复合轧辊基本简介

如何修复失效轧辊一直是轧辊制造业面临的重大问题。目前虽然修复技术较多，但普遍存在修复组织粗大、修复层厚度较薄以及结合强度偏低等问题。因此，本项目拟采用喷射成形技术开展高钒钢复合轧辊修复实验研究，充分利用喷射成形快速凝固特点，获得组织细小、成分均匀、无明显宏观偏析的修复组织。首先，开展喷射成形工艺设计和改进优化，重点实现雾化锥和沉积器运动的有效耦合、改进沉积基体预热方式等；然后，重点研究修复层/基体的界面结合特征，揭示喷射成形工艺与材料组织性能的内在联系，阐明微观组织、碳化物特征对摩擦行为及磨损机制的影响规律。最后，根据实验工艺参数及组织性能结果，基于有限元模拟，对真实工况复杂环境下的喷射成形复合轧辊修复进行预测。为实现喷射成形复合轧辊修复的工程化应用奠定理论和技术基础。

如何设计最优化方案修复失效材料和部件，一直是再制造行业面临的重大问题。目前虽然修复技术较多，但普遍存在修复组织粗大、修复层厚度较薄以及结合强度偏低等问题。本项目采用喷射成形技术应用于材料修复领域，并对工艺方案进行了改进设计，实现雾化锥和沉积器运动的有效耦合、改进沉积基体预热方式。基于热力学、动力学模型，研究了喷射雾化液滴-介质交换温度变化规律及相演变特征，建立了基于热交换系数、润湿角、相变的耦合交互作用模型，揭示了不同热交换条件下液滴温度变化、凝固过程演变规律。运用相场法模拟不同边界热通量下枝晶生长行为，奠定喷射雾化合金液滴快速凝固控制理论。研究不同Ti、Co元素含量修复材料的晶粒尺寸、错配度、强化相尺寸及分布特征，探讨了影响因素对摩擦磨损性能的综合作用机制，建立了合金设计、凝固工艺制定、组织成分及性能调控的理论联系。

近年来，硬质合金轧辊以其优良的性能在钢铁生产中获得了越来越广泛的应用。但在硬质合金轧辊的生产和使用过程中仍然存在以下几方面的问题：

（1） 研制开发新型的硬质合金复合轧辊辊轴材料。随着轧钢工业对轧辊不断提出新的更高要求，常规的球墨铸铁辊轴材料将难以承受更大的轧制力和传递更大的扭矩，为此，必须开发高性能的硬质合金复合轧辊辊轴材料。

（2）在复合轧辊制造过程中，必须尽可能减小或消除内层金属与外层硬质合金之间因热膨胀失配而产生的残余热应力。硬质合金残余热应力是影响复合轧辊使用寿命的关键因素，因此，选用的内层金属和外层硬质合金之间的热膨胀系数差值应尽可能小，同时考虑对辊环进行消除残余热应力的热处理的可能性。

（3）由于不同机架上的轧制力、轧制力矩、热传导性能都是不同的，因此不同机架应使用不同牌号的硬质合金轧辊。在硬质合金轧辊材料的设计过程中，必须保证轧辊的强度、硬度与冲击韧性的合理匹配，应建立不同合金牌号材料的热物性参数的数据库，利用计算机实现轧辊材料设计的最优化。

（4）由于轧制过程中，硬质合金轧辊磨损不仅受外部条件如温度、轧制压力以及热冲击负荷等的影响，而且还受内部因素硬质相WC 与黏结相Co/Co-Ni-Cr 之间存在着相当复杂的物理化学反应的影响。这就使磨损情况变得更为复杂。为此必须加强该方面机理的研究。