激光毛化技術(shù)的應(yīng)用

1、激光毛化技術(shù)的應(yīng)用-由于激光毛化技術(shù)的特殊性，其對軋輥、冷軋生產(chǎn)、冷軋成品均產(chǎn)生其他毛化方法無法替代的積極的影響。.激光毛化工藝可顯著提高軋輥使用壽命分析毛化加工原理和軋制工藝，可容易理解激光毛化軋輥使用壽命的提高主要是通過以下三個途徑實現(xiàn)的。(1)表面改性與細(xì)晶強(qiáng)化作用激光毛化時，輥面作用區(qū)材料由于熔凝速度非?？欤訜崴俣瓤蛇_(dá)l06109/s，冷卻速度105/s，遠(yuǎn)高于水淬），可以形成超細(xì)晶(深亞微米至納米級)甚至非晶組織，其硬度可超過HV900（HRC67)，遠(yuǎn)高于常規(guī)淬火所能達(dá)到的程度，高硬度的表面組織有利于提高輥面的耐磨損能力。(2)毛化形貌的耐磨作用激光毛化后，輥面形貌發(fā)生變化，毛化

2、加工形成的微坑和凸包均布于輥面。這種輥面形貌既有利于改善軋制時輥與板間的摩擦狀態(tài)，又有利于保持良好的潤滑條件。均勻分布的微坑還可以起到收集磨粒、防止它們磨損軋輥和擦傷板面的作用。(3)表面應(yīng)力松馳的韌化作用為了提高其使用壽命，通常要對冷軋工作輥進(jìn)行表面淬火處理。要求的硬度愈高，由馬氏體相變導(dǎo)致的體積膨脹效果愈嚴(yán)重，產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力也愈大。壓應(yīng)力過大，容易導(dǎo)致輥面爆裂，反而危害軋輥的使用，因而是有害的。用激光方法毛化這種軋輥，其表層激光輻照區(qū)域的材料由于熔凝時的熱脹冷縮作用會產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。X光應(yīng)力測定結(jié)果表明，當(dāng)激光輻照區(qū)域(微坑)的密度達(dá)到一定程度時，這種均勻分布的拉應(yīng)力確實可以有效地松弛軋

3、輥表層中原有的強(qiáng)殘余壓應(yīng)力，從而使軋輥表面得到韌化。激光毛化輥所軋制鋼帶表面粗糙度Ra的變化情況為，軋制初期（約為軋制量的15%），表面粗糙度下降較快，以后趨緩，這主要與激光毛化輥表面形貌有關(guān)。在激光毛化輥初用階段，凸起部分的尖峰鈍化得較快，在使用一段時間以后，凸起部分比較鈍，相應(yīng)激光毛化輥的磨損量減小。而凸起部分尖峰高度以及凸坑形狀等都可以通過改變毛化工藝加以控制，因而在使用激光毛化輥時，不會因粗糙度值變化過大而使軋制條件發(fā)生較大改變。激光毛化軋輥的使用壽命隨冷軋壓下率、冷帶材質(zhì)及其硬度的不同而有所不同。工業(yè)應(yīng)用表明，冷軋工作輥經(jīng)激光毛化加工后，其使用效果和使用壽命有明顯的提高。在2O輥森吉

4、米爾軋機(jī)上用其冷軋低碳鋼板，激光毛化軋輥的壽命比普通軋輥高3倍以上；在普通二輥軋機(jī)上用激光毛化軋輥冷軋高強(qiáng)度(b800 MPa)65Mn彈簧鋼，其壽命是普通軋輥的23倍；用其平整退火低碳軟鋼板，其使用壽命可較普通軋輥提高2倍以上，有的甚至達(dá)到10倍，這取決于對產(chǎn)品表面粗糙度的控制范圍。2.對冷軋生產(chǎn)的作用毛化輥的應(yīng)用最初是在平整機(jī)上。由于毛化輥增加了軋輥與軋件間的摩擦，有利于防止“打滑”，從而使軋件能均勻變形，獲得力學(xué)性能一致的產(chǎn)品，并使軋件表面獲得所要求的光潔度（粗糙度）。隨著激光毛化技術(shù)的提高，軋輥的耐磨性及軋輥的毛化工效都得到了提高，使軋機(jī)工作輥毛化成為了可能，對冷軋生產(chǎn)帶來了積極作用。

