摘要：文章采用激光熔覆技术提高侧导板的耐磨性能，并对几种典型激光熔覆材料在不同的温度下进行高温磨损实验。结果表明，不同温度下镍基合金和钴基合金的耐磨性能均优于碳素结构钢。根据侧导板的实际工况条件，最终选择镍基合金作为激光熔覆涂层材料。上机试验结果表明，经表面处理后的侧导板的使用寿命提高了15倍，热轧高硅带钢结疤发生率由7%下降至1%；提高侧导板的使用寿命的同时，大幅降低高硅带钢产品的结疤发生率。

　　关键词：卷取机；侧导板；高温磨损；激光熔覆

　　热轧带钢是通过热轧的方式生产的带材和板材。在热轧带钢卷取过程中，位于卷取机前的侧导板装置其作用主要为夹持带钢，避免带钢跑偏，材质通常为碳素结构钢，如Q235等。由于Q235材料的硬度较低，可有效避免由于侧导板硬度过高造成带钢边部损伤。然而在带钢卷取过程中，侧导板与带钢边部产生剧烈的高温高速摩擦（如图1a），工作温度最高可达550℃。需要指出的是，随着温度的升高Q235材料的耐磨性迅速变差，磨损速度大幅升高［1］，侧导板逐渐摩擦出深度为5~10mm沟痕和积瘤，表现出高温磨损失效（如图1b）。侧导板的磨损，一方面易在带钢边部形成滑丝、结疤等缺陷影响带钢边部质量，其中高硅带钢的结疤发生率约为7%；另一方面，卷取后的带钢表面会产生结疤缺陷，影响后道冷轧工序的正常生产。因而，如何开发和研究侧导板表面处理技术，提高侧导板表面的高温耐磨性，延缓侧导板的磨损和积瘤，降低热轧带钢的缺陷发生率就显得尤为重要。

　　激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，其主要以同轴或侧向送粉方式在被熔覆基体表面熔覆特定材料，经激光辐照使之和基体表面一同熔化，快速凝固后，形成稀释度极低、与基体呈冶金结合的表面覆层［2］。该技术作为表面处理或激光增材关键技术之一，已广泛用于机械零部件的表面处理。

　　因此，文章拟开展两部分工作：①分析两类典型的激光熔覆涂层与Q235耐磨损失性能；②选取镍基合金作为侧导板激光熔覆处理的涂层材料，并在实际工况下验证其使用效果。

　　1实验材料与方法

　　1.1涂层材料的选择

　　选取的基材为侧导板常用碳素结构钢Q235，根据侧导板工况条件及失效分析的结果，结合材料学和摩擦学理论，侧导板的激光熔覆涂层应具备以下性质：

　　（1）熔覆涂层表面硬度不宜过高，避免造成带钢边部损伤。

　　（2）熔覆材料应具有良好的自润滑性能和高温耐磨性，在高温高速摩擦条件下，保证熔覆涂层具有较长的使用寿命。

　　（3）熔覆材料应具有良好的抗热震性，在温度急剧变化过程中，避免熔覆涂层发生剥落。

　　（4）熔覆材料应具有良好的抗冲击性能，避免带钢头部撞击后造成熔覆涂层剥落。

　　根据上述分析，选择如表1所示的镍基合金和钴基合金与Q345材料进行高温摩擦磨损性能的对照试验。

　　1.2高温磨损试验

　　采用高温磨损试验，通过测量体积磨损量，评价3种材料在500、750和900℃条件下的高温摩擦磨损性能。针对3种材料各制备6块试样，试样尺寸为Φ38×10mm。并在不同高温磨损试验条件进行磨损实验，具体如下：

