CN104250801B - 一种热轧无缝钢管输送辊激光熔覆耐磨、抗热合金涂层的工艺 - Google Patents
一种热轧无缝钢管输送辊激光熔覆耐磨、抗热合金涂层的工艺 Download PDFInfo
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Abstract
一种热轧无缝钢管输送辊激光熔覆耐磨、抗热合金涂层工艺方法，其特征是：室温下对输送辊加工表面进行除油除锈用酒精清洗；合金粉末的配制，超硬高速钢粉末合金粉末和碳化物粉末按比例为4:1进行配制混合；选用3.5*1mm聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为椭圆形，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热轧无缝钢管输送辊轴向进给，设定转速旋转，输送辊加工表面形成均匀致密的激光熔覆层；热轧无缝钢管输送辊后续热处理；对激光熔覆硬质合金涂层进行磨削加工处理至所要尺寸。本发明形成均匀致密的耐磨抗蚀熔覆层，熔覆层硬度达到HRC65以上，提高其服役寿命8倍以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用激光熔覆技术修复冶金设备部件的方法,特别是涉及一种热轧无缝钢管输送辊激光熔覆耐磨、抗热合金涂层工艺方法，属于激光熔覆技术领域。
背景技术
热轧无缝钢管输送辊是热轧无缝钢管生产线配套设备部件之一，它的使用寿命和表面状态对无缝钢管质量和产能有至关重要的影响。热轧无缝钢管输送辊在工作过程中采用水冷，导致表面冷热交替，易于疲劳和产生龟裂；同时受到钢管的压力和高温的影响，表面由于摩擦产生磨损。磨损失效方式主要有高温磨损、黏着磨损及磨粒磨损。热轧无缝钢管输送辊由于磨损导致的表面状态恶化影响钢管表面质量下线。
热轧无缝钢管输送辊表面改性的主要方法是传统堆焊法和喷焊法，传统堆焊法及喷焊法得到的堆焊层组织粗大，热影响区面积大，稀释率大，并容易出现晶粒粗大及过热组织，结合强度不高，容易出现脱落、起皮现象。堆焊带搭接区域耐磨性差导致优先磨损沟，这往往是输送辊堆焊修复失效的主要原因。
发明内容
本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述不足，提供一种热轧无缝钢管输送辊激光熔覆耐磨、抗热合金涂层工艺方法。本发明采用具有优良的抗热耐磨与热轧无缝钢管输送辊基体具有良好冶金与力学相容性的铁基碳化物复合粉末，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，熔覆层硬度达到HRC65以上，提高其服役寿命8倍以上。
本发明采取的技术方案。
这种热轧无缝钢管输送辊激光熔覆耐磨、抗热合金涂层的工艺，其特征在于包括以下工艺过程。
（1）热轧无缝钢管输送辊表面预处理。
室温下对输送辊加工表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。
用着色探伤法对工件加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
（2）合金粉末的选择与配制。
粘结相合金粉末选用具有优异高温红硬性且与基体冶金相容性良好的超硬高速钢粉末合金粉末。高速钢粉末的化学成份按重量百分比为：C：≤0.03%、Cr：0-1.0%、Ni：5-7%、Mo：6-7.5%、Si：≤0.1%、W：12-15%、Al：0.05-0.15%、Ti：0.3-0.5%、B：0-0.3% 、Co:13-15%，余量为Fe。
超硬高速钢合金粉末的制备方法。
将Fe、C、Cr、Ni、Mo、W、Si、Al、Ti、B、Co按上述重量百分比提取后放入真空中频感应炉内，加热到1500℃以上，使Fe、C、Cr、Ni、Mo、W、Si、Al、Ti、B、Co粉末完全融化并混合均匀，形成熔融的金属液流，将熔融的金属液流注入氩气雾化设备的漏包坩埚，在漏包坩埚的下方置有氩气雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经喷嘴时，被喷嘴射出的高速氩气气流击碎成小液滴、随后小液滴凝固成粉末。
碳化物粉末相为球状铸造碳化钨，成分碳4.5%、余量为钨。
将上述碳化物粉末相和超硬高速钢粉末按重量比为4:1在电子天平上进行配制，并在专用混粉器进行混合4小时以上，制得合金粉末。
（3）光束调节。
使用3.5×1mm聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形光斑。
（4）耐磨抗蚀涂层激光熔覆。
