棒材轧辊激光处理技术应用及效果

连志恒 杜晓晖 靳熙 王晓燕

(安阳钢铁股份有限公司)

棒材轧辊激光处理技术应用及效果

连志恒 杜晓晖 靳熙 王晓燕

(安阳钢铁股份有限公司)

阐述了棒材轧辊激光陶瓷合金化处理加工技术的基本原理，介绍了安钢第一轧钢厂Ф300 mm棒材机组生产线的应用实践，验证了该技术在实际应用中的优势和效果。

轧辊 激光 陶瓷粉末

0 前言

轧辊是轧钢必不可少的关键部件，提高轧辊的使用寿命不仅可以降低轧辊消耗，而且可以提高轧机作业率和产量。因此，提高轧辊的耐磨性和轧制吨位是冶金企业重要的研究方向。

轧辊表面处理是提高轧制吨位的重要途径，主要包括轧辊表面的感应加热淬火技术、堆焊技术、热喷涂技术、热喷焊技术和激光表面改性技术等。激光表面强化处理是20世纪70年代发展起来的新型技术，是利用高能激光束照射金属表层，通过激光和金属的交互作用达到改善金属表面性能的目的［1］。

1 概况

安钢第一轧钢厂Ф300 mm棒材机组是一条半连续轧制的生产线，年产90多万吨，轧机布置为:Ф500 mm × 1/Ф400 mm × 7/Ф320 mm × 3，其中Ф500 mm轧机为三道次穿梭轧制，三架Ф320 mm轧机为横列式布置，七架Ф400 mm轧机为连续式布置。主要产品规格有Ф20 mm～Ф32 mm圆钢、螺纹钢。Ф500 mm轧机采用70Mn2Mo轧辊，粗中轧1#～8#轧机采用珠光体轧辊，9#～10#轧机采用针贝体轧辊。在生产过程中轧辊经常出现龟裂、掉块等缺陷，对工艺运行、产品质量造成一定的影响，而且轧辊在使用后重车量较大，单槽轧制量低，轧辊的使用寿命短，增加了生产成本。

2 激光陶瓷合金化处理原理

激光合金化是利用激光照射被覆金属的工件表面，加热到一定固态温度或形成一层较薄的熔区，通过合金元素扩散，得到表面合金化层进而达到改善材料表面的力学、物理和化学性能的目的。激光合金化中加入的元素与基体一起熔化，并混入融化的基材中形成一种新的合金，其成分既不同于外加合金，也不同于基体［2］。

激光陶瓷合金化技术是采用高能量密度的激光束扫描金属表面，使预置于工件表面的纳米陶瓷粉末及表层金属快速熔化，并随即在基体表面迅速凝固形成深度为0.5 mm～0.7 mm的超细化、高强韧性金属陶瓷合金化组织，激光合金化组织具有很好的抗高温磨损性能和抗冷热疲劳性能［3］。

3 激光陶瓷合金化处理技术现场应用及实践

自2007年起，Ф300 mm机组开始在棒材粗中轧的8个架次上试验激光陶瓷合金化处理。该技术在孔型表面形成肖氏硬度为 HS70～75、深度为0.5 mm～1.0 mm的金属陶瓷合金层，使轧辊表面具有良好的高温耐磨性和抗热疲劳性能，大大提高轧槽的使用寿命，降低生产成本，提高产量。激光处理前后轧槽的表面状态如图1所示。由于激光处理的快速熔凝作用消除了轧辊表面组织中的拉应力等缺陷，在一定程度上避免了断辊事故的发生。此外，激光陶瓷合金化技术是无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形;加工过程中无刀具磨损，无切削力作用于工件;由于激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，极易与数控系统配合及对复杂工件进行加工;生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益好［4］。

图1 激光陶瓷合金化处理前后轧槽的表面状态

目前，轧槽表面激光陶瓷合金化处理技术虽然在棒材生产中的应用已推广应用，但具体应用过程中仍需要掌握一些现场关键技术操作要点，使得该技术适应现场实践，充分发挥新技术应用效果。具体做法如下:

1)轧辊经处理后，表面比较光滑，轧件在新槽中易发生打滑堆钢事故。为此，采用以下方法加以克服:①在轧槽表面刻痕并用角磨机打磨孔型表面，以增大摩擦系数，提高摩擦角;②在初次使用时，适当放大料形，减小压下量。使轧件容易被咬入，过完两支钢后再恢复为标准料形;③由于摩擦系数随轧制速度的提高而降低。因此，开始使用时采用低速自然咬入，之后随着轧件进入辊缝使咬入条件好转，再逐渐提高轧制速度达到稳定的轧制状态。④对于1#轧槽，采用将中间料头部割成斜面的方式引导咬入。

2)当一对辊上的轧槽未使用完而被迫下线后，未使用的轧槽因硬度太高无法重车。为此，我们在每对轧辊的末槽上不打激光，以便甩槽后可以顺利重车。

3)当轧槽表面微裂纹未能全部车掉时，打激光后在轧槽表面出现较大的裂纹(如图2所示)。因此，进行激光陶瓷合金化处理的轧辊必须采用较大的车削量。

图2 车削量不够导致激光处理后出现的裂纹

4 应用效果

4.1 轧制吨位变化

激光处理前后的轧制吨位变化见表1。由表1可以看出，轧槽表面实行激光陶瓷合金化处理后，粗

表1 轧槽激光处理前后轧制吨位变化

中轧的单槽平均轧制吨位从4575 t提高到6575 t，较激光处理前提高43.72%。粗中轧(共8架)孔型表面采用激光陶瓷合金化处理后，单槽轧制吨位提高31%～53%。年节约换辊换槽时间约120 h，仅此项为公司创效近200万元。

4.2 轧槽磨损量降低

激光陶瓷合金化处理后轧槽磨损量大幅降低，具体见表2。

表2 激光处理前后轧槽磨损量变化

由表2可以看出，在轧制相同吨位钢材时，激光处理后1#～8#轧槽平均磨损量由2.68 mm降为1.56 mm，磨损量的降低对轧槽的使用起到了很好的保护作用，提高了轧槽的使用寿命。同时，有利于中间料型尺寸控制，提高了料型尺寸控制精度和稳定性。

5 结语

自2007年起开始在棒材粗中轧孔型表面进行激光陶瓷合金化处理，经过4年的生产试验和改进，它已经成为一项成熟的技术应用在轧钢生产中。实践证明，在提高轧制吨位、降低轧辊消耗、提高产品质量方面具有明显的优势，大大地提高了企业的市场竞争力，在轧钢生产中必有广阔的应用前景。

［1］李志忠.激光表面强化［M］.北京:机械工业出版社，1992:2－3.

［2］藏辰峰，刘常升，张小彬，等.轧辊表面激光处理技术的研究进展.材料导报，2010，24(2):6 －10.

［3］曾仙斌，罗庆革，彭文华.棒线轧辊激光陶瓷合金化处理的应用实践.柳钢科技，2009(3):19－20.

［4］李朝晖.激光表面强化技术处理轧辊的生产实践.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