前言
軋輥的質量和使用壽命，直接關系到軋制生產的生產效率、產品質量及生產成本。我國軋輥材料供應不足、價格較高，一旦軋輥表面磨損失效，整個軋輥報廢，將造成巨大的材料浪費。如何修復失效軋輥，一直是軋輥制造業面臨的重大問題。軋輥失效的最普遍原因是早期磨損失效。而軋輥的耐磨性決定于軋輥工作表面的硬度，通過合理的熱處理方式可以滿足軋輥的硬度要求。本文比較了軋輥修復常用的幾種表面熱處理工藝，同時展望了激光表面合金化熱處理工藝修復軋輥的發展前景。
1軋輥概述
軋輥是使（軋材）金屬產生塑性變形的工具，是決定軋機效率和軋材質量的重要大型消耗性部件。軋輥的主要技術指標有強度、硬度、耐用性及耐熱性（熱軋工作條件下）。軋輥根據其工礦條件分為冷軋輥和熱軋輥，下面分別介紹。
1.1軋輥工作條件及用材分析
⑴ 冷軋輥工作條件及用材分析
冷軋輥在工作過程中要承受很大的軋制循環應力、強力摩擦和擠壓、瞬間高溫和強烈沖擊[1]，軋件的焊縫、夾雜、邊裂等問題也對軋輥有影響。
根據冷軋輥的工作條件，輥面需具有高而均勻的表面硬度（＞62HRC）、深的淬硬層（不應小于輥身直徑的1.5%，且不得小于5mm）；輥身邊緣的硬度應較低；頸部具有較低的硬度（32～35HRC）。總之，冷軋輥要有抵抗因彎曲應力、扭轉應力、剪切應力引起的開裂和剝落的能力，同時也要有高的耐磨性、接觸疲勞強度、斷裂韌性和熱沖擊強度等。冷軋輥的發展方向是在進一步提高強度、硬度和淬硬層深度的同時，保證一定的韌性。
冷軋輥的材料應具有高的含碳量并含有加深淬透性、淬硬性并細化晶粒的合金元素。國內外冷軋工作輥一般使用的材質有GCr15、9Cr2、9Cr、9CrV、#p#分頁標題#e#9Cr2W、9Cr2Mo、60CrMoV、80CrNi3W、8CrMoV、86CrMoV7、Mo3A、87CrMnMo、9Cr2Mn等。
⑵熱軋輥工作條件及用材分析
熱軋輥常工作在700℃～800℃（有時其接觸的軋材高達1200℃）的高溫環境，與灼熱的鋼坯相接觸，承受強大的軋制力，表面承受軋材的強力磨損，反復被熱軋材加熱及冷卻水冷卻（可被冷卻水冷卻至100℃～150℃），經受溫度變化幅度較大的熱疲勞作用[2]。
熱軋輥的工作條件要求熱軋輥材料必須具有高的淬透性，低的熱膨脹系數，高的熱傳導能力、高溫屈服強度、抗氧化性、高溫蠕變強度，優良的抗回火能力，材質均勻，表面硬度均勻等。熱軋輥的發展主要在于提高其耐磨性。其材料包括鍛鋼軋輥、無限冷硬鑄鐵軋輥、普通冷硬鑄鐵、低NiCrMo、中NiCrMo、高NiCrMo鑄鐵材料、鑄鋼軋輥、球墨復合鑄鐵軋輥、半鋼和高硬度特殊半鋼材質、高鉻鑄鐵、半高速鋼和高速鋼等。
1.2軋輥失效形式及分析
冷軋輥使用中的主要失效形式有輥面裂紋和剝落、輥面磨損、劃傷、粘輥、軋輥斷裂等。熱軋輥主要失效形式有熱疲勞引起的熱龜裂和剝落、輥身表面磨損、軋輥斷裂、過回火和蠕變、纏輥，失效面幾乎覆蓋整個工作面#p#分頁標題#e#[2，3]。
冷、熱軋輥最普遍的失效形式都是輥面剝落和磨損，下面分別介紹。
⑴輥面裂紋和剝落
冷軋輥輥身表層由于抗裂能力變壞而出現的表層剝落，是一種最嚴重和常見的事故。一些工廠的長期統計表明，裂紋和剝落可占報廢總數的75%左右，其中剝落可占半數。
按導致剝落的原因分，冷軋輥剝落主要有三類。第一類，軋制事故、磨削不當及異物卷入等原因造成對軋輥熱沖擊或機械沖擊而誘發的表面疲勞裂紋擴展最終導致剝落。目前冷軋輥絕大多數剝落都屬于這種類型[4]。第二類，輥身工作層內存在夾渣、孔隙等冶金制造缺陷，使用中在循環應力的作用下局部誘發疲勞裂紋并擴展最終導致剝落[5]。第三類，局部接觸應力造成軋輥表皮下形成裂紋并最終剝落，這種次表層初始裂紋附近沒有明顯的冶金缺陷，但可根據該次表層裂紋擴展導致剝落情況來確定干摩擦條件下軋輥的使用壽命[6]，可見該類裂紋對于軋輥壽命有重要影響。
熱軋輥軋制時，軋輥受冷熱交替變化劇烈，從而在軋輥表面產生嚴重應變，逐漸導致熱疲勞裂紋的產生。在軋制過程中，帶鋼出現甩尾疊軋時，軋件劃傷軋輥，也可形成新的裂紋源。典型的熱疲勞損壞是熱龜裂。生產中出現的輥面剝落，多數為輥面裂紋所致。當裂紋發展成與輥面成一定角度甚至向與輥面平行的方向擴展，則最終造成剝落[7]。
⑵輥面磨損
嚴重的輥面磨損會導致軋輥形狀的變化，改變工作輥之間的輥縫，使軋件平直度不能滿足要求[8]，且軋輥使用壽命過短的最普遍原因就是表面磨損失效。因此對于軋輥輥面磨損必須予以重視。軋輥磨損形式非常復雜，疲勞磨損、磨粒磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、微動磨損這幾種磨損形式同時存在，交替作用。
疲勞磨損（熱疲勞和接觸疲勞）：軋制過程中軋輥不停旋轉，其表面受到周期性的熱沖擊和接觸應力，導致軋輥表面材料疲勞剝落形成凹坑，導致疲勞磨損的發生。
磨粒磨損：軋制區高溫軋件表面再生氧化皮在軋制力作用下破碎、脫落，其碎片殘留在軋輥表面，它混合著其它磨損形式的產物引起軋輥表面材料脫離或塑性變形，從而產生磨粒磨損。
粘著磨損：軋制區軋輥與軋件在高溫高壓下緊密接觸，從而使軋輥與軋件表面發生粘著、剪切效應，從而使軋輥和軋件表面材料發生脫落或向對偶表面轉移，發生粘著磨損。#p#分頁標題#e#
腐蝕磨損：現代軋機普遍使用乳化液作為工藝潤滑劑，在乳化液化學作用下，加劇了軋輥的磨損過程，而軋制區的高溫作用更可能使腐蝕磨損過程加劇。
微動磨損：軋輥與軋件接觸表面處于邊界或混合潤滑狀態下，也正處在摩擦特性曲線的陡降階段。此處，摩擦力具有明顯的負阻尼特性，從而導致軋輥自激振動，軋輥和軋件在這種微動小振幅的相對振動下產生微動磨損。其機理復雜，同時包括粘著、氧化、疲勞和磨粒磨損作用。
冷軋輥磨損形式主要是磨粒磨損。熱軋輥磨損形式主要是粘著磨損、磨粒磨損、微動磨損及疲勞磨損。
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