延長球墨鑄鐵軋輥使用壽命的有效方法

熱軋輥是軋制生產的關鍵部件，其中，合金球墨鑄鐵軋輥因具有良好的導熱和抗熱疲勞能力而常被用作中軋過渡道次軋輥。這些軋輥不僅工作時受到較大的工作壓力及沖擊作用，而且表面直接和高于1000℃的的高溫軋材接觸，因而容易導致磨損和熱疲勞。大型軋鋼機的軋輥，尺寸大、精度高、價格昂貴，頻繁的更換致使鋼廠的噸鋼軋輥成本相當高昂。因而，采用適當的工藝對軋輥表面進行強化處理，提高工作表面的耐磨性和抗熱疲勞性，是目前鋼鐵企業降低成本、提高工效的有效措施。石家莊鐵道大學對750mm×900mm的合金球墨鑄鐵熱軋輥進行了激光表面強化處理，處理后使軋輥表面的硬度較基體硬度提高了29～39HRC，達到60HRC以上。經過一年多生產實踐證明，激光表面處理后的球鐵軋輥的過鋼量從原來的11500噸提高到29000～33000噸;是原過鋼量的2.52～2.87倍，且軋輥表面磨損均勻，強化效果十分明顯。這樣不僅大大降低了軋鋼成本，減少了停機換輥時間，提高了軋機的生產效率，而且降低了軋鋼工人的勞動強度，獲得了顯著的經濟效益和社會效益。

試驗表明，采用2.4千瓦的激光功率，5毫米直徑的激光光束，每秒7毫米的掃描速度，可以獲得深達1.69毫米的表面硬化層，硬度可達62HRC。其顯微組織由0.23毫米厚的熔凝層與1.46毫米厚的相變層所組成。最表面的熔凝層組織較復雜，由于激光處理時碳化物基本溶解，造成組織中碳和合金元素Cr，Ni含量較高，在隨后冷卻轉變中形成胞狀奧氏體組織，殘留奧氏體量很多，硬度值波動較大。相變層的硬度值達到最大，而且在整個厚度區基本保持一致。這是因為該區域在快速加熱下仍保留了較多的碳化物，并使其呈細小的分布狀態，隨后冷卻時組織轉變為高碳馬氏體和較少量的殘留奧氏體，故硬度值較高。值得指出的是，硬化層的硬度分布幾乎無變化梯度，這對提高零件的耐磨損壽命十分重要。常規熱處理硬化層的硬度從表面到內部有明顯的硬度下降梯度，表面硬度最高，耐磨性最好，但隨著服役時間增加，表面逐漸被磨去，接觸面的硬度值逐漸降低，磨損隨之加劇，最終導致因磨損量過大而失效。而激光淬火的硬化層硬度值保持在高值，當表面磨去后，新的接觸面的硬度值并未下降，耐磨性仍然很好，因而不會發生磨損隨之加劇的現象，大大提高了耐磨損壽命。另一方面，相變硬化層里還具有較高的壓應力，這也有利于改善軋輥的耐磨性和抗熱-機械疲勞性。

軋輥的激光表面處理工藝簡單易行，成本低廉，具有很好的應用前景。但是，處理后的硬化層內容易產生裂紋，這是由于軋輥體積龐大，冷卻速度很大，軋輥表層的殘余應力很大的結果。合理選擇激光功率、掃描速度等工藝參數以避免裂紋的產生是該方法必須注意的關鍵。