冶金轧辊激光制造与再制造质量

1、2011年2月10日,冶金轧辊激光制造与再制造 技术交流报告,目 录,一、公司简介 二、轧辊制造的基本矛盾与激光表面强化 三、轧辊激光制造与再制造的强化机理及应用 四、冶金轧辊激光再制造典型案例 附：宝钢无缝穿孔机轧辊激光强化项目方案,沈阳大陆激光成套设备有限公司,沈阳大陆企业集团是从事高功率激光加工成套设备的开发、生产、销售及对外激光加工服务的高科技企业，是中国高功率co2激光加工设备制造和加工应用的龙头企业，是国家授权的高功率激光器行业标准的主要制订单位。 公司主要技术骨干来源于重点大学及科研院所，多年从事激光加工技术的研究开发和生产工作，具有坚实的理论基础和丰富的实践经验。公司员工80以

2、上具有大专以上学历，拥有博士、硕士等各类高级专门人才近二十人。公司有由数位院士领衔的顾问团队。 集团所属的激光成套设备有限公司和激光技术有限公司及其各地的分公司在研发高性能高功率激光加工设备硬件的同时，致力于高功率激光加工工艺技术的开发。 公司产品和技术主要应用于表面工程方面的激光制造和再制造，主要核心工艺技术为激光表面合金化、淬火、熔凝及激光熔覆技术。产品和技术广泛应用于冶金、石化、电力、航空、船舶、铁路等行业。其中冶金轧辊表面激光强化技术和装备已应用于国内二十多家钢厂，取得了显著的经济效益和社会效益 。,一、公司简介,沈阳大陆激光成套设备有限公司,二、轧辊制造的基本矛盾与激光表面强化,冶金

3、轧辊是钢厂轧钢生产重要的关键消耗部件，轧辊的性能和使用寿命不仅决定了轧辊消耗，而且决定了轧钢生产产量和效率、能源消耗及产品质量。决定轧辊使用寿命的主要性能为轧辊强度和表面高温耐磨性。 理想的轧辊应同时具备高强度和高耐磨性，近百年来轧辊制造技术的发展主要是从冶炼、制造工艺、材质改进及热处理方面来调和轧辊强度与耐磨性的基本矛盾。在无法有效剥离上述基本矛盾的前提下，传统的材料及工艺技术的开发必然会带来轧辊制造成本的大幅上升。如想使轧辊兼备高强度和高耐磨性，制造过程中需添加大量贵重、稀有的合金材料，造成难以承受的高成本，同时，轧辊的功能层仅几至几十毫米，而整体高合金的添加也造成稀缺资源的严重浪费。 激

4、光表面强化就是在高能束激光的作用下，将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。换一句话讲，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。 在轧辊上采用激光表面强化技术可以使轧辊在制造过程中有效剥离强度与高耐磨性的基本矛盾，即通过激光表面合金化技术解决表面耐磨性问题，而传统工艺解决强度问题。,沈阳大陆激光成套设备有限公司,三、轧辊激光制造与再制造的强化机理,冶金热轧辊使用过程中在高温高压下的热磨损是其最主要的失效方式，因此不断提高轧辊的使用寿命一直是国内外轧辊设计制造和使用领域努力的方向。经过十年的技术攻关，我公司陆续开发出冶金热轧辊表面激光熔凝淬火技术、

5、激光纳米陶瓷合金化技术、激光熔覆碳化物陶瓷涂层技术，形成了完备的技术体系，可广泛应用于冶金热轧辊的激光表面强化制造与再制造。,沈阳大陆激光成套设备有限公司,采用聚焦高功率激光束作用于轧辊表面，轧辊表面产生快速的熔化，当激光束移开后在基体自冷却作用下熔化区产生快速的凝固。上述过程是在104-105k/s极快的加热和冷却速度下进行的，轧辊表面形成均匀、致密的超细化急冷凝固组织。对于锻钢、铸钢及普通球墨铸铁轧辊，表面均形成超细化淬火马氏体组织，具有较基体显著提高的硬度和耐磨性。 适用范围及限制：激光熔凝淬火技术仅对锻钢、铸钢及普通球墨铸铁轧辊有显著强化效果，即各类钢制开坯辊、粗轧辊，球铁粗轧辊及大型

