm的金屬陶瓷合金層，使軋輥表面具有良好的高溫耐磨性和抗熱疲勞性能，大大提高軋槽的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量。激光處理前后軋槽的表面狀態(tài)如圖1所示。由于激光處理的快速熔凝作用消除了軋輥表面組織中的拉應(yīng)力等缺陷，在一定程度上避免了斷輥事故的發(fā)生。此外，激光陶瓷合金化技術(shù)是無接觸加工，對工件無直接沖擊，因此無機(jī)械變形;加工過程中無刀具磨損，無切削力作用于工件;由于激光束易于導(dǎo)向、聚焦、實(shí)現(xiàn)方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合及對復(fù)雜工件進(jìn)行加工;生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益好［4］。

圖1 激光陶瓷合金化處理前后軋槽的表面狀態(tài)

目前，軋槽表面激光陶瓷合金化處理技術(shù)雖然在棒材生產(chǎn)中的應(yīng)用已推廣應(yīng)用，但具體應(yīng)用過程中仍需要掌握一些現(xiàn)場關(guān)鍵技術(shù)操作要點(diǎn)，使得該技術(shù)適應(yīng)現(xiàn)場實(shí)踐，充分發(fā)揮新技術(shù)應(yīng)用效果。具體做法如下:

1)軋輥經(jīng)處理后，表面比較光滑，軋件在新槽中易發(fā)生打滑堆鋼事故。為此，采用以下方法加以克服:①在軋槽表面刻痕并用角磨機(jī)打磨孔型表面，以增大摩擦系數(shù)，提高摩擦角;②在初次使用時(shí)，適當(dāng)放大料形，減小壓下量。使軋件容易被咬入，過完兩支鋼后再恢復(fù)為標(biāo)準(zhǔn)料形;③由于摩擦系數(shù)隨軋制速度的提高而降低。因此，開始使用時(shí)采用低速自然咬入，之后隨著軋件進(jìn)入輥縫使咬入條件好轉(zhuǎn)，再逐漸提高軋制速度達(dá)到穩(wěn)定的軋制狀態(tài)。④對于1#軋槽，采用將中間料頭部割成斜面的方式引導(dǎo)咬入。

2)當(dāng)一對輥上的軋槽未使用完而被迫下線后，未使用的軋槽因硬度太高無法重車。為此，我們在每對軋輥的末槽上不打激光，以便甩槽后可以順利重車。

3)當(dāng)軋槽表面微裂紋未能全部車掉時(shí)，打激光后在軋槽表面出現(xiàn)較大的裂紋(如圖2所示)。因此，進(jìn)行激光陶瓷合金化處理的軋輥必須采用較大的車削量。

圖2 車削量不夠?qū)е录す馓幚砗蟪霈F(xiàn)的裂紋

4 應(yīng)用效果

4.1 軋制噸位變化

激光處理前后的軋制噸位變化見表1。由表1可以看出，軋槽表面實(shí)行激光陶瓷合金化處理后，粗

表1 軋槽激光處理前后軋制噸位變化

中軋的單槽平均軋制噸位從4575 t提高到6575 t，較激光處理前提高43.72%。粗中軋(共8架)孔型表面采用激光陶瓷合金化處理后，單槽軋制噸位提高31%～53%。年節(jié)約換輥換槽時(shí)間約120 h，僅此項(xiàng)為公司創(chuàng)效近200萬元。

4.2 軋槽磨損量降低

激光陶瓷合金化處理后軋槽磨損量大幅降低，具體見表2。

表2 激光處理前后軋槽磨損量變化

由表2可以看出，在軋制相同噸位鋼材時(shí)，激光處理后1#～8#軋槽平均磨損量由2.68 mm降為1.56 mm，磨損量的降低對軋槽的使用起到了很好的保護(hù)作用，提高了軋槽的使用壽命。同時(shí)，有利于中間料型尺寸控制，提高了料型尺寸控制精度和穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

自2007年起開始在棒材粗中軋孔型表面進(jìn)行激光陶瓷合金化處理，經(jīng)過4年的生產(chǎn)試驗(yàn)和改進(jìn)，它已經(jīng)成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)應(yīng)用在軋鋼生產(chǎn)中。實(shí)踐證明，在提高軋制噸位、降低軋輥消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量方面具有明顯的優(yōu)勢，大大地提高了企業(yè)的市場競爭力，在軋鋼生產(chǎn)中必有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］李志忠.激光表面強(qiáng)化［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992:2－3.

［2］藏辰峰，劉常升，張小彬，等.軋輥表面激光處理技術(shù)的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報(bào)，2010，24(2):6 －10.

［3］曾仙斌，羅慶革，彭文華.棒線軋輥激光陶瓷合金化處理的應(yīng)用實(shí)踐.柳鋼科技，2009(3):19－20.

［4］李朝暉.激光表面強(qiáng)化技術(shù)處理軋輥的生產(chǎn)實(shí)踐.河北冶金，2008(2):29－30.

APPLICATION AND EFFECT ON LASER TREATMENT TECHNOLOGY OF BAR ROLLER

Lian Zhiheng Du Xiaohui Jin Xi Wang Xiaoyan
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

It stated the basic principle of laser ceramic－alloying treatment technology for bar roll，introduced its application practice in Ф300 mm bar unit of Anyang Steel，at the same time verified its technical advantages in practice and achieved results.

rolllaserceramic powder

:2011—5—4