5、(1)避免軋制時“粘鋼”“粘鋼”現(xiàn)象常出現(xiàn)在大壓下、高軋速的情況下，特別是生產(chǎn)薄帶時，軋件與軋輥的相對滑動，產(chǎn)生局部高溫，在軋件表面形成不規(guī)則的剝落，影響產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)軋輥與軋件接觸表面摩擦的特征，可分為干摩擦、半干摩擦、吸附潤滑摩擦、液體摩擦四種狀態(tài)，產(chǎn)生粘鋼的原因是因為在壓力加工過程中，在輥與鋼帶接觸表面內(nèi)沒有任何潤滑介質(zhì)薄膜存在，而處于直接接觸狀態(tài)產(chǎn)生干摩擦。因此消除粘鋼就是要使軋輥與鋼帶接觸表面上在高速、高壓狀態(tài)下能夠有均勻而良好的潤滑層，也就是在帶鋼表面上形成均勻致密的一層油膜。在較高速軋制過程中，高壓下的金屬質(zhì)點要得到強(qiáng)迫延伸，光輥軋制使其將油膜拉開，很難在軋輥與鋼帶接觸面上形成一

6、層油膜，激光毛化輥由于在表面上存在均勻致密的凹坑，這些凹坑起了“儲油器”的作用，它們將軋制油連續(xù)帶入變形區(qū)，而不會象光輥軋制那樣把軋制油擠走。激光毛輥輥面密封式的凹坑在軋制中能有效地將潤滑油帶入軋制變形區(qū)，起著儲油和冷卻的作用，能明顯改善冷軋的潤滑及冷卻條件，有利于材料的流動。軋輥與鋼帶之間始終保持著良好的潤滑環(huán)境和冷卻條件，軋輥與鋼帶之間形成一層油膜，油膜中的反作用力還能促使它們在離開變形區(qū)后迅速分離，避免了粘輥，使得鋼帶表面質(zhì)量得到明顯改善。(2)提高軋制速度和壓下率由于激光毛化輥改善了潤滑條件，避免了“粘鋼”現(xiàn)象，因而可實現(xiàn)高速和大壓下軋制。在精密帶生產(chǎn)實踐中，使用激光毛化輥可提高軋制速

7、度45%左右。同時，道次壓下量也得到提高，加上軋輥使用壽命的提高，使生產(chǎn)效率得以提高。(3)減輕軋制“橫紋”“橫紋”是軋制不穩(wěn)定時，軋輥和軋件產(chǎn)生滑動，在軋件表面產(chǎn)生的振動紋痕，當(dāng)軋速較高、壓下量較大、張力較大時更易出現(xiàn)。而使用激光毛化輥能顯著減輕軋制“橫紋”，改善表面質(zhì)量。分析認(rèn)為：激光毛化軋輥凸包可以增加軋輥與鋼帶之間的摩擦，使鋼帶與工作輥之間接觸面發(fā)生了變化，從而改善了鋼帶與工作輥之間的接觸條件，減少了軋輥與所軋鋼帶之間的相對滑動。由于激光毛化輥使軋制平穩(wěn)，減少了因軋制振動引起的鋼帶表面的橫紋缺陷。(4)消除退火產(chǎn)生的“粘連”在生產(chǎn)薄帶（0.5mm ）時,由于卷取張力過大或板型較差，極易

8、在退火時因局部溫度過高而使鋼帶產(chǎn)生“粘連”，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重的會造成報廢。為消除這一缺陷，許多廠家在退火前增加了一道重卷工序，給生產(chǎn)帶來不便。而在退火前最后道次利用激光毛化輥軋制，改善鋼帶層與層之間的接觸狀態(tài)，可有效地消除退火產(chǎn)生的“粘連”，這在連軋機(jī)組上使用尤為方便。(5)改善軋件表面質(zhì)量冷軋帶鋼的表面質(zhì)量要求是：冷加工材表面應(yīng)光潔，不允許有裂紋、分層、折疊、疤痕、銹蝕、劃痕、氧化皮、麻點、起皮、毛刺等影響使用的缺陷存在。當(dāng)用激光毛化輥軋制帶有表面缺陷的鋼帶時，毛輥與鋼帶表面相接觸，使得輥面上的凸包在鋼帶表面上形成微坑，即形成毛面，這些微坑將鋼帶表面缺陷分割、細(xì)化、切斷、攤開。隨著軋制

9、的不斷進(jìn)行，此過程不斷演變，鋼帶表面缺陷則不斷地變小、變淺、變少，直到最后被部分或完全消除。另外，激光毛輥表面的凹坑還能收集軋制過程中形成的金屬顆粒，減少鋼帶表面劃傷，改善表面質(zhì)量。實踐表明，激光毛化軋輥能有效減少軋制過程中鋼帶表面的劃傷，提高產(chǎn)品質(zhì)量，并可以消除半成品鋼帶表面一般性劃傷、壓入等表面缺陷，為挽救廢品，提高成材率提供了一個新方法。(6)在普通冷帶軋機(jī)上實現(xiàn)異步軋制異步軋制的特點是中性點處于上、下輥的不同位置，在大小不等的中性角之間造成摩擦力的反向，其所對應(yīng)的變形區(qū)就是軋輥對金屬的“搓軋區(qū)。在搓軋區(qū)中，兩軋輥對帶鋼的剪切應(yīng)力使摩擦力由變形阻力轉(zhuǎn)化為促進(jìn)帶鋼變形的動力。這種剪切變形條

