CN103820780A

CN103820780A - 轧辊表面耐磨涂层的制备方法

Info

Publication number: CN103820780A
Application number: CN201210461289.8A
Authority: CN
Inventors: 吴立松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-05-28

Abstract

一种轧辊表面耐磨涂层的制备方法，其特点是：1）轧辊表面预处理；2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节；3）光束调节，选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形；4）耐磨抗蚀涂层激光熔覆选用CO₂激光器，采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿轧辊轴向进给，设定转速旋转，轧辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层；5）熔覆后探伤检验。本发明激光熔覆形成的强化层可显著提高热轧板材轧辊表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的能力。

Description

轧辊表面耐磨涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种冶金设备部件表面制备耐磨覆层的方法,特别是涉及一种采用激光熔覆技术制备轧辊表面耐磨涂层的方法，属于激光熔覆技术领域。

背景技术

轧辊是板材轧制生产线上的重要备品备件，其质量的好坏，使用寿命的长短直接影响到辊耗大小、钢材的质量、维修费用、轧机作业率，最终影响到钢材的生产成本。造成轧辊失效的原因：其一，交变热循环作用，使用一段时间后辊面产生热疲劳裂纹；其二，辊面与钢带间产生金属磨损和氧化皮造成的磨粒磨损。过大的冲击往往引起轧辊的损坏。国内针对轧辊修复的方法主要是车削法、电镀法、热喷涂法。车削法可靠、表面精度高，但是车削后轴件尺寸变小，工期长，费用高，现场处理难度大；电镀法的镀层结合强度较低，耐磨性差，镀层的镀厚能力有限；热喷涂法虽然修复层的结合强度较高，但是变形大，不适合大面积修复。

因此，选择适当的制备轧辊表面耐磨涂层的工艺，是所属领域当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨合金覆层的专利和报道很多：例如，

公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO ₂ 激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。

公开号为CN101338428的中国发明专利申请给出的《镐形截齿齿体头部激光熔覆耐磨涂层强化工艺》，包括以下工艺过程：首先是截齿齿体头部表面预处理；然后是合金粉末的选择和自动送粉装置的调整；最后是截齿头部激光熔覆耐磨合金涂层。

现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行耐磨覆层处理，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像热轧板材助卷辊这样的特定结构，现有激光熔覆工艺所提供的工艺参数已明显不能适应。

经本申请人检索查证：采用激光熔覆工艺在轧辊表面制备抗热耐磨合金涂层，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术对在轧辊表面制备耐磨涂层处理难的课题，给出了一种新的轧辊表面耐磨涂层的制备方法。该方法采用与轧辊基体具有良好冶金与力学相容的铁基合金粉末，在大功率激光束辐照工件表面的同时，采用自动送粉装置同步向激光熔池送入合金粉末，合金粉末在熔池内发生快速熔化和凝固，形成均匀致密的耐磨抗蚀熔覆层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合。

本发明给出的技术方案是：这种轧辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法，其特点是有以下步骤：

（1）轧辊表面处理

室温下对轧辊加工表面进行除油、除锈处理；

（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节

选用铁基合金粉末，其化学成份按重量百分比为：

C：0.15%、Cr：20%、Ni：5%、Mo：3%、Si：3%、N：0.2%、Nb：0.2%、Ta：0.3%、B：0.3%，余量为Fe；

（3）光束调节

宽带积分镜，光斑尺寸:长*宽=（8～10）*（1～1.5）mm ；

（4）激光熔覆耐磨涂层

用CO ₂ 激光器，采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿轧辊轴向进给，轧辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层，熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝5000～8000W

聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=（8～10）*（1～1.5）mm

扫描速度V＝800～900mm/min

搭接率40～60％

涂层厚度： 3.0mm ；

（5）熔覆后探伤检验

对轧辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔缺陷。

本发明选用T5000型CO ₂ 激光器、SIMENS数控激光加工机和同步送粉装置，均为本行业的常规设备。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用具有耐磨性能的合金粉末作为激光熔覆合金材料，应用激光熔覆方法将具有耐磨性能的合金粉末均匀地熔覆在轧辊的表面，形成细小均匀、层深可控、高质量、与基体形成良好的冶金结合的表面强化层。强化层可显著提高助卷辊表面硬度、耐磨性和抗接触疲劳的能力。

具体实施方式

实施例1 轧辊的修复

其工艺过程为：

（1）轧辊表面预处理

室温下对轧辊加工表面进行除油、除锈处理，对轧辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷；

（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节

选用具有耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到3.0mm。

（3）光束调节

选用10*1mm宽带积分镜，光斑尺寸:长*宽=8*1.5mm

（4）抗热耐磨涂层激光熔覆

用CO ₂ 激光器，采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿轧辊轴向进给，轧辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层。

熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝8000W；

聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=8*1.5mm

扫描速度V＝800mm/min；

搭接率45％。

（5）熔覆后探伤检验

用着色探伤法对轧辊加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷。

Claims

1.一种轧辊表面耐磨涂层的制备方法，其特点是有以下步骤：

（1）轧辊表面处理

室温下对轧辊加工表面进行除油、除锈处理；

（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节

选用铁基合金粉末，其化学成份按重量百分比为：

C：0.15%、Cr：20%、Ni：5%、Mo：3%、Si：3%、N：0.2%、Nb：0.2%、Ta：0.3%、B：0.3%，余量为Fe；

（3）光束调节

宽带积分镜，光斑尺寸:长*宽=（8～10）*（1～1.5）mm ；

（4）激光熔覆耐磨涂层

用CO₂激光器，采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿轧辊轴向进给，轧辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层，熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝5000～8000W

聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=（8～10）*（1～1.5）mm

扫描速度V＝800～900mm/min

搭接率40～60％

涂层厚度： 2.0mm ；

（5）熔覆后探伤检验

对轧辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔缺陷。