轧辊的失效及其修复技术

轧辊的失效及其修复技术摘要：轧辊生产率与生产成本都取决于轧制的生产质量，当轧辊不足供应， 价格高时，整个轧辊都会磨损失效，这会导致大量的材料报废。轧辊的修复是轧 辊行业的主要问题。过早磨损最常见轧辊失效的原因，轧辊的工作表面的硬度取 决于耐磨性，正确的热处理符合辊的硬度要求。轧机是轧辊变形的主要工具。通 过自己的材料和恶劣的工作条件，延长寿命需要修复技术，失效甚至报废。概述 了轧辊的工作条件、材料和失效，介绍了几种常见的修复技术。关键词：冷轧辊热轧辊；失效修复；表面改性技术引言激光处理技术在钢铁工业中的应用越来越多。随着钢铁工业的复苏和世界钢 需求量的增加，我国的钢铁产量目前地位领先。轧辊消费量大幅增加，进一步提 高了产量和质量。与此同时，各种新角色正在应用于钢铁行业。因此，轧辊的修 复和化是钢铁工作者和激光设备的一个重要问题。减少组件消耗会对企业的生产 成本和经济性产生积极影响，并提供显着的成本节约机会。目前，激光用于加固 和修复辊面，引起了业界的关注。1 轧辊的损坏形式1.1 正常磨损轧辊金属微粒在轧制和磨削过程中辊身分离，工作层变薄，直径较小，吨位 随磨辊次数的增加而减小。如果直径太小，以致于表面硬度降低到某个特定值， 则即使没有其他缺陷（自然磨损或正常磨损），辊也无法继续工作。这种磨损是可 预见的，也是有风险的，最危险的损害通常是非正常磨损。1.2 非正常损坏如果辊的直径和表面硬度仍处于连续运转状态，则由于另一个缺陷甚至断裂， 无法使用，这称为“非正常”和“特殊损坏”，具体由：（1）表面裂纹。冷轧辊 的裂纹分别为60%和20%，且裂纹的区域通常位于辊的中心。裂缝有所不同的概 率大致相同。轧辊的制造质量对裂缝的形成和扩大至关重要。因此，减少裂纹是 提高轧辊的制造质量的关键。例如，碎裂是轧槽经轧制过程中的冷热影响以及钢 坯的磨损较低，导致轧槽表面上出现网格裂纹，从而导致断裂。冷却水压力不足 可能导致裂内部的汽化扩张力大，有助于增加裂缝。不及时修磨，可能会出现碎 裂（掉肉）。轧辊过程中瞬间断水时可能导致整个轧辊表面裂纹甚至断裂。环裂主 要是由于压力过大或刚性合金强度低。轧制力过大的原因有好几种，例如孔类型 选择差、坯料切头差、温度低和各架孔型中性差异。严重磨损的辊面可能导致辊 的形状变化、辊之间的接缝变化、辊面平直度以及辊寿命缩短。为此，应注意辊 面的磨损。辊磨损形状复杂有各种磨损形式。疲劳磨损（热和接触疲劳）：在轧制 过程中，轧辊会连续旋转，其表面会受到定期热冲击和接触应力的影响。粘接磨 损:在轧制区域中，辊在高温压力下与轧辊紧密相连，轧辊在轧件表面粘着，通 过发生脱落或向对偶表面转移材料，粘着磨损发生。腐蚀磨损:乳化液被广泛用 作现代轧辊的润滑剂，轧辊磨损因化学作用而加剧，高温增加了磨损过程。微动 磨损：轧辊与轧件之间的接触面处于边界或混合润滑状态，且处于摩擦特性突然 下降的阶段。在这种情况下，摩擦具有明显的负阻尼特性，导致辊的自振，并在 相对较小的微动力学振动下产生轻微磨损。其机制复杂，包括粘着、氧化、疲劳 和磨损。2轧辊的修复2.1感应加热淬火是将工件放入具有足够功率输出的感应线圈中。在直流高频磁场作用下，零 件表面快速加热至钢相变临界温度以上，然后在冷却介质中快速冷却得到马氏体 1950 年代，感应加热和冷处理技术被应用于轧辊制造。 9Cr2Mo 钢冷轧辊通过双 频淬火，有效硬度层为17.5mm，硬度大于62H RC。86crmov7锻钢辊经双频淬火 处理的硬度为92至94 HSD（约64至65hrc）。