CN102211187B - 喷射成形制造或修复钢基辊芯复合轧辊方法 - Google Patents
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Abstract
喷射成形制造或修复钢基辊芯复合轧辊方法，将钢基辊芯加热至1100-1250℃，于旋转和轴向移动状态下将熔融金属通过雾化喷嘴喷射于钢基辊芯基体表面，喷射成形结束后于热处理炉内保温冷却至室温，本方法可以制造或修复大规格的钢基辊芯复合轧辊，工作层具有组织致密、晶粒细小、析出相细小且均匀分布、界面冶金结合良好和性能优异的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用喷射成形技术在预热的钢基辊芯上制造或修复复合轧辊的方法，尤其涉及一种能够简化生产工序，降低生产成本、消除宏观偏析并细化组织的大型复合轧辊喷射成形制造或修复方法。
背景技术
为了提高复合轧辊的使用寿命，人们对复合轧辊制造方法进行了广泛的研究。例如，中国发明专利92113960“一种钢芯铸铁复合轧辊的制造方法”，采用传统的砂型底注旋流式和电弧加热无冒口铸造工艺，将钢芯加工成曲面形，并在钢芯表面包覆一层易熔金属层，钢芯与铸铁外壳曲面结合，由铁水凝固收缩应力紧固复合，有效地解决了采用传统浇注工艺在钢芯表面浇注复合铸铁，外壳易裂的技术难题，缺点是生产周期长，劳动生产率低。中国专利201010033818“高速钢复合轧辊及其制备方法”，将复合轧辊外层和辊芯分别用电炉熔炼，采用离心铸造方法复合成形，工艺简便，不足是存在轧辊中外层合金成分偏析和铸态组织粗大、能耗较高等缺陷。
复合轧辊的修复方法通常有堆焊修复、激光修复、热喷涂修复等。堆焊修复工艺复杂、劳动条件差、生产率低，在堆焊时容易产生气孔、裂纹以及夹渣等缺陷。激光修复虽然能够改善轧辊的机械性能，提高其使用寿命，但是生产周期长，合金成本高，而且在熔覆过程中会产生气孔、开裂等缺陷。热喷涂修复存在工作层与基体结合强度不够的问题。
中国专利CN101934370A公开了一种“喷射成形制备特厚或复合管坯工艺”，钢水通过导液管流过雾化喷嘴，雾化喷嘴内部通有高压气体，对流过其中间孔的钢水进行雾化喷射，形成雾化锥，沉积至圆环沉积壳，圆环沉积壳套在可以上下移动及旋转的引锭机构上，随着钢水不断的被雾化、沉积，同时引锭机构带动圆环沉积壳不断的旋转，沉积在上方的金属液滴形成环状雾化层，随着引锭机构的向下运动，环状雾化层不断沉积变长，最终形成管坯；专利CN1559727“喷射沉积制备大型环件的方法”，将熔融金属或合金在惰性气体中雾化，形成颗粒喷射流，直接喷射在较冷的基体上， 经撞击、聚结、凝固而形成沉积坯，且坩埚和雾化器的运动以及基体的旋转、升降运动均由智能控制，基体采用内热方法加热。上述两种喷射方法处理的对象均为小基体，而喷射成形与基体关连度较大，无法直接应用于大规格复合轧辊的制造。
发明内容
本发明目的在于克服上述不足，提供一种结合层抗拉强度高，工作层耐磨性好，抗热裂性高，节材降耗的钢基辊芯喷射成形制造或修复复合轧辊方法。主要创新在于采用喷射成形方法，获得组织致密、晶粒细小、析出相细小且均匀分布、无宏观偏析、界面冶金结合良好和性能优异的复合轧辊外层。具体是这样实施的：喷射成形制造或修复钢基辊芯复合轧辊方法，其特征在于将钢基辊芯加热至1100-1250℃，于旋转和轴向移动状态下将熔融金属通过雾化喷嘴喷射于钢基辊芯基体表面，喷射成形结束后于热处理炉内保温冷却至室温。一定过热度的熔融金属液在喷射舱内通过冷态高压惰性气体被雾化成细小的金属液滴，喷射沉积在预热状态下旋转和轴向移动的钢基辊芯上，快速凝固沉积成一定厚度的工作层。
