2轧辊的修复方法

目前，在一般钢铁企业，轧辊由于磨损需要修复时，多采用车削或磨削方式修正辊型。这种方式对提高轧辊寿命意义不大，只是一种“补救措施。一般而言，硬度越高，耐磨性越好。但轧辊硬度、耐磨性提高的同时，会导致韧性下降，具体使用时应根据具体轧辊的性能要求来确定所需得到的硬度值。采用轧辊表面修复与强化的热处理技术来提高轧辊表面硬度，减少轧辊使用的磨损量，已成为延长轧辊寿命的一个主要发展方向和途径[9]。

2.1轧辊强化常用表面改性技术

表面改性技术主要指赋予材料（或零部件、元器件）表面以特定的物理、化学性能的表面工程技术。材料的表面性能包括高强、高硬度、耐蚀性、导电性、磁性能、光敏、压敏、气敏特性等。

轧辊的表面修复与强化技术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、激光束表面改性技术等，不仅可以修复轧辊，而且可以提高轧辊的耐磨性，延长轧辊的使用寿命；保持最佳的辊径，减少断辊的可能性；降低辊耗、提高轧机作业率、改善钢材的表面质量，具有明显的经济效益。

2.1.1感应加热淬火技术

感应加热淬火技术是指将工件置于有足够功率输出的感应线圈中，在高频交流磁场的作用下，工件表面被迅速加热到钢的相变临界温度之上后在冷却介质中快速冷却获得马氏体。感应淬火技术是迄今为止国内外使用最为普遍的表面淬火技术。感应加热以及冷处理技术于20世纪50年代在轧辊制造中得到应用。叶为德采用双频淬火工艺对材质为86CrMoV7的锻钢处理后得到硬度为92～94HSD[10]（约为64～65HRC）。下田等对锻钢轧辊感应淬火后表面硬度达到HS100以上[11]（约66HRC）。

由于感应加热局限于表层一定深度内；工艺设备的成本较高；不能保证所有淬火面都能获得均匀的表面淬火层等使其发展受到一定限制。#p#分页标题#e#

2.1.2堆焊技术

堆焊是在零件表面熔覆上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。我国冶金行业轧钢设备中的轧辊采用堆焊技术修复后，堆焊层与母材能实现冶金结合、堆焊获得的表面层厚度最大。采用堆焊方法修复旧轧辊和制造新辊已成为我国轧钢企业降低成本提高效益的重要举措[12]。丁洁等对4Cr5MoSiV中合金耐热钢轧辊进行堆焊修复，堆焊层硬度达到46HRC [13]；聂斌英对ZUB1 40NCrMo半钢热轧辊进行堆焊修复，修复后轧辊的工作寿命与新辊相当[14]。

堆焊修复技术虽然能保证轧辊耐磨性，结合强度较高（200Mpa左右），但工艺复杂；生产率低；劳动条件差；硬度不太高；轧辊在堆焊时容易产生气孔、裂缝、夹渣、焊瘤和脱落；一般要求焊前预热，层间保温和焊后回火等，对于轧辊这样的大型零件不仅恶化了劳动条件，而且还显著提高工艺成本；同时，由于堆焊需要将焊料做成焊条，限制了堆焊焊料的选择，局限了堆焊技术的发展。

2.1.3热喷涂技术

热喷涂是采用热源使涂层材料加热熔化或半熔化，然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。热喷涂技术处理轧辊基体变形小，热影响区浅；喷涂层硬度比堆焊要高（＞70 HRC），有报道记载采用火焰喷涂修复材料为合金抗磨铸铁KmTBMn5W3的轧辊，耐磨性比电弧堆焊提高了3～4倍[15]。张枝捧等用氧乙炔火焰喷涂工艺修复失效的铝板轧辊辊颈，轧辊材料为9Cr2Mo[16]；A.Nakajima等采用热喷涂工艺在感应加热淬火处理的碳钢轧辊上喷涂WC-Cr-Ni金属陶瓷，并研究了其耐磨性及抗剥落能力[17]。

该技术主要局限性是涂层与基材结合强度较低（#p#分页标题#e#25MPa左右或＞80MPa不等，结合机理主要是机械结合）；而且涂层存在孔隙；韧性差；且存在一些残余应力；切削加工性较差。另外热喷涂热效率低；材料利用率低；在操作过程中存在一些危害因素，如燃爆危险、有害气体及粉尘、噪音及弧光、灼伤及触电危险等。

