1再制造工程的技术特点
1．1再制造工程中国特色的再制造工程可以筒单概括为:再制造是废旧产品高技术修复、改造的产业化。中国特色的再制造工程是在维修工程、表面工程基础上发展起来的，主要基于寿命评估技术、复合表面工程技术、纳米表面技术和自动化表面技术，这些先进的表面技术是国外再制造时所不曾采用的。其重要特征是再制造产品的质量和性能不低于新品，成本只有新品的50%，节能60%，节材70%，对环境的不良影响与制造新品相比显著降低。先进表面工程技术在再制造中的应用，可将旧件再制造率大幅度提高(以斯太尔发动机为例，再制造率可提高到92%)，使零件的尺寸精度和质量性能标准不低于原型新品水平，而且在耐磨、耐蚀、抗疲劳等性能方面达到原型新品水平，并最终确保再制造装备零部件的性能质量达到甚至超过了原型新品。1．2再制造模式的关键技术1)由于再制造使用的是经过长期服役而报废的各种成形零件，其损伤失效形式复杂多样，残余应力、内部裂纹和疲劳层的存在导致寿命评估与服役周期复杂难测，再制造还要在保持废旧零(部)件材质和形状基本不变的前提下，采用高技术恢复原产品的尺寸标准、达到或超过原产品的性能指标、实现原产品的功能升级，同时也采用正规化、规模化的加工手段，因此加工工艺更为复杂［1］。2)再制造寿命检测的核心是疲劳寿命，再制造质量控制的关键是裂纹控制，再制造的主要损伤形式是表面磨损。根据再制造产品失效特征和质量性能不低于新品的标准要求，通过多年研究与实践，自主创新了多项中国特色的再制造技术。(1)电铸(electroforming):通过电解使金属沉积在铸模上制造或复制金属制品(能将铸模和金属沉积物分开)的过程。电铸大致可分为三类，即装饰性电镀(以镀镍－铬、金、银为代表)、防护性电铸(以镀锌为代表)和功能电镀(以镀硬铬为代表)。(2)堆焊:堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。(3)热喷涂:利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。(4)激光熔覆表面技术;(5)自动化纳米颗粒复合电刷镀技术;(6)纳米减摩智能自修复添加剂技术;(7)自动化高速电弧喷涂技术;(8)自动化微束等离子熔覆技术;(9)再制造无损检测评估技术及其仪器没备等等。
2再制造工程在冶金中的应用实例
再制造工程，首先是去原始层、腐蚀层、粗糙层、低粗糙度层或者疲劳裂纹层，然后利用电铸或者堆焊或者热喷涂技术恢复原始尺寸，最后利用相关表面工程技术强化表面，进行功能升级，一般根据产品的工况要求，恢复尺寸的大小来确定具体工艺方法，手段往往不是单一的，下面以典型的冶金产品为例加以阐明。2．1连铸结晶器铜板2．1．1电铸技术连铸结晶器是整个连铸生产的核心设备，其质量的好坏直接影响铸坯的质量和连铸机的作业率。目前，连铸结晶器再制造工程，一般采用电铸技术，其技术要求参见表1。［6］2．1．2热喷涂部分厂家采用热喷涂对结晶器表面进行改性处理，新的高性能的涂层表面材料可以大大提高其表面性能，达到提高连铸坯质量延长结晶器寿命和降低生产成本的目的，经过表面处理再制造的结晶器，不仅仅是对结晶器尺寸上的修复，具有高强度、高韧性、优越耐腐蚀性能、抗磨损性能和抗热疲劳性能的结晶器表面功能涂层使得结晶器的寿命大大延长，提高了产品档次、技术含量和附加值，同时也提高了钢铁生产的效率节能节材。随着高效连铸技术的不断发展，结晶器表面处理技术也不断发展，图1总结了结晶器表面处理技术的发展历程及其使用性能，从图中可以看出结晶器表面处理技术经历了从单质电镀到合金电镀到复合镀和热喷涂等技术的历程，结晶器的性能也得到显著的提升。［7］2．2连续电镀用导电辊2．2．1连续电镀锡导电辊的结构为钢芯辊上电铸3mm厚Cu，以保证导电辊的导电性能，再镀硬Cr，以提高导电辊耐磨性。另外，辊表面进行毛化处理，使辊面具有较高的粗糙度，以改善镀锡板的表面质量。目前软熔导电辊上机前的表面粗糙度一般控制在5～8μm，但使用10天后，粗糙度急剧下降。软熔导电辊粗糙度小于1．0μm。辊面粗糙度小于1．0μm后，镀锡板表面易产生“小白点”缺陷，“小白点”是一种将锡层烧损而伤及或未完全伤及合金层的致命缺陷，直接影响了镀锡板的耐蚀性能和涂层性能。