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鋼鐵企業煉鋼、各種熱軋、冷軋生產線、鍍鋅(zinc)線等生產過程中使用著大數量的高載荷、高轉速、高精度、高合金的承載設備,其零部件在生產工況環境下服役,產生腐蝕、磨損和疲勞損傷或失效報廢。而這些大量的設備零部件在鋼鐵生產中形成了大的生產消耗,占據著非常大的生產成本和資源浪費。據初步估算,全國鋼鐵行業每年僅各種軋鋼生產線上的重要零部件消耗達100億元。傳統辦法主要是更換這些設備零部件,甚至因零部件無法使用報廢或者更換整機,必須儲備大量的備件,占用巨額的資金和資源。同時,損傷失效和報廢的零部件或者整機基本上作為廢品處理,如此連鎖疊加造成的資源和資金浪費非常驚人。
激光熔覆技術、激光快速成形制造技術、激光納米合金化和表面強化技術等高科技技術的有效應用,為這類設備和零部件的修復再造開辟了一條嶄新的途徑。既能使失效或報廢設備及零部件“起死回生”,又可以使新品延長使用壽命,甚至可以達到多壽命周期的效果。例如:在冷、熱軋鋼各種生產線上使用的傳動接軸、叉頭、中間軸、傳動齒輪、萬向節、扁頭套、軋輥軸、飛剪、輥端軸套、卷取機彈簧座箱,減速機齒輪軸和殼體等等大量易磨損和疲勞零部件,經過激光仿形熔覆技術和快速成形技術修復后,使用性能恢復了原有新件的技術指標。而且,大部分又可以提高其使用壽命周期。有則,可以多次修復,達到多使用壽命周期的效果。
軋鋼生產線上的各種軋輥、輸送輥、支承輥、豎輥、導向輥、沉浮輥等輥軸類零部件,采用各種鍛合金鋼、鑄合金鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵等不同材質制造(zhì zào)。各種軋輥類件均使用在具有高溫、高變載荷、冷熱交變、腐蝕、磨損及疲勞工況條件下。據初步統計,全國鋼鐵企業每年各種軋輥消耗約80-100億元。采用激光納米陶瓷(原料:非金屬礦物)合金化和激光復合強化技術進行表面強化處理(processing),提高了表面的強度、硬度、耐磨、熱穩定性和紅硬性及耐腐蝕、耐疲勞等性能指標,有效地提高軋輥的過鋼量。經多家鋼鐵企業應用,一般使軋輥等各種輥類使用周期可提高50%至數倍。
例如:軋制中厚鋼板和薄板的冷熱生產線上大量使用的支承輥,重量從30多噸至120多噸,支承輥分別由鑄鋼和鍛鋼制造。目前其中大型支承輥很多依賴進口。支承輥屬于被動輥,在其工作服役中承受復雜的應力作用。運行時其前方受擠,正下方受壓,后方受拉,深層受剪切應力作用。因此,支承輥在工作時,接觸點附近承受擠、壓、拉、切等交變載荷作用,輥身工作部位產生剝落,產生剝落的部位是輥身大受力部位。已經失效的小型支承輥傳統的維修方法是采用電弧堆焊。經此種方法修復后的支承輥使用性能和使用壽命都無法達到新輥的水平。大型支承輥目前采用常規的電弧堆焊方法還無法修復,只能做報廢處理。采用激光快速成形技術可以修復各種規格和材料制造的支承輥,可以根據各類型支承輥的材質和使用性能要求,設計和使用優于原輥身材質的激光快速成形用合金材料,使修復后支承輥身強度、耐磨性、耐腐蝕、耐疲勞性等指標和使用壽命均優于制造新支承輥。國內按目前每年產鋼4.7億噸計算,每年消耗支承輥約10億元。激光快速成形技術和再制造工程技術可以創造非??捎^的經濟效益及深遠的社會效益。
實踐證明,如果將軋輥表面進行激光淬火處理,其硬度(Hardness)可由原來的68HSD上升到78~82HSD,軋輥壽命(lifetime)也原來的8小時更換一次提高到24小時更換一次,僅此一項就可以降低鋼鐵企業軋輥消耗(consume)成本約50%,提高鋼鐵企業軋鋼產量5%~10%,這一效益(benefit)根據軋鋼的規模不同效益在8000萬元到3億元之間。激光熔覆設備是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化,并快速凝固后形成稀釋度極低,與基體成冶金結合的表面涂層,顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法,從而達到表面改性或修復的目的,既滿足了對材料表面特定性能的要求,又節約了大量的貴重元素。