CN103817320A

CN103817320A - 用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末及其修复方法

Info

Publication number: CN103817320A
Application number: CN201410099842.7A
Authority: CN
Inventors: 马海鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明提供了一种用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末及其修复方法，复合粉末由以下成分按重量百分比组成：碳化铬5~40%，钴基粉末余量；其中，所述钴基粉末由以下元素按重量百分比组成，C0.6~1%，Cr20~30%，Si0.1~0.6%，Mn0.1~0.5%，W5~10%，Fe0.5~3%，Ni5~12%，Co余量；制备过程为：对轧钢机机架的修复表面进行机械加工；对修复表面进行无损探伤；将光纤耦合输出的高功率半导体激光器光束照射到修复面上，通过机器人编程进行往复式激光熔覆加工，将复合粉末熔烧到轧机机架基体上，获得熔覆层；将熔覆层表面进行机械加工，达到尺寸精度和表面光洁度的要求；具有修复周期短、粉末利用率高、能源消耗低等优点。

Description

用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末及其修复方法

技术领域

本发明涉及材料修复，特别提供了一种用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末及其修复方法。

背景技术

机架俗称牌坊，是轧钢机工作机座的骨架，它承受着经轴承座传来的全部轧制力，并受到较大的冲击。而且轧钢机在工作过程中，轧制冷却水遇到红灼的钢坯迅速雾化，夹带着从钢坯表面脱落的氧化铁粉末向四周喷射，使轧机机架牌坊内侧窗口面、机架牌坊底面等均出现不同程度的腐蚀磨损，时常出现轧机机架与轧辊轴承座间隙超过管理极限值现象。轧钢机牌坊工作环境恶劣，而且间隙增大恶化了轧机主传动系统的工作条件，使主传动振动冲击大，钢锭咬入时容易发生打滑，影响到板形的控制，对产品质量造成很大影响。

目前轧机机架修复主要采用在线机械加工+增加衬板、涂敷金属修补液和电弧堆焊等方法，但这些方法往往存在着牌坊强度和刚度下降（增加衬板法）；涂层与基体非冶金结合，结合力差（金属修补液法）；或残余应力过大，牌坊结构失稳变形（电弧堆焊法）等问题，因此，具有（1）热输入量小，（2）可选择适当的防腐耐磨涂层材料，并（3）与基体为冶金结合，且（4）可进行在线修复的激光再制造修复技术获得了人们关注和实际应用。

然而，现有的激光修复，均采用全固态激光，存在着激光功率和光电转换效率低等不足，造成单层熔覆厚度薄、激光修复周期长、粉末利用率低、能源消耗大等问题，同时修复中所用的粉末与修复机体的结合度较差，

而且在现场多是对轧机牌坊的立面进行熔覆加工，粉末利用率较低。

因此，如何对现有的修复粉末和修复方法进行改进，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末及其修复方法，以至少解决以往机架修复中存在的粉末与修复机架结合能力差、修复周期长、粉末利用率低、能源消耗大等问题。

本发明一方面提供了一种用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末，其特征在于，所述粉末由以下成分按重量百分比组成：

碳化铬5~40%，钴基粉末余量；

其中，所述钴基粉末由以下元素按重量百分比组成，C 0.6~1%，Cr 20~30%，Si 0.1~0.6 %，Mn 0.1~0.5%，W 5~10%，Fe 0.5~3%，Ni 5~12%，Co余量。

优选，所述粉末由以下成分按重量百分比组成：碳化铬增强相材料15~30%，钴基粉末余量。

进一步优选，所述粉末由以下成分按重量百分比组成：碳化铬25%，钴基粉末75%。

进一步优选，所述碳化铬的颗粒直径为50纳米~50微米。

进一步优选，所述钴基粉末由以下元素按重量百分比组成，C 0.8%，Cr 25%，Si 0.3 %，Mn 0.3%，W 8%，Fe 1.1%，Ni 10%，Co余量。

