[发明专利]一种热轧辊表面激光成形预制氧化膜设备及工艺

说明书

一种热轧辊表面激光成形预制氧化膜设备及工艺，所述设备包括支撑机构，用于放置轧辊；工作室，用于覆盖轧辊的整个工作层表面，工作室与轧辊之间设有密封腔；激光系统，包括多激光头管道，固定于所述密封腔上，用于射出激光束辐照轧辊的工作层表面；气体进口管道单元，固定于密封腔上；喷水进口管道单元，固定在密封腔上；以及温度测试系统，用于检测激光辐照工作区与非激光辐照工作区的温度。本发明还包括一种热轧辊表面激光成形预制氧化膜工艺。本发明通过一系列系统参数设计与控制，采用激光辐照热轧辊表面形成高质量预制氧化膜，解决了热轧辊轧制初期表面存在打滑粘钢、形成氧化膜易脱落、裂纹源形成及脱碳行为，且成形效率高，控制简单。

技术领域

本发明涉及热轧辊技术领域，特别是一种热轧辊表面激光成形预制氧化膜设备及工艺。

背景技术

轧辊是轧制钢材必不可少的重要工具和消耗性备件，其质量性能直接决定着轧机轧制效率和钢材表面质量。其中，热轧辊产值每年超150亿元以上，然而随着轧制工艺技术不断发展，对热轧辊材料要求越来越高，尤其对于热轧辊表面形成预制氧化膜的控制技术显得越来越重要。

热轧辊表面成形预制氧化膜控制技术在于解决轧制初期4大问题：①热轧辊轧制初期一旦出现打滑粘钢，直接造成轧板质量降低，后续很难进行修正；②轧制过程，轧辊表面开始氧化，形成Fe₃O₄、FeO及Fe₂O₃氧化膜，其中Fe₂O₃和FeO不稳定、不抗压耐磨，且氧化形成氧化膜极薄以及3种不同氧化物热物性参数存在差距会互相排斥，极易导致轧制脱落，影响轧板质量；③轧辊轧制初期存在明显升温与降低的不规则热循环，一旦存在打滑粘钢以及氧化物脱落，极易伴随轧辊表面出现更多裂纹扩展，会进一步加剧轧板质量下降；④轧制初期，受温度梯度以及氧化影响，热轧辊表面会出现脱碳行为，一旦出现会造成轧辊表面硬度马上降低，进而降低热轧辊表面耐磨性，影响轧辊使用寿命。

针对以上问题，CN2019212041458公开了一种预制表面氧化膜热轧辊工艺及设备，虽能够成功在热轧辊表面成形出预制氧化膜，起到防止打滑粘钢、隔热、基体龟裂及脱碳效果，但存在预制氧化膜成形效率低下与控制工艺复杂等问题，极易导致预制氧化膜成本加大。鉴于此，本发明采用激光作为热源，在热轧辊表面进行高效率预制氧化膜。然而，要成功实现激光辐照热轧辊表面成形氧化膜控制技术，需解决以下几方面内容：

第一，从氧化物类型来看，热轧辊表面成形Fe₃O₄性能最佳，其次为Fe₂O₃，再为亚稳定FeO，即要形成某一类型氧化物，既需要满足热力学条件，还需要满足动力学条件。热力学方面，通过调控恰当激光能量密度实现轧辊表面反应温度控制；动力学条件，Fe₃O₄的Fe与O原子比列，刚好介于FeO和Fe₂O₃之间，通过精确控制Fe与O原子比例来实现。该方面存在技术难点为：热轧辊表面温度低，无法有效达到Fe₃O₄反应温度；轧辊表面温度高，马上形成激光熔池。而一旦形成激光熔池，就会出现从上自下为双旋涡对流，平面方向为层流。出现该行为，就相当于热轧辊表面激光重熔过程，就会变得较难获得纯Fe₃O₄氧化膜形成。

第二，在采用激光成形Fe₃O₄氧化膜厚度控制方面，极易会出现O原子无法有效扩散进入较深厚度热轧辊表面，且氧原子浓度受阻隔会出现浓度进入下降，进而影响形成Fe₃O₄的动力学反应条件。该方面存在技术难点为：激光辐照热轧辊表面成形Fe₃O₄氧化膜控制技术中，采用气-固反应较易控制，而采用液-液反应较难控制，且二者之间反应的分界线不易控制；要增强O原子进入热轧辊表面深度，需增强O原子扩散驱动力。