锻钢轧辊检测到淬火后表面硬度大 于100h（约66h RC）。由于感应加热限于一定的表面深度，技术设备成本较高， 不能保证所有的振动台都能得到均匀的表面淬火层，因此其发展受到限制。2.2堆焊是一种用于熔覆合金层中具有特定特征（如耐磨、耐腐蚀和耐热性）的零件表 面。堆焊技术修复轧辊后，堆焊层和主要材料可实现冶金结合，堆焊得到的表面 厚度最大。旧轧辊的修补和新型轧辊的制造已成为降低我国轧钢企业成本、提高 效率的重要措施。修复4cr5m osiv合金耐热轧辊，表面层硬度达到46h RC。利 用表面过渡层对 45Cr4NiMoV 钢卷进行表面修复，有效避免表面裂纹，表面层平 均硬度可达52h2c左右，耐磨性比表面辊材料高得多。对ZUB140NCrMo半钢热轧 辊进行堆焊修复。修复后的辊的寿命与新辊的寿命相同。由于工艺复杂、生产率 低、硬度低，轧辊容易在表面加工过程中产生裂纹、夹渣、焊瘤和脱落。焊接前 预热、层之间隔离和焊接后回火是必要的，这可能会导致工作条件恶化，并大大 增加工艺成本。这些限制限制了表面加工技术的发展。2.3热喷涂技术是从热源热熔化或半熔化的涂层材料。然后使用高速气体分散细化并高速撞 击涂层材质的表面。具有热影响的区浅变形较小；喷涂层的硬度大于堆焊O70H RC），KmT B Mn5W3合金抗磨铸铁的强度是电弧焊接表面强度的34倍。该技术的 主要局限性在于涂层与基材强度低（约25MPa或80MPa以上，主要用于机械连接）、 涂层有孔隙和残余应力、韧性低，加工质量差。2.4激光表面改性修理和强化轧辊的常用技术包括激光强化表面淬火、熔凝、激光、熔覆和合 金化。激光淬火技术:用激光束照亮钢材料表面，迅速提高加工点以上的温度。 当激光被移除时，内部材料导热系数迅速冷却表面，形成马氏体，淬硬层获得。 激光淬火是最成熟、应用最广泛。修理辊时，应注意加热速度快、淬火硬度高、 零件变形小（高频淬火1/3-1/10）、后续工作工作量低、无氧气、污染等。采用该 技术，强化70Mn2Mo型材钢，硬度为65hrc，层深为0.6mm。激光淬火后，高速 钢轧辊表面可达68.5H R硬度。激光表面熔凝技术:基材表面通过激光熔化温度 加热。移开激光束后，熔化层表面由于基热导率而迅速冷却。采用激光熔凝技术 加工辊时，熔凝层比激光淬火层的整个硬度层更深更硬。熔凝后，峰值载荷时间 可达700H V0.2或6061HRC。激光熔凝强化后达到7085H S的硬度53-62HRC, 将深度增加到2mm,并将辊的重量增加到钢重量的1.5-1.8倍。NiCrMo半冷硬铸 铁轧辊激光后硬度为65h RC,熔凝后硬度为70h RC。激光表面熔覆:材料表面和 基体面的预硬化表面通过激光加热迅速熔化后迅速凝固,形成涂层几乎相同的熔 覆层。激光表面熔覆广泛应用于轧辊的修复,因为它提供了高热量供应、低零件 变形和零件整体粗糙度等优点。3结语修复失效轧辊是轧辊行业的主要问题。传统的表面强化技术,如淬火、高频 和中频淬火、电弧堆焊等。从而不能有效提高辊面的耐高温性和韧性。除上述技 术外,激光强化技术的发展对辊的推广至关重要。参考文献:1 黄光生轧机轴承与轧辊寿命研究及应用M.北京:冶金工业出版社，2019.2 邹瑞.一种型材轧制轧辊激光表面强化工艺P.中国发明专利,2019.3 马元轧辊激光强化淬火工艺方法P.中国发明专利,2019,10： 25.4 杨兴波激光加工处理技术在冶金备件修复中的应用J.山东冶 金,2019,26(5):30.5 张光.激光熔凝和熔敷在轧辊强化上的应用J.天津工业大学学 报,2019,22(5):69.