选用DL－HL－T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将步骤（2）制得的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热轧无缝钢管输送辊轴向进给，设定转速旋转，输送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＝3800～4000W。
聚焦矩形光斑尺寸：长×宽=（3.2～4.2）×（0.8～1.2）mm。
扫描速度V＝200-400mm/min。
搭接率40～60％。
涂层厚度：0.8～2.0mm。
保护气体：氩气。
（5）热轧无缝钢管输送辊后续热处理。
对热轧无缝钢管输送辊进行560℃，保温2.5小时时效硬化效热处理。
（6）机械加工。
对激光熔覆层采用金刚石或立方氮化硼进行磨削加工处理至需要尺寸。
本发明的原理：采用具有优良的抗热耐磨与热轧无缝钢管输送辊基体具有良好冶金与力学相容性的铁基碳化物复合粉末，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，熔覆层硬度达到HRC65以上，提高其服役寿命8倍以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是。
（1）为热轧无缝钢管输送辊提供了一种全新的制造与修复的工艺方法。
（2）该工艺采用具有抗热、耐磨性能优异的硬质合金复合粉末作为功能材料，应用用激光熔覆的工艺方法将具有良好抗热耐磨性能的合金粉末均匀地熔覆在辊的表面，形成高质量、与基体形成良好的冶金结合的WC硬面复合层。
具体实施方式
实施例1。
热轧无缝钢管输送辊激光熔覆耐磨、抗热合金涂层工艺方法，包括以下过程。
（1）热轧无缝钢管输送辊表面预处理。
室温下对输送辊加工表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。
用着色探伤法对工件加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
（2）合金粉末的选择与配制。
粘结相合金粉末选用具有优异高温红硬性且与基体冶金相容性良好的超硬高速钢粉末合金粉末。高速钢粉末的化学成份按重量百分比为：C：≤0.03%、Cr：0-1.0%、Ni：5-7%、Mo：6-7.5%、Si：≤0.1%、W：12-15%、Al：0.05-0.15%、Ti：0.3-0.5%、B：0-0.3%、Co:13-15%，余量为Fe。
超硬高速钢合金粉末的制备方法。
将Fe、C、Cr、Ni、Mo、W、Si、Al、Ti、B、Co按上述重量百分比提取后放入真空中频感应炉内，加热到1500℃以上，使粉末完全融化并混合均匀，将熔融的金属液流注入氩气雾化设备的漏包坩埚，在漏包坩埚的下方置有氩气雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经喷嘴时，被喷嘴射出的高速氩气气流击碎成小液滴、随后合金液滴凝固成粉末。
碳化物粉末相为球状铸造碳化钨，成分碳0.45%、余量为钨。
上述两种合金粉末按重量比例为4:1在电子天平上进行配制，并在专用混粉器进行混合4小时以上。
（3）光束调节。
选用3.5×1mm聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为椭圆形，光斑尺寸:长×宽=（3.2～4.2）×（0.8～3）mm。
（4）耐磨抗蚀涂层激光熔覆。
选用DL－HL－T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。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输送辊轴向进给，设定转速旋转，热轧无缝钢管输送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＝3800。
聚焦矩形光斑尺寸：长×宽=3.5×1.2mm。
扫描速度V＝400/min。
搭接率45％。
涂层厚度：1.5mm。
保护气体：氩气。
（5）热轧无缝钢管输送辊后续热处理。
对热轧无缝钢管输送辊进行560℃，保温2.5小时时效硬化效热处理。
（6）机械加工。
对激光熔覆层采用金刚石或立方氮化硼进行磨削加工处理至要尺寸。
实施例2。
热轧无缝钢管输送辊激光熔覆耐磨、抗热合金涂层工艺方法，包括以下过程。
（1）热轧无缝钢管输送辊表面预处理。
室温下对输送辊加工表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。
用着色探伤法对工件加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
（2）合金粉末的选择与配制。
粘结相合金粉末选用具有优异高温红硬性且与基体冶金相容性良好的超硬高速钢粉末合金粉末。高速钢粉末的化学成份按重量百分比为：C：≤0.03%、Cr：0-1.0%、Ni：5-7%、Mo：6-7.5%、Si：≤0.1%、W：12-15%、Al：0.05-0.15%、Ti：0.3-0.5%、B：0-0.3% 、Co:13-15%，余量为Fe。