6、型材球铁精轧辊，过钢量可提高0.5-2倍。但对其它材质轧辊表面强化无明显效果；,冶金热轧辊激光表面熔凝淬火强化,沈阳大陆激光成套设备有限公司,冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化强化,采用聚焦高功率激光束作用于预置有纳米陶瓷涂料的轧辊表面，轧辊表面产生快速的熔化，当激光束移开后在基体自冷却作用下熔化区产生快速的凝固。上述过程是在104-105k/s极快的加热和冷却速度下进行的，轧辊表面形成均匀、致密的超细化急冷凝固合金化组织。铸铁轧辊合金化组织由碳化物、共晶莱氏体及莱氏体上大量弥散分布的碳化物组成。合金化层具有较熔凝淬火显著提高的硬度，可达hv800-1500，强化轧辊过钢量可提高0.5-2倍。

7、适用范围及限制：适用于除离心复合针贝高nicrmo轧辊以外的各类材质轧辊。,沈阳大陆激光成套设备有限公司,轧辊表面激光合金化金相与硬度,沈阳大陆激光成套设备有限公司,合金化层为碳化物+共晶莱氏体 莱氏体上分布大量的弥散碳化物颗粒,合金化区与基体热影响区,采用激光熔覆技术在轧辊表面激光熔覆碳化钨涂层，涂层主要由硬度hv2500-3000的碳化钨颗粒及粘结相组成。陶瓷涂层具有极好的耐磨性，可达普通球铁的50倍。对螺纹钢精轧辊，过钢量可达离心轧辊的3倍，对高线辊环，过钢量可达到乃至超过粉末冶金wc辊环的过钢量。 适用范围：适用于各类轧辊尤其适用于各类精轧辊。,冶金热轧辊表面激光熔覆碳化钨涂层,沈阳大

8、陆激光成套设备有限公司,1、螺纹钢轧辊 2、特钢棒材轧辊 3、高速线材轧辊 4、中大型型材轧辊 5、热轧无缝管轧制工模具 6、热轧板材及中宽带轧辊,沈阳大陆激光成套设备有限公司,四、冶金轧辊激光再制造典型案例,1、螺纹钢轧辊,沈阳大陆激光成套设备有限公司,唐钢棒线材厂 名称：粗中轧辊 架次：1-16架 材质：中低ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：过钢量提高0.5-1.2倍 唐钢拥有两条棒材生产线，年产量200万吨，沈阳大陆企业集团唐山分公司已在唐钢棒线厂形成轧辊包线商务模式，年合同额近千万元。,沈阳大陆激光成套设备有限公司,承钢棒线材厂 名称：粗中轧辊 架次：1-16架 材

9、质：中低ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.5-1.2倍 承钢两条棒材生产线，年产量200万吨，沈阳大陆企业集团承德分公司已在承钢棒线厂形成轧辊包线商务模式，年合同额近千万元。,首钢型材厂 名称：粗中轧辊 架次：1-10架 材质：中nicrmo合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.5-1倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,凌钢棒线厂 名称：开坯辊 材质：150crnimo合金半钢 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高1-1.5倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,酒钢棒线厂 名称：粗中精轧辊 材质：粗轧辊：150crnimo半钢 中精轧辊：中ni

10、合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.7-1倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,2、 特钢棒材轧辊,大冶特钢 名称：650、750、850轧机粗轧开坯辊 及中轧辊 材质：150crnimo半钢及中ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.7-1.5倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,兴澄特钢钢 名称：1-5架粗轧辊及6-8架中轧辊 材质：粗轧辊：150crnimo及220crnimo 中轧辊：中低ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.7-1.2倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,石家庄钢厂 名称： 粗轧开坯辊及中轧辊 材质： 粗轧辊：1