2.1.4热喷焊技术

热喷焊技术是采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙。热喷焊技术修复轧辊时热喷焊层组织致密，冶金缺陷少，喷焊层与基材为冶金结合，结合强度高，一般是热喷涂的10倍。蒋富惠等在轧辊表面热喷焊G112粉后，所得喷焊层硬度为58～62HRC [18]。罗伟中等在35CrNi3MoV钢轧辊上等离子弧喷焊Ni35+WC粉末，喷焊层与基体结合良好，耐磨性好[19]。

该技术缺点是热喷焊材料必须与基材相匹配，喷焊材料和基材范围比热喷涂窄得多且热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多。

2.1.5激光束表面改性技术

轧辊修复与强化常用的激光束表面改性技术包括激光淬火技术、激光表面熔凝技术、激光表面熔覆、激光表面合金化。激光束表面改性技术都存在基材对激光吸收率低，激光加工系统投资大的问题，但相对于其它修复方法，从修复后轧辊使用寿命、轧材质量、环保等角度考虑激光束表面改性技术还是拥有广泛的市场前景的。

激光淬火技术：是利用激光束照射到钢铁材料的表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，表层通过内层材料的导热作用快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层。激光淬火技术是最成熟、应用最广泛的激光表面处理技术[20]。其修复轧辊时，加热速度快、淬火硬度高、工件变形小（为高频淬火的1/3～1/10[21]）、后道工序工作量小、无氧化、无污染。用激光表面淬火技术对70Mn2Mo铸钢进行固态相变硬化处理，硬度可达65HRC，硬化层深#p#分页标题#e#0.6mm[22]。

由于激光淬火后的淬硬层深一般都不超过1mm使其难以满足轧辊承受很大的接触负荷及冷热疲劳交变载荷对表面淬硬层的严格要求，且光斑功率不均匀使淬火质量有明显波动，给制定工艺带来极大不便等方面影响其应用。

激光表面熔凝技术：用激光束将基材表面加热到熔化温度以上，熔化层表面在激光束移开以后由于基材内部导热而快速冷却并凝固结晶。激光熔凝技术处理轧辊，熔凝层比激光淬火层的总硬化层深度要深，硬度要高。对铸钢轧辊进行激光表面熔凝处理后最高峰值硬度可达700HV0.2以上[23]，约为60～61HRC。NiCrMo半冷硬铸铁轧辊激光相变硬化后硬度达到65HRC，经激光熔凝处理后硬度达到70HRC[24]。

激光表面熔覆：采用激光加热将预先涂覆在材料表面的涂层与基体表面一起熔化后迅速凝固，得到成分与涂层基本一致的熔覆层。激光表面熔覆由于输入热量少，工件变形小，可以改善整体铸造粗糙度等优点在轧辊方面得到广泛应用。在AISI1045钢轧辊上激光熔覆CPM10和CPM15粉末，CPM10涂层硬度达到650HV[25]，在57～58HRC之间；李胜等利用自制Fe2合金粉末修复一支大型德国制造的轧辊[26]。有实验表明[27]：按磨损量计算，白口铸铁热轧辊激光熔凝后，寿命比原来提高15.6%～#p#分页标题#e#23.4%；经激光熔覆后，寿命提高了28.7%～37.4%。

激光表面合金化:用激光将合金化粉末和基材一起熔化后迅速凝固，在表面获得合金层。它相对于激光熔覆的优点是它可以在廉价基材表面获得与基材本身差别很大的具有良好表面性能的新合金层。从而增加工件的使用寿命并降低材料损耗。由于合金元素完全溶解于表层内，获得的改性层成分很均匀，对皲裂和剥落等倾向不敏感[28]。激光表面合金化处理轧辊时具有能量作用集中，热影响区小，覆层组织细小，结构致密，气孔率低而且容易实现自动化生产线，没有化学污染、无辐射等优点。另外，合金化元素添加方式很多，工艺方式灵活，既可以是基材中固熔添加的硬质点，也可以是原位生成的，使得激光合金化技术更具有优势。某热轧辊进行激光表面合金化处理后，其使用寿命提高近一倍。蔺荣岩等人在45钢轧辊表面预涂Cr-Ni-W-Co合金粉末后进行激光表面合金化处理，处理后硬度达到720HK[29]，约为59～60HRC；在常用于轧辊材料的铸铁基体上进行合金化层为富铌合金的激光表面合金化处理后，硬度为1100～1600HV[30]（约为70～77HRC）。作为轧辊材料的球墨铸铁经激光束合金化纯铜粉末后大大提高抗蚀性能，延长铸铁使用寿命[31]。

由上综合考虑生产成本、效率、处理后轧辊质量、环保等因素，可见，激光表面合金化修复失效轧辊是很有潜力的表面热处理方法。