本发明另一方面提供了一种轧钢机机架修复方法，其特征在于，具体修复步骤如下：

——对轧钢机机架的修复表面进行机械加工，祛除表面油污，露出新鲜金属基体；

——对修复表面进行无损探伤，确保零缺陷；

——在可升降的工作平台上，通过机器人夹持可同步送粉的激光熔覆头，将光纤耦合输出的高功率半导体激光器光束照射到修复面上，通过机器人编程进行往复式激光熔覆加工，将权利要求1中的复合粉末熔烧到轧机机架基体上，获得具有0.2~1mm磨削余量的熔覆层；

——将熔覆层表面进行机械加工，达到尺寸精度和表面光洁度的要求。

优选，所述高功率半导体激光器的输出功率为大于等于2000W。

进一步优选，所述高功率半导体激光器的输出光斑为圆光斑或矩形光斑。

进一步优选，所述高功率半导体激光器的扫描速度为1mm/s~20mm/s。

本发明提供的用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末，其中，钴基基体材料具有耐高温腐蚀和耐磨损作用，而高硬碳化铬粉体的加入，利用其弥散强化的作用，可大大提高熔覆层的耐磨性能，提高的机架的修复效果。

本发明提供的轧钢机机架修复方法，通过光纤耦合输出的高功率半导体激光器，利用机器人的在线柔性制造功能，通过结合同步送粉和适当的激光熔覆粉末，对轧机机架进行快速修复，具有修复周期短、粉末利用率高、能源消耗低等优点。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

为了较好解决现有技术中机架修复中存在的粉末与修复机架结合能力差等问题，本发明提供了一种用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末，按照重量百分比计，该钴基复合粉末由碳化铬5~40%，钴基粉末余量组成，其中，所述钴基粉末由以下元素按重量百分比组成，C 0.6~1%，Cr 20~30%，Si 0.1~0.6 %，Mn 0.1~0.5%，W 5~10%，Fe 0.5~3%，Ni 5~12%，Co余量。

进一步优选，所述粉末由以下成分按重量百分比组成：碳化铬15~30%，钴基粉末余量；最佳优选，所述粉末由以下成分按重量百分比组成：碳化铬25%，钴基粉末75%。

其中，优选碳化铬的颗粒直径为50纳米~50微米；钴基粉末由以下元素按重量百分比组成，C 0.8%，Cr 25%，Si 0.3 %，Mn 0.3%，W 8%，Fe 1.1%，Ni 10%，Co余量。

本发明提供的用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末能够很好的与修复机架相结合，其中，碳化铬为陶瓷增强材料，所起的作用为弥散耐磨，钴基粉末所起的作用为耐高温腐蚀与磨损，通过将碳化铬与钴基粉末按照一定的比例混合，利用碳化铬的弥散强化作用，能够增强钴基复合粉末与机架的结合力，提高修复效果。

本发明中用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末具体制备方法为现有技术中的球磨混合。

根据本发明的另一方面，提供了一种轧钢机机架修复方法，具体修复步骤如下：首先，对轧钢机机架的修复表面进行机械加工，祛除表面油污，露出新鲜金属基体；然后对修复表面进行无损探伤，确保零缺陷；再在可升降的工作平台上，通过机器人夹持可同步送粉的激光熔覆头，将光纤耦合输出的高功率半导体激光器光束照射到修复面上，通过机器人编程进行往复式激光熔覆加工，将权利要求1中的复合粉末熔烧到轧机机架基体上，获得具有0.2~1mm磨削余量的熔覆层；最后将熔覆层表面进行机械加工，达到尺寸精度和表面光洁度的要求，修复工作完成。该方法通过同步送粉与光纤耦合输出的高功率半导体激光器相结合，然后配合机器人的往复式激光熔覆，对轧机机架进行快速修复，具有修复周期短、粉末利用率高、能源消耗低等优点。

优选，所述高功率半导体激光器的输出功率为大于等于2000W；光斑可选用圆光斑或矩形光斑；扫描速度优选为1mm/s-20mm/s。

下面结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

采用按重量百分比计，碳化铬25%，钴基粉末75%球磨混合制备，其中，碳化铬的颗粒直径为100nm，钴基粉末为按重量百分比计，C 0.8%，Cr 25%，Si 0.3 %，Mn 0.3%，W 8%，Fe 1.1%，Ni 10%，Co余量。

