閆超

（北京首鋼機(jī)電有限公司遷安機(jī)械修理分公司，河北 遷安 064400）

耐磨復(fù)合鋼板是一種采用復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)的耐磨復(fù)合材料，在設(shè)計(jì)上綜合了耐磨合金和基體材料的優(yōu)點(diǎn)，并彌補(bǔ)了各自的不足，具有單一金屬或合金無(wú)法比擬的優(yōu)異綜合性能，因此被廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域。耐磨復(fù)合鋼板一般是在普通低碳鋼板表面復(fù)合一層耐磨性比普通碳鋼高數(shù)倍的耐磨材料，復(fù)材提供較高的硬度和優(yōu)良的耐磨性，基材提供良好的韌性和可焊性，具有良好的綜合性能。耐磨復(fù)合鋼板的使用除了能顯著提高零件的使用壽命之外，還可顯著減少合金材料的消耗，使各種裝備的材料成本大為降低。

熱軋軋機(jī)設(shè)備所采用的襯板主要在軋機(jī)機(jī)架與軋輥軸承座之間起到導(dǎo)向的作用。機(jī)架襯板的硬度范圍通常為HRC58～62。襯板的硬度不僅提高了材料的耐磨性能，同時(shí)也提高了材料的抗拉強(qiáng)度，可有效防止由于摩擦而產(chǎn)生的劃傷或硌痕。由于襯板在工作過(guò)程中要經(jīng)受軸承座滑動(dòng)副的滑動(dòng)摩擦、來(lái)自軋制過(guò)程中的巨大沖擊力以及來(lái)自高壓噴水的腐蝕和氣蝕影響，磨損及碎裂趨勢(shì)非常嚴(yán)重，用單一材料已無(wú)法滿足襯板苛刻的使用要求。就目前國(guó)內(nèi)軋機(jī)所使用的襯板來(lái)看，主要有幾種類型，即表面感應(yīng)淬火襯板、表面氮化襯板和復(fù)合襯板，目前，生產(chǎn)耐磨復(fù)合襯板的方法主要有表面淬火、鑄造、堆焊和爆炸等。耐磨復(fù)合襯板的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但其制造方法卻有很多問(wèn)題難以攻克，生產(chǎn)難度較大，成品率不高。

1 激光熔覆技術(shù)的原理和特點(diǎn)

1.1 激光熔覆原理

激光熔覆技術(shù)是以不同的填料方式，在被涂覆基體表面上增加已選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻射使之和基體表面同時(shí)熔化，并快速凝固形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層，具有熱影響區(qū)小、稀釋率低、熔覆層晶粒度細(xì)、表面硬度高、耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn)。可有效改善基體材料表面的耐磨、耐腐蝕和抗氧化等性能。

1.2 激光熔覆技術(shù)主要應(yīng)用范圍

（1）熱軋層流冷卻區(qū)域的層流冷卻輥、精軋活套輥等。

（2）熱軋卷曲區(qū)域的助卷輥、機(jī)架輥、卸卷小車托卷輥等。

（3）熱軋軋機(jī)牌坊、牌坊襯板、軋機(jī)的激光熔覆制作。

（4）電機(jī)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸承位等的激光熔覆補(bǔ)償尺寸。

（5）階梯墊、碾壓輪、去毛刺機(jī)及碎邊剪刃等關(guān)鍵部件的激光熔覆補(bǔ)償焊接。

2 軋機(jī)襯板的激光熔覆應(yīng)用

2.1 軋機(jī)襯板基本情況

軋機(jī)襯板一般長(zhǎng)方薄板結(jié)構(gòu)，厚度尺寸25～50mm。工作表面硬度為HRC 56～62，工作表面粗糙度Ra 0.8，平面度≤0.05mm。

2.2 軋機(jī)襯板試驗(yàn)過(guò)程

以規(guī)格750×670×30mm軋機(jī)襯板為例，圖紙要求材質(zhì)為C45+N，表面硬度HRC50～56，硬化層深度2～4mm。針對(duì)此種襯板，前期無(wú)自主制作能力，主要采購(gòu)爆破板制作的成品。

為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)軋機(jī)襯板制作能力，公司計(jì)劃試驗(yàn)開(kāi)發(fā)自主化制作軋機(jī)襯板。在襯板制作試驗(yàn)中，首先采用表面淬火技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)制作。首次試驗(yàn)襯板，厚度方向留1mm余量進(jìn)行單面表面淬火，但是工件淬火后變形嚴(yán)重，變形量超過(guò)4mm，在硬度和平面度方面均不能達(dá)到圖紙要求，校平之后為提升硬度對(duì)工件進(jìn)行二次表面淬火，淬火之后在螺紋孔位置產(chǎn)生裂紋，首次試驗(yàn)失敗。

二次試驗(yàn)時(shí)總結(jié)第一次失敗經(jīng)驗(yàn)，越厚的鋼板在淬火之后的變形量越小，制定工藝流程為使用60mm鋼板下料，采用激光表面淬火，淬火完成后工件變形量為4mm，隨后進(jìn)行厚度尺寸加工，并在銑削過(guò)程中多次校平防止變形，留1mm磨削余量，校平之后磨削最后成品，計(jì)劃對(duì)襯板淬火面精磨一刀見(jiàn)光，滿足粗糙度要求即可，背面磨削下量保證厚度。磨削之前最后一次校平，塞尺檢測(cè)變形量小于0.3mm，但是此襯板變形形式為4個(gè)角翹起，平面中心與四角之間存在高度差，此種變形形式恰好為塞尺檢測(cè)盲點(diǎn)，淬火面磨平見(jiàn)光之后將淬火層磨掉，造成硬度不夠，二次試驗(yàn)依然失敗。