为达到良好的制造或修复效果，工艺中钢基辊芯的旋转速度和轴向移动速度分别为30-600rpm和0.1-2 mm/s，雾化喷嘴与基体表面的垂直距离为350-800mm，雾化喷嘴扫描角度在2~15°范围内调整，雾化惰性气体压力为0.1-1Mpa，雾化钢液流量30-80kg/min。
本方法可以制造或修复大规格的钢基辊芯复合轧辊，工作层具有组织致密、晶粒细小、析出相细小且均匀分布、界面冶金结合良好和性能优异的优点。
附图说明
图1 为实施例1的喷射成形高速钢金相组织。
图2为实施例2 喷射成形FGH95高温合金SEM形貌。
具体实施方式
实施例1：在45钢基辊芯上喷射沉积单边30mm厚的9V高速钢。45钢基辊芯的初始直径为Ф300mm，长度为650 mm。先在真空熔炼炉(保证钢水冶金质量)与雾化喷嘴之间连接安装好导液管，随后在真空熔炼炉内熔炼一包250Kg9V高速钢钢液，在1470℃时保温等待，在熔炼9V高速钢的同时，在喷射舱内感应加热45钢基辊芯，设定雾化喷嘴与45钢基辊芯表面的垂直距离为400 mm，当45钢基辊芯表面温度达到1200℃时，启动电机使45钢基辊芯以60rpm的转速旋转、轴向以0.45 mm/s的速度移动，把雾化惰性气体的压力调至0.3Mpa，雾化喷嘴扫描角度为6°，随后开启雾化喷嘴，雾化喷嘴的喷射速度为35kg/min，从45钢基辊芯的一端向另一端一次喷至所需厚度，喷射沉积9V高速钢。由图1可见，喷射成形高速钢轧辊组织中未见网状及粗大不规则的共晶组织。通过解剖分析，发现比离心复合的9V高速钢轧辊在组织上更致密、晶粒更细、析出相更细小且分布更均匀、无宏观偏析和界面冶金结合更好等。
实施例2：在35钢基辊芯上喷射沉积单边40mm厚的FGH95高温合金。35钢基辊芯的初始直径为Ф600mm，长度为1500mm。先在真空熔炼炉与雾化喷嘴之间连接安装好的导液管，随后在真空熔炼炉内熔炼一包1300KgFGH95高温合金液，在1520℃时保温等待，在熔炼FGH95高温合金的同时，在喷射舱内感应加热35钢基辊芯，设定雾化喷嘴与35钢基辊芯表面的垂直距离为750 mm，当35钢基辊芯表面温度达到1220℃时，启动电机使35钢其辊芯以30rpm的转速旋转、轴向以1.09 mm/s的速度移动，把雾化惰性气体的压力调至0.4Mpa，雾化喷嘴扫描角度为10°，随后开启雾化喷嘴，雾化喷嘴的喷射速率为50Kg/min，从35钢基辊芯的一端向另一端喷射沉积FGH95高温合金。由图2可见，喷射成形FGH95高温合金组织细小，分布均匀。对实物的解剖分析发现，材料的性能指标达到粉末冶金FGH95高温合金的水平。
注：在制造与修复过程中，根据钢基辊芯的规格调整工艺参数，范围如下：钢基辊芯的旋转速度和轴向移动速度分别为30-600rpm和0.1-2 mm/s。
雾化喷嘴与基体表面的垂直距离为350-800mm，雾化喷嘴喷射角在2~15°范围内调整，雾化惰性气体压力为0.1-1Mpa，雾化钢液流量30-80kg/min。
Claims (1)
1.喷射成形制造或修复钢基辊芯复合轧辊方法，其特征在于将钢基辊芯加热至1200-1250℃，于旋转和轴向移动状态下将熔融金属通过雾化喷嘴喷射于钢基辊芯基体表面，喷射成形结束后于热处理炉内保温冷却至室温；一定过热度的熔融金属液在喷射舱内通过冷态高压惰性气体被雾化成细小的金属液滴，喷射沉积在预热状态下旋转和轴向移动的钢基辊芯上，快速凝固沉积成一定厚度的工作层；钢基辊芯的旋转速度和轴向移动速度分别为30-600rpm和0.1-2 mm/s；雾化喷嘴与基体表面的垂直距离为350-800mm，雾化喷嘴扫描角度为2~15°，雾化惰性气体压力为0.1-1Mpa，雾化钢液流量30-80kg/min。
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