超硬高速钢合金粉末的制备方法。
将Fe、C、Cr、Ni、Mo、W、Si、Al、Ti、B、Co按上述重量百分比提取后放入真空中频感应炉内，加热到1500℃以上，使粉末完全融化并混合均匀，将熔融的金属液流注入氩气雾化设备的漏包坩埚，在漏包坩埚的下方置有氩气雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经喷嘴时，被喷嘴射出的高速氩气气流击碎成小液滴、随后合金液滴凝固成粉末。
碳化物粉末相为球状铸造碳化钨，成分碳4.5%、余量为钨。
上述两种合金粉末按重量比例为4:1在电子天平上进行配制，并在专用混粉器进行混合4小时以上。
（3）光束调节。
选用3.5×1mm聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为椭圆形，光斑尺寸:长×宽=（3.2～4.2）×（0.8～3）mm。
（4）耐磨抗蚀涂层激光熔覆。
选用DL－HL－T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。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输送辊轴向进给，设定转速旋转，热轧无缝钢管输送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＝4000W。
聚焦矩形光斑尺寸：长×宽=4×3mm。
扫描速度V＝220/min。
搭接率40％。
涂层厚度：2mm。
保护气体：氩气。
（5）热轧无缝钢管输送辊后续热处理。
对热轧无缝钢管输送辊进行560℃，保温2.5小时时效硬化效热处理。
（6）机械加工。
对激光熔覆层采用金刚石或立方氮化硼进行磨削加工处理至要尺寸。
Claims (1)
1.一种热轧无缝钢管输送辊激光熔覆耐磨、抗热合金涂层的工艺，其特征在于包括以下工艺过程：
（1）热轧无缝钢管输送辊表面预处理
室温下对输送辊加工表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净，用着色探伤法对输送辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
（2）合金粉末的选择与配制
粘结相合金粉末为具有优异高温红硬性且与输送辊基体冶金相容性良好的超硬高速钢粉末，超硬高速钢粉末的化学成份按重量百分比为：C：≤0.03%、Cr：0-1.0%、Ni：5-7%、Mo：6-7.5%、Si：≤0.1%、W：12-15%、Al：0.05-0.15%、Ti：0.3-0.5%、B：0-0.3%、Co：13-15%，余量为Fe；
超硬高速钢粉末的制备方法：
将Fe、C、Cr、Ni、Mo、W、Si、Al、Ti、B、Co按上述重量百分比提取后放入真空中频感应炉内，加热到1500℃以上，使Fe、C、Cr、Ni、Mo、W、Si、Al、Ti、B、Co粉末完全融化并混合均匀，形成熔融的金属液流，将熔融的金属液流注入氩气雾化设备的漏包坩埚，在漏包坩埚的下方置有氩气雾化喷嘴，当熔融的金属液流通过导流嘴流经喷嘴时，被喷嘴射出的高速氩气气流击碎成小液滴、随后小液滴凝固成粉末；
碳化物粉末相为球状铸造碳化钨，成分碳为4.5%、余量为钨；
将上述碳化物粉末相和超硬高速钢粉末按重量比为4:1在电子天平上进行配制，并在混粉器进行混合4小时以上，制得合金粉末；
（3）光束调节
使用3.5×1mm聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形光斑；
（4）耐磨抗蚀涂层激光熔覆
使用DL－HL－T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机，采用同步送粉装置将步骤（2）中混合后制得的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热轧无缝钢管输送辊轴向进给，设定转速旋转，输送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＝3800～4000W
聚焦矩形光斑尺寸：长×宽=（3.2～4.2）×（0.8～1.2）mm
扫描速度V＝200-400mm/min
搭接率40～60％
涂层厚度：0.8～2.0mm
保护气体：氩气；
（5）热轧无缝钢管输送辊后续热处理
对热轧无缝钢管输送辊进行560℃，保温2.5小时时效硬化热处理；
（6）机械加工
对激光熔覆层采用金刚石或立方氮化硼进行磨削加工处理至所需要尺寸。
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