高速鋼復合軋輥制造新工藝研究

徐冠軍 王 勤

（1.安徽機電職業(yè)技術學院，蕪湖 241002；2.銅陵孚融機械科技有限公司，銅陵 244000）

高速鋼復合軋輥的制造工藝通過將高速剛性材料與高韌性和高耐磨性的高速鋼材料復合，從而達到材料的優(yōu)勢互補和成本的最優(yōu)化。這種制造工藝借助于特殊的熱處理和表面處理技術，使復合軋輥在集中載荷、高溫熱壓和強沖擊等極端工況下表現(xiàn)出出色的性能。

1 高速鋼復合軋輥制造新工藝價值

高速鋼復合軋輥制造新工藝可以改善軋輥的質量和性能。軋輥制造工藝通常采用單一材料制造，金屬在連續(xù)軋制過程中容易產(chǎn)生磨損、塑性變形和裂紋等問題，導致使用壽命較短，需要頻繁更換，難以滿足高強度、高耐磨、高耐熱等多種工況要求。而高速鋼復合軋輥制造新工藝采用多種材料的復合結構，可以在滿足不同工況需求的同時提高軋輥的耐磨性、耐熱性、強度和韌性等性能指標。例如，可以將高速鋼與高強度結構鋼等材料復合制造，既保證了軋輥的耐磨性和耐熱性，又提高了強度、韌性和穩(wěn)定性，延長了軋輥的使用壽命。同時，復合結構的設計可以減輕軋輥的質量，減少應力集中，從而減少裂紋和斷裂的風險，進而降低設備的維護和更換成本，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。軋輥制造工藝需要采用高成本的特殊材料或合金，加工難度較大，制造周期長，成本較高。采用高速鋼復合軋輥制造新工藝可以通過合理的復合結構設計，最大限度利用材料的性能優(yōu)勢，降低材料成本，提高生產(chǎn)效率。

2 高速鋼復合軋輥制造新工藝要點

2.1 材料選擇與預處理

高速鋼是制造復合軋輥的主要材料，具有良好的高溫強度和耐磨損性能。選擇材料時，需要考慮高速鋼的化學成分、晶粒結構、熱處理能力等因素。高速鋼應具備高硬度、高強度和耐磨損的特點，以滿足軋輥在高溫和高壓下的工作要求。另外，晶粒結構的細度和均勻性是確保高速鋼復合軋輥性能穩(wěn)定的關鍵[1]。預處理旨在改善高速鋼材料的組織結構和性能，為后續(xù)的加工和成型做好準備。常見的預處理步驟包括熱處理和表面處理。熱處理通常包括退火、正火和淬火（見圖1）等工藝，通過控制加熱和冷卻過程，使高速鋼材料獲得理想的組織結構和力學性能。熱處理過程中的溫度、時間和冷卻介質的選擇非常關鍵，需要根據(jù)高速鋼的具體成分和要求進行調整。表面處理也是預處理的重要環(huán)節(jié)，包括酸洗、酸蝕、噴砂等工藝，以清除表面的氧化層和雜質，提高材料的表面質量和耐蝕性。

圖1 淬火示意圖

在高速鋼復合軋輥制造的材料選擇和預處理過程中，需要綜合考慮材料的化學成分、晶粒結構、力學性能及加工要求。合適的材料選擇和預處理能夠確保高速鋼復合軋輥具備良好的高溫強度和耐磨性能，提高鋼鐵生產(chǎn)的效率和質量。制定合理的預處理方案，能夠改善材料的組織結構和表面質量，為下一步的成型和加工提供良好的基礎。

2.2 復合工藝路線設計

在高速鋼復合軋輥的制造工藝中，合金材料的選擇和復合方法的確定至關重要。選擇合金材料時應考慮其硬度、耐磨性、耐熱性和機械強度等性能指標，以適應高速軋制工作環(huán)境下的要求。復合方法可以選擇熱壓焊、冷軋焊、爆炸焊等，具體選擇需要根據(jù)材料特性和工藝要求綜合考慮。例如，可以使用熱壓焊復合方法將高速鋼層與基體材料層通過高溫和壓力結合在一起，確保復合層的牢固程度和良好的界面質量[2]。在復合工藝路線的設計中，需要詳細確定各個工藝步驟和相應的工藝參數(shù)，包括預處理、預熱、焊接（見圖2）、熱處理和后處理等環(huán)節(jié)。預處理包括材料清洗、表面處理和加工預備等，作用是確保材料的表面清潔和加工性能。預熱可以提高焊接區(qū)域的溫度，并控制好預熱溫度和時間，以保證焊接質量。焊接過程中需要控制好焊接速度、焊接壓力和溫度等參數(shù)，確保復合層的均勻性和密實性。熱處理過程中，需要根據(jù)材料特性和產(chǎn)品要求確定合適的溫度和保溫時間，使材料獲得良好的組織結構和性能。后處理包括切割、修磨、清洗、檢測等環(huán)節(jié)，以保證最終產(chǎn)品的表面質量和性能。

