最火合金钢瓦楞辊的制造与修复新工艺

合金钢瓦楞辊的制造与修复新工艺

瓦楞辊是瓦楞纸板生产线上最昂贵的心脏部件，它的楞型合理性和制造精度、耐磨耐压性能、使用寿命和运行速度是衡量其品质和经济性的主要技术指标，是满足我国纸箱行业的进口和国产瓦楞纸板生产线趋向纸幅愈来愈宽、运行速度越来越快的需要，直接关系到纸箱企业的产品质量和经济效益。

瓦楞原纸在高速连续节进的熨烫弯曲成形过程中，压力作用下不断与瓦楞辊楞顶相对位移产生摩擦挤轧，原纸中的夹杂物和矿物硬粒的撞击，使楞顶部剧烈磨损，逐渐由圆弧变成平头，使楞齿高度慢慢低于标准下限。同时一些楞面硬度低的瓦楞辊会因此而使楞顶楞面产生麻坑和凹陷。由于生产线往往不是经常满幅走纸，致使瓦楞辊表面产生不均匀磨损而导致辊形中凹。低硬度瓦楞辊在连续高速的单齿啮合定向运转状况下因塑性变形会出现倒楞、倾斜、扭曲、出现椭圆度和跳动误差，影响了瓦楞辊的使用寿命和经济性。

如何改善上述瓦楞辊运转中的急剧磨损变形现象，延长瓦楞辊在高速运转中的使用寿命，提高瓦楞辊的经济性，是我国瓦楞纸板纸箱行业多年来一直关注的重要课题。

采用化学成份稳定、耐磨耐压的合金钢精锻材料，以先进的热处理工艺方法获得硬度HRC58 (HS80)左右层深均匀的硬化层，并以电脑辅助设计合理的楞型，由电脑数控磨床精密研磨楞型和鼓形中高，表面镀覆高品质的微裂纹耐磨硬铬，是本文介绍的经多年努力攻关，精心研制和修复的，耐磨如气体、耐腐蚀、高精度、高速度、经久耐用的优质瓦楞辊产品所取得的工艺新成果。

一．精选材质

我国目前采用的钢材标准，同一种牌号的化学成分范围很宽,其上下限往往与相邻牌号相接（比如国内瓦楞辊常用的35CrMo的含碳量及其他化学成分上限就在42CrMo的中下限内），而同一牌号钢材的化学成分误差之大，给热处理质量控制带来很大的危害。

我们都知道，含碳量的高低将直接影响瓦楞辊合金钢辊体淬火马氏体的硬度。如合金钢的含碳量为0.3％,其马氏体的硬度是HRC49～55。含碳量为0.4％，其马氏体的硬度是HRC54～60。含碳量为0.5％，其马氏体的硬度是HRC58～62。

所以严谨选材,选用优质42CrMo和50CrMo 精锻件，严格把好材料的化学成份关，把含碳、铬、硅、锰、钼等主要成份的指标控制在一定的范围内，为以后的预备热处理和淬火的质量稳定创造基本条件。

二、先进的热处理工艺

瓦楞辊采用淬透性能良好的合金钢42CrMo、50 CrMo精锻件，但其辊面特殊的几何形状和尺寸给热处理带来很大的难度和质量不稳定性因素，因此一直是国内外同行潜心攻关的主要难题。

众所周知，热处理质量优良的瓦楞辊应该保证充分淬透、达到所要求的淬硬层深度、硬度均匀无软带又不产生开裂。而充分均匀淬硬且防止淬裂的条件除成分稳定的材料和充分合理的预备热处理（如调质、重复多次去除机加工和焊接应力）外，还要求在淬火冷却过程中,各温度阶段的冷却速度分布但实验人员在实验之初必须在该种材料淬火的允许冷速区内，实现“水淬油冷”的冷速分布，即高中温冷却阶段具有象水一样快的冷却速度，以避开非马氏体组织转变区。而在低温阶段冷却速度应尽量缓和，特别是300o℃左右时的冷速要象油一样缓慢，以避免产生变形和裂纹。

新工艺对传统的热处理方法进行了工艺改革。一是通过调整材质，稳定和缩小化学成分的范围，调整加热方法和加热温度来移动冷速允许区。二是通过选择性能优越的淬火介质和调整冷却方式来移动冷却曲线，使其进入允许冷速区内。