此时，需要对硬铬层进行去除，然后电铸厚Cu层，镀硬铬层，表面毛化达到原始粗糙度要求，周而复始。2．2．2连续电镀锌连续电镀锌导电辊辊身采用镍基耐蚀合金，但辊轴部分采用碳钢包覆不锈钢材料，在硫酸介质大电流密度条件下，辊轴部分尤其是辊身和辊轴交界处经常出现应力腐蚀，由于辊身部分材料成本较高，采用激光覆技术对腐蚀部分进行强化处理，由于激光熔敷技术，熔覆厚度层在5mm以上，热输入量较小，长度超过4000mm，直径Φ350，整个变形量在0．05mm以下，保证了辊身精密尺寸，不再加工。图2是工作现场情况。2．3连铸辊2．3．1堆焊技术连铸辊作为连铸设备的核心部件，其质量、强度和使用寿命对连铸设备的作业率有很大的影响。再制造后的连铸辊，比新制造的辊子的使用寿命、高温强度、耐磨性都有明显的提高。连铸辊由于工作时，温度不均，产生比较大的热应力和机械应力，两种应力共同作用下，产生热疲劳破坏。此外，在高温潮湿环境下，表面易发生氧化腐蚀脱落，辊外径减薄，导致报废。目前，堆焊再制造连铸辊有专门的标准规范［5］。2．3．2热喷涂技术基于高温、高湿、磨损等综合作用将导致连铸辊的失效，采用气体爆炸喷涂工艺再制造以NiCr为底层、Cr3C2－NiCr为表层，厚约0．3mm的涂层，该涂层致密度高，不仅与基体材料有着高的结合强度，同时具有很好的抗热冲击性、高温抗氧化性与耐磨性。该工艺加工的连铸辊在宝钢炼钢厂连铸机上使用7000炉后，涂层表面未发生明显变化，而未加工连铸辊在3740炉后，表面均已出现明显裂纹，并有部分辊子因裂纹超过检修标准而不得不下线修复。结果表明，采用气体爆炸喷涂工艺再制造涂层是延长连铸辊使用寿命的有效措施。［2］2．3．3轧辊对于大尺寸规格的轧辊，再制造工程意义更大。首先，工作层只占整个轧辊质量的10%～15%左右，质量大，可利用的价值很大;其次，通过再制造过程，实际上是复合材料的制造过程，使轧辊功能更强，品质更高。轧辊再制造过程主要技术手段是堆焊，堆焊也是目前国内外复合轧辊生产中较为先进的工艺方法之一，可替代传统的轧辊制造方法。堆焊复合轧辊在性能上较其它方法制造的堆焊复合冶金轧辊(替代部分铸铁辊)可解决轧钢行业生产中的断辊问题，可提高轧机的生产作业率，降低总辊耗，从而能为轧钢企业创造巨大的经济效益。冶金轧辊采用堆焊方法进行复合制造具有方法简单、综合性能优异、技术优势及经济效益显著等特点。高综合性能和低制造成本的堆焊复合轧辊的研究开发与生产制造是目前国内轧辊制造与钢铁企业使用轧辊的发展方向。［10］图3为轧辊堆焊再制造工艺流程图。有待于进一步研究与发展。2．4连续热镀锌沉没辊和退火炉炉辊沉没辊是在连续热镀锌生产线上熔融锌基合金槽中工作的辊。从退火炉出来的带钢经过沉没辊实现热镀锌工艺。沉没辊是实现钢板获得良好镀层的重要部件。通常稳定辊有上、下稳定辊，均沉浸在熔融锌基合金槽中，其主要作用是使经过沉没辊的带钢获得一定的有效张力和导向，确保带钢连续稳定地通过气刀。沉没辊本身由于工况的原因，辊面质量保持期5天左右，引入再制造工程技术后，提高到40天左右。再制造技术主要采用表面热喷涂技术。［9］连续退火炉炉辊，由于炉内还原气氛的原因，辊面上附着的氧化铁容易还原成纯铁，在辊面形成结瘤，这个结瘤对退火钢带产生不良影响，以前，主要靠增加修磨次数来保证产品质量。再制造技术手段主要是热喷涂，产品寿命大幅度提高，生产作业率也大幅提高。再制造工程技术采用后，炉辊和沉没辊其使用寿命大大提升，除了对自身价值的提升以外，表面处理后的辊子还可以提高钢铁产品的质量，提高生产效率，据统计采用喷涂辊件带钢废品率接近为零。表2对某钢厂冷轧热镀锌某型号炉辊和沉没辊再制造性能进行了比较。
3结论
1)再制造工程技术以先进表面工程技术为技术手段，产品本身价值大幅提升，也提高钢铁产品的质量和生产效率，在冶金工业应用日趋广泛。2)连铸结晶器再制造工程技术主要手段是电铸和热喷涂，以电铸为主。3)连铸辊、轧辊再制造工程技术主要手段是堆焊。4)炉辊、沉没辊再制造技术手段是表面热喷涂技术。
作者：谭国际经济杂志立光 姚书典 李爱军 单位：攀钢供应分公司 北京中冶设备研究设计总院有限公司
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