实施例2~6，对比例1

所采用的原料重量百分比具体见表1，制备方法也是采用球磨混合。

表1

序号	碳化铬	钴基粉末
			实施例2	5%	95%
实施例3	40%	60%
			实施例4	15%	85%
实施例5	30%	70%
			实施例6	20%	80%
对比例1	0%	100%

钴基粉末各元素重量百分比具体见表2。

表2

序号	C	Cr	Si	Mn	W	Fe	Ni	Co
									实施例2	0.6%	30%	0.1%	0.1%	5%	3%	5%	余量
实施例3	0.8%	25%	0.4%	0.3%	8%	1.2%	8%	余量
									实施例4	1%	20%	0.6%	0.5%	10%	0.5%	12%	余量
实施例5	0.8%	25%	0.3%	0.3%	8%	1.1%	10%	余量
									实施例6	0.7%	22%	0.5%	0.4%	9%	0.7%	6%	余量
对比例1	0.8%	25%	0.3%	0.3%	8%	1.1%	10%	余量

实施例7

下面使用实施例1~6中的钴基复合粉末进行轧钢机机架修复，具体的修复方法为，首先，对轧钢机机架的修复表面进行机械加工，祛除表面油污，露出新鲜金属基体；然后对修复表面进行无损探伤，确保零缺陷；再在可升降的工作平台上，通过机器人夹持可同步送粉的激光熔覆头，将光纤耦合输出的高功率半导体激光器光束照射到修复面上，通过机器人编程进行往复式激光熔覆加工，将权利要求1中的复合粉末熔烧到轧机机架基体上，获得具有0.2~1mm磨削余量的熔覆层；最后将熔覆层表面进行机械加工，达到尺寸精度和表面光洁度的要求，修复工作完成，其中，高功率半导体激光器的输出功率为大于等于2000W；光斑为用圆光斑或矩形光斑；扫描速度为1mm/s~20mm/s。

实施例8

下面对机架修复处的熔覆层进行性能检测，具体结果，见表3。

表3

序号	硬度
		实施例1	HV709
实施例2	HV420
		实施例3	HV1031
实施例4	HV480
		实施例5	HV856
实施例6	HV590
		对比例1	HV330

同时对机架修复处的熔覆层进行裂纹检测，结果发现，实施例3、5中均出现了明显的裂痕，而其他实施例和对比例中均没有裂纹的出现，因此试验对比发现，实施例1中机架修复处的熔覆层硬度和耐磨性较好，且无裂纹等缺陷，性能检测综合结果最佳。

Claims

1.一种用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末，其特征在于，所述粉末由以下成分按重量百分比组成：

碳化铬5~40%，钴基粉末余量；

2.按照权利要求1所述用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末，其特征在于，所述粉末由以下成分按重量百分比组成：碳化铬15~30%，钴基粉末余量。

3.按照权利要求1所述用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末，其特征在于，所述粉末由以下成分按重量百分比组成：碳化铬25%，钴基粉末75%。

4.按照权利要求1~3任意所述用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末，其特征在于：所述碳化铬的颗粒直径为50纳米~50微米。

5.按照权利要求1~3任意所述用于轧钢机机架修复的钴基复合粉末，其特征在于：所述钴基粉末由以下元素按重量百分比组成，C 0.8%，Cr 25%，Si 0.3 %，Mn 0.3%，W 8%，Fe 1.1%，Ni 10%，Co余量。

6.一种轧钢机机架修复方法，其特征在于，具体修复步骤如下：

——对修复表面进行无损探伤，确保零缺陷；

7.按照权利要求6所述轧钢机机架修复方法，其特征在于：所述高功率半导体激光器的输出功率为大于等于2000W。

8.按照权利要求6所述轧钢机机架修复方法，其特征在于：所述高功率半导体激光器的输出光斑为圆光斑或矩形光斑。

9.按照权利要求6所述轧钢机机架修复方法，其特征在于：所述高功率半导体激光器的扫描速度为1mm/s~20mm/s。