迄今为止，国内对合金钢进行中频淬火一般使用聚乙烯醇溶液作为淬火介质。聚乙烯醇是50年代中期开始用于水的添加剂，目前在我国普遍使用。由于其冬季怕冻，其他季节易变质、发臭，且使用中易结块阻塞喷孔，难以维护保养等缺点，有效使用寿命短。同时，因为使用含量低（通常使用浓度在千分之二到千分之三左右，而其浓度千分之一的变化即可引起性能的很大差异）难以准确检测和控制浓度，因此大多数仅凭操作工以经验控制（如：看泡沫多少或以手感判断粘度等），故无法保证稳定的淬火质量。由于不利于浓度管理，国外已很少采用。新工艺引进SZ水基淬火液和淬火工艺用于瓦楞辊和其它合金钢淬火，有效地保证了淬火质量的稳定性。SZ水基淬火液属聚烷撑乙二醇类（PolyalkleneGlycols）淬火剂。具有逆溶性，通过调整成一定的浓度可获得比油快、比水慢的淬火冷却速度。当工件淬火时，喷淋的淬火液会在工件表面附着上脱溶的聚合物薄膜，薄膜能有效地破坏水在工件上形成的蒸汽膜，因而提高了水的高温冷速，并且使工件不同部位的冷速趋于均匀。这层聚合物膜的存在也降低了水的低温冷速，减小了淬火变形和开裂的危险。同时，该淬火介质浓度便于检测、控制，保证了工艺的稳定性。其次，在一定范围内，通过改变搅拌条件来控制淬火介质的温度，保证淬火介质的冷却特性曲线落入允许的冷速区内，使淬火工件实现淬火硬度高且均匀，无开裂，并保证稳定的淬硬层深。由于每道工序的层层严格控制，淬火工件变形量 可以稳定地

小于 0.15毫米。

为什么有的一对瓦楞辊中存在有槽的（包括导纸片槽，真空外吸和内吸槽）易于淬裂并且有明显软带，所以往往出现淬火偏软的现象。这是因为中频感应淬火是感应圈匀速移动瞬间加热，淬火时随着感应圈的向上移动，槽的下端部楞齿因受槽阻断磁场和向上传递的热量，功率和热量集中而瞬间过热容易淬裂崩齿。同时，槽的上端因槽阻断了下部的传递热量，温度还未达到相变温度但感应圈已上升因而淬不硬，形成明显软带。为减少淬裂风险，往往降低淬火温度或选用含碳量相对低的35GrMo材料，以牺牲淬火硬度为代价。

瓦楞辊类似2.5以下模数的小齿轮，常用中频淬火频率一般在2500～8000Hz之间。直径大的瓦楞辊频率在2500～4000Ｈz之间。所以淬火时齿顶与齿沟明显存在温差，往往会致使淬火后出现齿顶软、齿沟硬，并在齿沟附近集中很大的拉应力，易引起轴向开裂。

新工艺针对性地对热处理设备、感应圈、喷水圈、感应圈与喷水圈的距离、两圈与工件的间隙、喷淋角度、加热方法和感应圈移动速度及方法采取了突破性的改进，使楞面获得HRC58以上、6～7毫米层深、硬度均匀、有槽这类袋子很难自然降解辊无明显软带的硬化层，从而保证了热处理质量的稳定性。

三．品质优良的镀铬层

淬硬并精磨后的瓦楞辊表面镀0.1毫米以上硬铬镀层，可以降低楞齿表面摩擦系数，增强楞齿的耐磨性能，延长瓦楞辊的使用寿命。目前国内都施以传统的镀硬铬工艺。由于阴极电流效率低，一般为12～14%。镀液浓度和电镀温度控制粗糙，大多由操作者凭经验判断调整，故镀层质量不稳定。主要表现为：1.镀层厚度不易控制。.如果一对瓦楞辊不成对进行电镀，有些上下瓦楞辊电镀层厚度误差甚至达5０％。 2.深镀能力差，尤其是有槽的瓦楞辊，槽边楞齿上往往镀不上铬或镀上很少，造成瓦楞辊使用过程中磨损不一。3.硬度低且不均匀。由于瓦楞辊电镀均为深井式镀槽，如无搅拌则上下温差很大，造成上部温度高铬层偏软，下部温度低铬层偏脆，严重影响使用质量。

新工艺采用目前世界上功能性镀铬工艺中最先进的HEEF—25高效率硬铬电镀工艺。其优点是：

1.采用比传统电镀硬铬工艺更大的电流密度，阴极电流效率达22～26％，比常规镀铬工艺高出一倍，沉积速度是传统镀铬的2～3倍。因此深镀能力大大改善。

2.镀层的显微硬度达HV900～1050，传统工艺为HV700～800 。

3.该工艺得到的硬铬镀层的磨损量要比传统镀层少磨损将近测力方式：负荷传感器测力25%。

4. 由于减少了高电流的过厚沉积使镀层厚度均匀。

5.镀层平滑，细致光亮。

6. HEEF—25镀层的另一最大的优点是微裂纹数每一厘米高达400多条。由于微裂纹代表了较为容易腐蚀的情况。腐蚀是顺着这些微裂纹发生的。微裂纹数越少裂纹就越深越长，也就越容易腐蚀。而该工艺生成许多浅而短的微裂纹，防腐能力因而提高。因此更少腐蚀缺陷。