分析第二次試驗(yàn)失敗原因，加工之后應(yīng)力變形導(dǎo)致襯板四角翹起，雖然塞尺檢測(cè)變形量符合工藝要求，但實(shí)際變形量較大，磨削過(guò)程磨掉了淬火層，造成硬度值不足。

2.3 為了解決前兩次試驗(yàn)失敗問(wèn)題，重新制定襯板試驗(yàn)方案

綜合試驗(yàn)加工過(guò)程中板面變形情況及現(xiàn)場(chǎng)使用情況，確定采用激光熔覆的方式來(lái)滿足工作面的使用要求。襯板基材使用42CrMo鋼板，基材調(diào)質(zhì)處理，硬度HB214-255，考慮激光熔覆焊接變形問(wèn)題，對(duì)圖紙有硬度要求的面進(jìn)行激光焊接，熔覆層厚度2.4mm左右，機(jī)加工后有效層厚度大于1.5mm，可滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

2.4 激光熔覆焊粉選擇

2.4.1 襯板化學(xué)成分（如表1所示）

表1 襯板化學(xué)成分表

2.4.2 硬度檢測(cè)結(jié)果

硬度檢測(cè)結(jié)果為HB214～255。

2.4.3 碳當(dāng)量計(jì)算

w(C)eq=(C)+1/6w(Mn)+1/5w(Cr)+1/5w(Mo)+1/5w(V)+1/15(Cu)+1/15w(Ni)

其中：w(X) 表示該元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）,計(jì)算碳當(dāng)量時(shí)應(yīng)取其上限。

根據(jù)上式和SNCM420化學(xué)成分含量表，得到碳當(dāng)量：Ceq=1.32。

2.4.4 原材料選用

通過(guò)對(duì)母材元素成分和表面硬度要求進(jìn)行分析，確定使用-11粉末進(jìn)行熔覆。熔覆后表面硬度約 HRC50～53。-11粉末具體成分如下。

表2 -11焊粉成分

2.5 具體工藝流程

按圖紙規(guī)格下料鋼板，長(zhǎng)寬留量10mm，厚度留量5mm，先粗銑鋼板上下表面，保證平行度要求，厚度留量2mm左右，再對(duì)鋼板工作面進(jìn)行激光熔覆。激光熔覆過(guò)程將鋼板直立，使用壓板緊固到胎具上。同時(shí)鋼板按照1/6進(jìn)行分區(qū)，分別進(jìn)行單塊交叉激光熔覆以減少焊接變形，過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)變形量，變形量大于2mm時(shí)使用矯平機(jī)進(jìn)行矯平加工，矯平后再繼續(xù)激光焊接。激光焊接參數(shù)：窄光斑4.3mm，焊接速度18mm/s，步進(jìn)1.6mm，送粉量2r/min，功率2800W。焊接厚度為2.4mm。激光焊接完畢進(jìn)行退火處理，退火要求：溫升速度100℃/h，升至500℃保溫4h，隨爐冷卻至300℃，開(kāi)爐門空冷至室溫出爐。將襯板上壓力機(jī)進(jìn)行矯平，未焊接面變形量＜0.3mm，為加工做準(zhǔn)備。

激光熔覆后加工不再采用磁臺(tái)吸附加工方式，改用螺栓安裝方式進(jìn)行表面加工。根據(jù)襯板孔的尺寸及特點(diǎn)，對(duì)孔加工分粗精加工兩道序，前期將孔制作成雙面臺(tái)階孔，并制作安裝胎具，便于螺栓安裝。通過(guò)2～3遍的翻面加工，不僅保證了襯板工作面熔覆層厚度尺寸≥1.5mm，同時(shí)也能夠保證襯板的平行度要求。當(dāng)襯板表面精銑完成后，再按照?qǐng)D紙完成工藝孔位的擴(kuò)孔加工，成品襯板表面使用拋光機(jī)打磨，提高粗糙度。

經(jīng)過(guò)加工工藝的改進(jìn)，配合熔覆面后的校平，能夠保證襯板圖紙尺寸及工藝要求。襯板試制成功，并安排上線使用。

3 軋機(jī)襯板上線使用效果評(píng)定

經(jīng)過(guò)激光熔覆技術(shù)制作的軋機(jī)襯板，主要應(yīng)用于熱軋1580精軋機(jī)F5牌坊，根據(jù)在線使用情況跟蹤統(tǒng)計(jì)，在線使用過(guò)鋼量30萬(wàn)t后，測(cè)量襯板各部尺寸，最大磨損量小于0.1mm，滿足了實(shí)際生產(chǎn)需求，達(dá)到了預(yù)期目的。

4 結(jié)語(yǔ)

利用激光熔覆技術(shù)制作的軋機(jī)襯板，保證了襯板的尺寸精度要求，能夠達(dá)到耐磨損、防腐蝕的技術(shù)要求，較傳統(tǒng)的表面淬火襯板、爆破復(fù)合襯板等優(yōu)勢(shì)明顯，既滿足了生產(chǎn)需求，又能夠降低備件費(fèi)用。激光熔覆技術(shù)解決了傳統(tǒng)焊接過(guò)程中不可避免的熱變形嚴(yán)重等問(wèn)題，在未來(lái)的冶金行業(yè)應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。