10、件是常規(guī)同步軋制所沒有的，它可使軋制力較大幅度降低，也就是說，對同樣的軋機(jī)和軋材而言，異步軋制可獲得更大的壓下量和更好的產(chǎn)品精度。實驗表明，在表面比較粗糙的軋輥上進(jìn)行軋制時，潤滑劑的種類對摩擦因數(shù)沒有太大影響，而起決定作用的是軋輥表面的粗糙度和壓縮量。在壓縮量一定的情況下，摩擦因數(shù)的改變則取決于彈性和塑性接觸時的表面粗糙度。利用激光毛化方法實現(xiàn)并精確控制輥面粗糙度是能夠利用激光輥實現(xiàn)異步軋制的基本條件。由于激光毛化輥微坑具有的連續(xù)潤滑和對碎屑的搜集作用，使板帶表面劃傷減少。同時利用的激光毛化輥輥徑和轉(zhuǎn)速相同，只是表面粗糙度不同，避免了由于不同輥徑或轉(zhuǎn)速所造成的軋機(jī)振動，消除了鋼帶表面橫紋。實驗

11、中，道次壓下率達(dá)到50%，可提高軋程中總變形量，減少道次數(shù)，有效提高生產(chǎn)效率，同時板型也得到改善。3.提高產(chǎn)品使用性能(1)改善深沖性能激光毛化板由于有較低的摩擦系數(shù)和既有良好的潤滑能力又易于收集磨粒的理想微坑，因而具有優(yōu)良的沖壓性能。在相同成型條件下，具有相同表面粗糙度的薄板中，激光毛化板有最好的沖壓流動性。分析認(rèn)為：激光毛化板面微坑溝槽中晶粒的位錯密度很高，原滑移線不能開動，促使其他晶粒開始滑移，正是板面微坑(塑性變形區(qū))對滑移的這種阻塞和彌散作用，延緩了微裂紋的萌生和發(fā)展，從而使板材的延伸率提高。對同種材料的噴丸毛化板和激光毛化板的力學(xué)性能測試表明，激光毛化板的屈服強(qiáng)度降低了67% ，拉

12、伸強(qiáng)度提高了47% ，總延伸率提高了610% ，激光毛化板更有利于沖壓成形。對SPCC比較(北京吉普車廠測試)，激光毛化鋼板屈服強(qiáng)度下降2O30 MPa，抗拉強(qiáng)度提高2lMPa，延伸率提高1O以上；近年來，新一代的干電池外殼逐漸改用薄板沖壓而成。這種殼生產(chǎn)率高、使用效果好，但沖壓難度大，對鋼板性能的要求苛刻。采用激光毛化技術(shù)開發(fā)出電池殼專用激光毛面帶鋼，其沖壓效果良好。鞍山鋼鐵公司08F激光毛化精密帶鋼(厚024mm)在電池生產(chǎn)中，產(chǎn)品深徑比達(dá)到了4.8。(2)提高涂裝性能和鮮映度由于激光毛化加工的精確造形作用，激光毛化板表面粗糙度均勻、很少波度，更利于均勻附著涂覆材料，因此其漆面光亮度明顯高

13、于噴丸毛化板。激光毛化的軋輥表面可保留較大的平坦光亮部份(最大可達(dá)60)，使軋制出的鋼板的板面平坦度高，提高了帶鋼表面的光潔度和涂漆后的鮮映度。在相同粗糙度和相同涂漆工藝的情況下，激光毛化板的映像清晰度一般要比噴丸毛化板高35個百分點。天津冷軋薄板廠激光毛化板涂鍍性能：磷化膜厚差減小5O，均勻性好，附著力強(qiáng)；電泳底漆膜厚度提高4O，偏差下降5O；面漆光亮度DOI值提高24個點值。(3)改善抗摩擦性能用低碳鋼板進(jìn)行的平面拉拔摩擦試驗結(jié)果表明：無論是在潤滑還是在干摩擦條件下，激光毛面鋼板的摩擦系數(shù)均低于同材質(zhì)噴丸毛面鋼板。干摩擦?xí)r，噴丸毛面板的摩擦系數(shù)隨拉拔速度提高而增加，激光毛面板在同樣條件下的摩擦系數(shù)則略呈下降趨勢。在潤滑條件下，兩種板的摩擦系數(shù)均隨拉拔速度升高而降低，但激光板的下降趨勢更顯著。這些表明激光板的表面形貌有更好的動態(tài)潤滑能力。在相同輪廓高度，激光毛面板比噴丸毛面板有更大的承載截面積。這表明，激光毛面板表面凸包