圖2 焊接示意圖

2.3 熱處理工藝優(yōu)化

鋼材的熱處理溫度直接影響其組織結構和性能，對高速鋼復合軋輥來說，熱處理溫度的控制尤為關鍵。在實際生產(chǎn)中，需要根據(jù)具體的合金成分和軋輥的使用要求來確定熱處理溫度的具體數(shù)值。高溫處理能夠改善高速鋼的塑性和熱穩(wěn)定性，而低溫處理則能夠提高其硬度和耐磨性，需要通過調節(jié)熱處理溫度，使得高速鋼復合軋輥在具有足夠硬度和耐磨性的同時，保持較好的塑性和熱穩(wěn)定性，以滿足軋輥在高速、高溫、高應力環(huán)境下的工作要求。熱處理溫度的優(yōu)化對于高速鋼復合軋輥的制造至關重要，需要在保證硬度的前提下，綜合考慮軋輥的整體性能和使用壽命[3]。淬火工藝直接影響高速鋼的組織結構和硬度，對于復合軋輥的耐磨性和疲勞壽命有著重要影響。不同的淬火介質對于高速鋼的淬火效果有不同的影響，需要選擇合適的淬火介質來實現(xiàn)所需的組織結構和硬度。要根據(jù)不同型號的高速鋼復合軋輥和使用要求確定適合的淬火溫度范圍，以保證較高的硬度和較好的組織結構穩(wěn)定性，同時考慮淬火速度和成分控制等方面，保證軋輥的整體性能和使用壽命。

2.4 精密加工和表面處理

精密加工有助于確保復合軋輥的幾何尺寸精度和輪廓形狀精度，而表面處理可以提高軋輥的表面硬度和耐磨性。為了確保復合軋輥具有精確的幾何尺寸和輪廓形狀，需要對其進行精密加工，此時的首要任務是進行軋輥的車削和磨削工藝。在車削過程中，需要通過合理的刀具選擇、切削參數(shù)確定和刀具路徑規(guī)劃，確保軋輥的截面形狀和尺寸精確。在磨削過程中，則需要通過優(yōu)化切削速度、進給量和磨削刀具的選擇，將軋輥表面精加工至要求的精度和光潔度，還需要進行尺寸測量和超聲波探傷等，以確保軋輥在使用過程中不會出現(xiàn)尺寸偏差和缺陷。精密加工可以保證高速鋼復合軋輥的精度和穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率。常見的表面處理工藝包括熱處理和涂層處理[4]。熱處理工藝主要包括淬火和回火，通過調節(jié)淬火溫度和時間，可以改變高速鋼的組織結構和硬度，從而提高軋輥的表面硬度和耐磨性。涂層處理則是在軋輥表面涂覆一層專用涂層，如碳化鎢涂層、鉬涂層等，以提高軋輥的耐磨性，降低摩擦系數(shù)。這些表面處理工藝不僅可以增加軋輥的使用壽命，還可以降低能源消耗和生產(chǎn)成本。表面處理在高速鋼復合軋輥制造中至關重要，需要根據(jù)具體要求選擇合適的表面處理工藝，并合理控制處理參數(shù)，以獲得最佳的表面質量和性能。

2.5 數(shù)控加工技術和強化成形工藝

數(shù)控加工技術利用計算機軟件來控制機床和刀具的運動，實現(xiàn)對工件的高精度加工。在復合軋輥制造過程中，利用數(shù)控車床和數(shù)控磨床等設備可以實現(xiàn)對軋輥工件的高效加工，確保其幾何形狀和尺寸精度。數(shù)控加工技術具有高度自動化和精準加工的特點，可以大大提高復合軋輥的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。采用數(shù)控加工技術，可以實現(xiàn)對軋輥工件的復雜曲面和輪廓的精密加工，確保產(chǎn)品的整體精度和穩(wěn)定性。數(shù)控加工技術還可以通過優(yōu)化刀具路徑和切削參數(shù)，最大限度降低工件表面的加工殘余應力和劃痕，提高產(chǎn)品的表面質量和光潔度。數(shù)控加工技術在高速鋼復合軋輥制造中具有重要作用，有助于實現(xiàn)“精確、快速、穩(wěn)定”的生產(chǎn)要求[5]。強化成形工藝采用有限元分析、模擬計算和成形工藝優(yōu)化等手段，通過改進模具結構和成形工藝，實現(xiàn)對軋輥工件的智能化成形。在復合軋輥的制造過程中，強化成形工藝可以通過模擬分析輥身和芯軸的材料變形、應力分布和變形過程，優(yōu)化軋輥的結構設計和成形工藝參數(shù)，以滿足工件的精度和性能需求。

3 結語

高速鋼復合軋輥制造新工藝是鋼鐵行業(yè)技術創(chuàng)新的重要突破口。其應用有助于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量、節(jié)能減排等，因此具有廣闊的應用前景。未來，深入進行探討和研究，可以進一步完善高速鋼復合軋輥的制造工藝，推動相關技術的創(chuàng)新，促進金屬加工領域的發(fā)展和進步。