热轧辊经常工作在600℃-800℃的高温环境下,与灼热的钢坯相接触,其表面除了承受强大的轧制力与轧材的强烈磨损外,还要经受较大的冷热交替变化的热疲劳作用。由热疲劳引起的热龟裂、剥落、表面磨损严重等,直接影响到轧辊的使用寿命、产品质量与生产成本。因此,本文旨在通过激光表面合金化这种新兴的表面工程技术来强化和修复热轧辊表面,在其表面制备高硬度、高耐磨、组织均匀致密、具有冶金结合界面的激光合金化层,从而提高轧辊的耐磨性、延长轧辊的使用寿命。本文以常用的热轧辊材料60CrMnMo作为基材,选用微纳米级碳化物陶瓷颗粒作为合金化材料,探索激光表面合金化在热轧辊材料表面进行强化处理的可行性。系统研究了预涂层厚度、激光功率、扫描速度等激光工艺参数对合金化层的表面形貌、裂纹与组织的影响规律。同时利用OM、SEM、EDX、XRD、显微硬度计与常温、高温摩擦磨损试验机,系统研究与分析了合金化层的微观组织、物相组成、硬度与磨损性能。最后,研究了稀土对激光合金化层组织、裂纹、耐磨性能的影响。研究结果表明,预置涂层厚度对合金化层厚度影响不大,但随着预置涂层厚度的增加,激光合金化层表面变得越粗糙,平整度降低,裂纹增多。随着激光功率的增加,激光合金化层厚度增加,表面越平整光滑,裂纹减少。随着扫描速度的增加,激光合金化层厚度减少,表面越粗糙,裂纹增加。合金化层与基体呈冶金结合,合金化层组织主要由上部的胞状晶,中部的胞枝晶和底部的树枝晶组成。随着扫描速度或激光功率,预涂层厚度的增加,树枝晶组织变得越细小。这是由于扫描速度或激光功率,预涂层厚度的增加,对应的冷却速率也越大,则过冷度越高,从而使晶粒得到细化。合金化层的物相主要由Fe-Cr固溶体,Cr23C6、BFe3、Fe3W3C、B2W、 B13C2、Ti8C5等硬质相组成。由于激光合金化层中的固溶强化、细晶强化、形成的新碳化物硬质相强化等的共同作用,使激光合金化层的硬度和耐磨性得到显著地提高。随着扫描速度或预涂层厚度的增加,合金化层的显微硬度增加,耐磨性提高。600℃的高温摩擦磨损结果表明,在配置的五种合金化材料中,30%WC+66%B4C+4%Y2O3的激光合金化层的耐磨性最好。往合金化材料中添加Y203能够改善激光合金化层的表面形貌与减少裂纹,并随着Y2O3含量的增加,合金化层表面形貌更加平整、光滑,合金化层裂纹数量减少且变得更加细小。另外,Y2O3的添加能够抑制树枝晶的生长,细化合金化层组织,让组织变得更加均匀、致密。与未添加Y2O3的相比,添加了Y2O3后合金化层硬度有所降低。Y2O3含量越多,硬度也最低。随着Y2O3含量的增加,合金化层的磨损失重量呈现先减少后增加趋势,Y2O3含量增加到4%时磨损量最少,此后继续增加Y2O3,合金化层磨损量反而增加,比未添加Y2O3的还多。