　　（1）试验气氛为大气。

　　（2）试验仪器为MMQ-02G高温摩擦磨损试验机（济南益华）。

　　（3）具体试验参数见表2。

　　（4）磨损体积测试仪器为LEXTOLS 4100型3D测量激光显微镜。

　　由于高温磨损试验过程中，试样的温度会升高约50~100℃,因此实际温度分别为550~600℃、800~850℃和950~1000℃温度区间。

　　2结果与讨论

　　2.1宏观形貌

　　高温磨损试验后，肉眼观察磨损后试样发现，所有试样的氧化程度均随试验温度增加而增大，但是不同合金在不同实验参数下其磨痕形式表现得各不相同。Q345试样的氧化程度最为严重，磨痕最宽和最深，磨痕不规则，其中900℃的磨痕最为严重，存在局部熔化迹象，显然随温度增加磨损情况加重。与之类似的是，镍基合金试样在500℃时的磨痕既浅又窄，磨损量非常小；但在较高温度（750℃和900℃)下，磨痕宽度和深度均有明显增加，甚至出现明显的耐磨相与涂层基材界面脱落的现象。与之不同的是，钴基合金试样在500℃时的磨痕宽且深，但750℃和900℃的磨痕则变得窄而浅，磨损量随温度增加，明显下降；且750℃和900℃的磨痕相差不明显。

　　2.2磨损体积

　　3种材料试样的耐磨损性能如图2所示。在各试验温度点下，均以相应温度条件下Q345试样的磨损性为基准值1。磨损体积越小，相对磨损性能越高。

　　通过对3种材料在不同温度下的磨损体积测试，发现3种材料高温摩擦学性能差异明显。摩擦磨损试验结果显示，相对于Q235，在550~600℃温度区间内，钴基合金试样耐磨性提高36倍，镍基合金试样耐磨性提高1000倍左右；而在800~1000℃温度区间内，钴基合金试样耐磨性提高约1000倍，镍基合金试样耐磨性提高约200~400倍。在较低温度时（550~600℃以下）镍基合金试样摩擦磨损性能较好，较高温度（800~1000℃)磨损条件下钴基合金试样性能较好，而Q345试样在550~1000℃摩擦条件下摩擦学性能均很差。

　　2.3上机试验结果

　　根据侧导板的实际工况温度，结合表3中500℃试验条件下试样的相对磨损性能数据，选取镍基合金作为侧导板熔覆处理的涂层材料。选取某热连轧带钢机组，进行了2次激光熔覆处理侧导板的上机试验。2次在机试验期的概况如表3所示。

　　激光熔覆处理的侧导板分别在机连续使用了33天和30天，且2次试验结束后，侧导板表面均未发现有熔覆涂层剥落现象。第1次试验结束后，侧导板表面的磨损深度约4mm，最大磨损深度约7mm，见图3（a）。第2次试验结束后，侧导板表面的磨损深度约4~5mm。最大磨损深度约7mm，见图3（b）。

　　2.4高硅带钢产品的结疤发生率

　　2次试验期期间，高硅带钢产品结疤发生率的统计结果如表4所示。根据表4统计的结果，采用激光熔覆处理侧导板，高硅带钢产品结疤的发生率大幅降低。

　　3结论

　　文章通过高温磨损试验分析比较Q235、钴基合金和镍基合金在不同温度下的耐磨性能，并对激光熔覆镍基合金的侧导板进行2次上机试验，得到的结论如下：

　　（1）镍基材料激光熔覆涂层具有良好的耐高温、抗氧化、耐磨损、抗疲劳和自润滑功能，能够满足侧导板的工况需求。

　　（2）采用激光熔覆处理卷取机前侧导板，热轧高硅带钢结疤发生率由7%下降至1%，大幅降低高硅带钢产品的结疤发生率。

　　（3）激光熔覆处理的侧导板的使用寿命超过了30天，提高了15倍，大幅提高侧导板的使用寿命。

　　参考文献

　　［1］黄敏，马联华，何泽平.表面热处理工艺对建筑结构钢耐磨损性能的影响［J］.热加工工艺，2017，46（8）：199-201+206.

　　［2］李嘉宁.激光熔覆技术及应用［M］.北京：化学工业出版社，2016.