本论文应用激光合金化技术对低镍铬无限冷硬铸铁轧辊进行了一系列的实验,探索有效增加轧辊表面高温耐磨性和抗冷热疲劳度,提高轧辊使用寿命的工艺技术。在合金粉末的配方,激光加工工艺参数优化,合金层的金相组织分析、相结构分析及机理方面进行了研究。首先,使用基础粉末(0号)按照不同的配比添加耐高温抗热疲劳性能的元素,形成了两种新的合金粉末(1号与2号)在一定的工艺条件下,研究激光合金层的形成质量对试块的处理结果显示:两种粉末都有效地抑制了合金层的贯穿性大裂纹,粉末1号对裂纹的敏感性大于粉末2号。其次,采用正交试验和极差分析法对上述的工艺参数进行了优化,研究了激光功率、扫描速度、光斑直径等因素对合金化效果的影响。实验结果显示:扫描速度是各个因素中对合金层的质量影响最大的因素,在其它条件不变的情况下增加扫描速度合金层的硬度有增大的趋势,而激光功率反之。只改变一个工艺参数值不能使合金层的硬度值大幅度提高。最优工艺参数为:p=4400W,v=3.5 m/min,D=2.0mm,搭接率为30%,选用粉末2号,粉末厚度为0.06mm时硬度达到1162.4HV,合金层深度接近0.4mm。最后,用光学显微镜和扫描电镜结合能谱仪及X射线衍射仪对合金层的微观形貌和显微组织进行了分析;在MM-200磨损机上对合金层的耐磨性进行了测试;在钢厂进行了装机实验。分析结果显示,按照显微组织不同,合金化层分为三个区域:熔化区的形貌为极细的树枝晶或胞-树枝晶,显微组织为先共晶碳化物+共晶莱氏体;半熔化区为共晶莱氏体;热影响区为低温莱氏体+残余奥氏体+少量马氏体。三个区域的硬度呈梯度分布,熔化区的平均硬度为1000HV,半熔化区为900HV,热影响区为700HV,硬度的最大值出现在距表面0.2mm左右处。耐磨性实验结果表明:合金层极细的显微组织、大量过共晶碳化物和共晶莱氏体是耐磨性提高的主要原因,过渡区的组织起到了韧性带的作用,缓冲了应力在边界集中的现象,阻滞了裂纹的贯穿连接。按照磨损量计算,是基体材料耐磨性能的6倍以上。装机结果显示,轧辊经激光陶瓷合金化处理后,使用寿命提高1倍以上,若全面推广该工艺,可为棒线厂年增综合效益9500多万元。