20081182104 激光毛化技术的应用.doc

激光毛化的应用- 　　由于激光毛化技术的特殊性，其对轧辊、冷轧生产、冷轧成品均产生其他毛化方法无法替代的积极的影响。 　　１.激光毛化工艺可显著提高轧辊使用寿命分析毛化加工原理和轧制工艺，可容易理解激光毛化轧辊使用寿命的提高主要是通过以下三个途径实现的。　　(1)表面改性与细晶强化作用激光毛化时，辊面作用区材料由于熔凝速度非常快（加热速度可达l06～109℃/s，冷却速度≥105℃/s，远高于水淬），可以形成超细晶(深亚微米至纳米级)甚至非晶组织，其硬度可超过HV900（HRC67)，远高于常规淬火所能达到的程度，高硬度的表面组织有利于提高辊面的耐磨损能力。　　(2)毛化形貌的耐磨作用激光毛化后，辊面形貌发生变化，毛化加工形成的微坑和凸包均布于辊面。这种辊面形貌既有利于改善轧制时辊与板间的摩擦状态，又有利于保持良好的润滑条件。均匀分布的微坑还可以起到收集磨粒、防止它们磨损轧辊和擦伤板面的作用。　　(3)表面应力松驰的韧化作用为了提高其使用寿命，通常要对冷轧工作辊进行表面淬火处理。要求的硬度愈高，由马氏体相变导致的体积膨胀效果愈严重，产生的残余压应力也愈大。压应力过大，容易导致辊面爆裂，反而危害轧辊的使用，因而是有害的。用激光方法毛化这种轧辊，其表层激光辐照区域的材料由于熔凝时的热胀冷缩作用会产生残余拉应力。X光应力测定结果表明，当激光辐照区域(微坑)的密度达到一定程度时，这种均匀分布的拉应力确实可以有效地松弛轧辊表层中原有的强残余压应力，从而使轧辊表面得到韧化。　　激光毛化辊所轧制钢带表面粗糙度Ra的变化情况为，轧制初期（约为轧制量的15%），表面粗糙度下降较快，以后趋缓，这主要与激光毛化辊表面形貌有关。在激光毛化辊初用阶段，凸起部分的尖峰钝化得较快，在使用一段时间以后，凸起部分比较钝，相应激光毛化辊的磨损量减小。而凸起部分尖峰高度以及凸坑形状等都可以通过改变毛化工艺加以控制，因而在使用激光毛化辊时，不会因粗糙度值变化过大而使轧制条件发生较大改变。　　激光毛化轧辊的使用寿命随冷轧压下率、冷带材质及其硬度的不同而有所不同。工业应用表明，冷轧工作辊经激光毛化加工后，其使用效果和使用寿命有明显的提高。在2O辊森吉米尔轧机上用其冷轧低碳钢板，激光毛化轧辊的寿命比普通轧辊高3倍以上；在普通二辊轧机上用激光毛化轧辊冷轧高强度(σb≥800 MPa)65Mn弹簧钢，其寿命是普通轧辊的2～3倍；用其平整退火低碳软钢板，其使用寿命可较普通轧辊提高2倍以上，有的甚至达到10倍，这取决于对产品表面粗糙度的控制范围。　　2.对冷轧生产的作用毛化辊的应用最初是在平整机上。　　由于毛化辊增加了轧辊与轧件间的摩擦，有利于防止“打滑”，从而使轧件能均匀变形，获得力学性能一致的产品，并使轧件表面获得所要求的光洁度（粗糙度）。随着激光毛化技术的提高，轧辊的耐磨性及轧辊的毛化工效都得到了提高，使轧机工作辊毛化成为了可能，对冷轧生产带来了积极作用。　　(1)避免轧制时“粘钢”　　“粘钢”现象常出现在大压下、高轧速的情况下，特别是生产薄带时，轧件与轧辊的相对滑动，产生局部高温，在轧件表面形成不规则的剥落，影响产品质量。根据轧辊与轧件接触表面摩擦的特征，可分为干摩擦、半干摩擦、吸附润滑摩擦、液体摩擦四种状态，产生粘钢的原因是因为在压力加工过程中，在辊与钢带接触表面内没有任何润滑介质薄膜存在，而处于直接接触状态产生干摩擦。因此消除粘钢就是要使轧辊与钢带接触表面上在高速、高压状态下能够有均匀而良好的润滑层，也就是在带钢表面上形成均匀致密的一层油膜。在较高速轧制过程中，高压下的金属质点要得到强迫延伸，光辊轧制使其将油膜拉开，很难在轧辊与钢带接触面上形成一层油膜，激光毛化辊由于在表面上存在均匀致密的凹坑，这些凹坑起了“储油器”的作用，它们将轧制油连续带入变形区，而不会象光辊轧制那样把轧制油挤走。激光毛辊辊面密封式的凹坑在轧制中能有效地将润滑油带入轧制变形区，起着储油和冷却的作用，能明显改善冷轧的润滑及冷却条件，有利于材料的流动。轧辊与钢带之间始终保持着良好的润滑环境和冷却条件，轧辊与钢带之间形成一层油膜，油膜中的反作用力还能促使它们在离开变形区后迅速分离，避免了粘辊，使得钢带表面质量得到明显改善。　　(2)提高轧制速度和压下率由于激光毛化辊改善了润滑条件，避免了“粘钢”现象，因而可实现高速和大压下轧制。在精密带生产实践中，使用激光毛化辊可提高轧制速度45%左右。同时，道次压下量也得到提高，加上轧辊使用寿命的提高，使生产效率得以提高。　　(3)减轻轧制“横纹”　　“横纹”是轧制不稳定时，轧辊和轧件产生滑动，在轧件表面产生的振动纹痕，当轧速较高、压下量较大、张力较大时更易出现。而使用激光毛化辊能显著减轻轧制“横纹”，改善表面质量。分析认为：激光毛化轧辊凸包可