11、50crnimo半钢 中轧辊：中ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.7-1倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,首钢特钢厂 名称：粗轧辊 材质：70mn2mn 处理工艺：激光合金化+激光熔覆 激光强化后过钢量：提高0.7-1倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,唐钢线材厂 名称：粗中轧辊 架次：1-10架 材质：中低ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.5-1.2倍,3、高速线材轧辊,沈阳大陆激光成套设备有限公司,首钢高速线材厂 名称：粗轧辊 材质：150crnimo合金半钢 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.7-1倍,沈阳大陆激光成套设

12、备有限公司,湘钢高速线材厂 名称：粗轧辊 材质：150crnimo合金半钢 或 60crnimo锻钢 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高1.5-2倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,宝钢条钢厂 名称：开坯辊 材质：60crnimo 处理工艺：激光熔凝、激光熔覆 激光强化后过钢量：提高0.7-1倍,4、中大型型材轧辊,沈阳大陆激光成套设备有限公司,鞍钢大型厂 名称：铁路重轨轧辊 架次：bd1-bd2 材质：60crmnmo锻钢或合金铸铁 处理工艺：激光熔凝或激光合金化 激光强化后过钢量：提高50%以上,沈阳大陆激光成套设备有限公司,武钢大型厂 大型角钢槽钢 名称：粗轧辊 名称：精轧辊 材

13、质：60crmnmo锻钢 材质：合金球墨铸铁 处理工艺：激光合金化 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高1-1.5倍 激光强化后过钢量：提高1-2.5倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,阿城钢铁厂 名称：中型角槽钢轧辊 架次：粗中连轧轧辊 材质：粗轧辊：60crmnmo锻钢 中轧辊：crmo合金球墨铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.7-1.5倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,海城东四钢铁厂 名称：大型槽钢轧辊 架次：精轧轧辊 材质：中低ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.7-1.5倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,河北吉泰特钢厂 名称：大中型

14、球扁钢轧辊 架次：粗中轧轧辊 材质：粗轧辊：60crmnmo锻钢 150crmnmo半钢 中精轧辊：中ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.7-1.5倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,烟台鲁宝钢管厂 名称：轧管机、平整机轧辊、芯棒 材质：轧辊：60crnimo锻钢 芯棒：40crnimo锻钢 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高1倍 以上,5、热轧无缝管轧制工模具,沈阳大陆激光技术成套设备有限公司,河北力通联钢管厂 名称：轧管机轧辊 材质：40crnimo锻钢 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高1倍以上,沈阳大陆激光成套设备有限公司,衡阳钢管 名称：脱

15、管机轧辊 材质：中低ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高1倍以,沈阳大陆激光成套设备有限公司,本钢热连轧 名称：热连轧r1-r3粗轧辊 材质：150crnimo合金半钢 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高1-1.5倍,6、热轧板材及中宽带轧辊,沈阳大陆激光成套设备有限公司,宝钢集团梅钢热连轧厂 名称：热连轧r1-r3粗轧辊 材质：150crnimo合金半钢 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高1-1.5倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,新余钢厂中板厂 名称：热连轧中板粗轧辊 材质：高ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高0.5倍,沈阳

16、大陆激光成套设备有限公司,承钢中宽带厂 名称：粗中轧辊 材质：粗轧辊：150crnimo合金半钢 中轧辊：中ni合金铸铁 处理工艺：激光合金化 激光强化后过钢量：提高1-1.5倍,沈阳大陆激光成套设备有限公司,附：宝钢无缝穿孔机轧辊激光强化项目方案,一、穿孔机轧辊 材质：45#锻钢 硬度：260hb 轧制量：10000-12000 支 二、轧辊激光合金化强化的目的与解决难点 目的：提高轧辊使用寿命，提高轧辊的耐磨损能力,使轧辊激光表面合金化 强化处理成为保轧辊质量的关键措施。 难点：常规制造方法难以调和的穿孔机轧辊耐磨性与咬入性能之间的矛盾。 三、穿孔机轧辊激光强化工艺思路 在保持或改善穿孔机咬入条件的情况下，通过局部（咬入段）的非平衡激光合金化强化工艺设计，达到穿孔机轧辊整体寿命的提高。,沈阳大陆激光成套设备有限公司,四、实施工艺要素 1）保持轧辊咬入段现有的滚花及刻凹槽工艺并