CN104250802B - 一种热轧无缝钢管张减辊激光熔覆超硬高速钢工艺方法 - Google Patents

一种热轧无缝钢管张减辊激光熔覆超硬高速钢工艺方法 Download PDF

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Abstract

一种热轧无缝钢管张减辊激光熔覆超硬高速钢工艺方法，其特点是：张减辊表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净，并对加工区域分区标号；配置超硬高速钢粉末合金粉末，调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量；选用3.5*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形；采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，在表面形成均匀致密的激光熔覆层；熔覆后探伤检验，张减辊后续热处理。本发明选用的超硬高速钢粉末与张减辊基体具有良好冶金与力学相容性，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合，硬度高、厚度均匀，不产生裂纹与剥落现象。

Description

一种热轧无缝钢管张减辊激光熔覆超硬高速钢工艺方法
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张减辊激光熔覆超硬高速钢工艺方法，属于激光熔覆技术领域。
背景技术
热轧无缝钢管张减辊无缝钢管生产线重要的关键消耗部件，张减辊的性能和使用寿命不仅决定了轧辊消耗，而且决定了无缝钢管的生产产量和效率、能源消耗及产品质量，而决定轧辊使用寿命的主要性能为轧辊强度和表面高温耐磨性。
激光熔覆技术是利用高能量密度的激光束，使材料表面成分、组织结构和性能实现预期变化的技术。激光熔覆主要有以下优点：（1）激光能量密度高，作用时间短，基体材料的热影响区和由于加工应力而产生的变形小；（2）熔覆层结构细密，微观缺陷小，结合性高，性能优异；（3）激光熔覆对环境的污染小；（4）涂层与基体界面为冶金结合，组织细小，熔覆层成分及稀释率可控，易实现选区熔覆，易实现自动化制备。
利用激光熔覆技术，可以在廉价基体表面上制成具有合金和其他复合材料所具有的高性能的功能应用层。与其他材料表面改性技术如等离子喷涂、火焰喷涂等比较，激光熔覆能够解决需要特殊性能的表面功能层制备和一些工业零部件的表面强化的关键问题。
传统的制造张减辊的工艺方法有高合金整体铸造或锻造、表面电弧堆焊、渗碳（氮）等工艺方法，但都难以满足张减辊的使用性能要求。整体硬质合金导为辊使用寿命长，但其制造成本高，使用条件苛刻，抗事故能力差未的到大面积有效使用。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述问题，利用激光熔覆优异的技术性能，解决无缝钢管张减辊在制造使用过程中强度与耐磨性的矛盾，给出一种热轧无缝钢管张减辊激光熔覆超硬高速钢工艺方法。本发明采用具有抗热、耐磨性能优异高速钢粉末作为功能材料，应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张减辊的表面，形成细小均匀、高质量的与基体形成良好的冶金结合的硬面工作层。
本发明采用的技术方案是。
这种热轧无缝钢管张减辊激光熔覆超硬高速钢工艺方法，其特点是包括以下过程。
（1）张减辊表面预处理。
张减辊表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净，并对加工区域分区标号。用着色探伤法对加工部位进行检验，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。
配置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，其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%﹑余量为Fe。
调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.5—2.5mm。
（3）光束调节。
选用3.5*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=（3.5-4.5）*（1-2）mm。
（4）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，在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＝3600～4200W。
聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=（8-10）*（1-1.5）mm。
扫描速度V＝200—400mm/min。
搭接率50％。
涂层厚度：0.5—2.5mm。
保护气体：氩气。
（5）熔覆后探伤检验。
用着色探伤法加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔等缺陷。
（6）张减辊后续热处理。
对张减辊进行560℃，保温2.5小时时效硬化效热处理。
本发明的原理是：选用抗热磨损性优异的超硬高速钢粉末，且与张减辊基体具有良好冶金与力学相容性，在高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，形成均匀致密的熔覆层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合，硬度高、厚度均匀，不产生裂纹与剥落现象。此发明工艺相对简单，制造成本低、可操作性强，具有显著的经济效益和社会效益。
在上述技术方案选用DL－HL－T5000型CO2激光器和SIMENS数控激光加工机均为现有的专业设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是。
1、激光熔覆合金涂层均匀、致密，与基体形成牢固的冶金结合，涂层具有优良的抗高温磨损性能，红硬性高于现有高速钢材料50-100℃，采用本发明技术制造的张减辊显著提高耐磨性及使用寿命。
2、本发明可用于热轧无缝钢管张减辊制造和修复再制造。
具体实施方式
实施例1。
张减辊表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净，并对加工区域分区标号。用着色探伤法对加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
（2）合金粉末的生产制造和自动送粉装置的调节。
配制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合金粉末，其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。
调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的超硬高速钢合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.5—2.5mm。
（3）光束调节。
选用3.5*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=3.5*1mm。
（4）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，在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＝3700W。
聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=3.5*1mm。
扫描速度V＝300mm/min。
搭接率50％。
涂层厚度：2mm。
保护气体：氩气。
（5）熔覆后探伤检验。
用着色探伤法加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔等缺陷。
（6）张减辊后续热处理。
对张减辊进行560℃，保温2.5小时时效硬化效热处理。
实施例2。
张减辊表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净，并对加工区域分区标号。用着色探伤法对加工部位进行检验，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。
配制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合金粉末，其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。
调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.5—2.5mm。
（3）光束调节。
选用3.5*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=4.5*2mm。
（4）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，在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＝4200W。
聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=4.5*2mm。
扫描速度V＝400mm/min。
搭接率50％。
涂层厚度：2.5mm。
保护气体：氩气。
（5）熔覆后探伤检验。
用着色探伤法加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔等缺陷。
（6）张减辊后续热处理。
对张减辊进行560℃，保温2.5小时时效硬化效热处理。

Claims (1)

1.一种热轧无缝钢管张减辊激光熔覆超硬高速钢工艺方法，包括以下过程：
（1）张减辊表面预处理
张减辊表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净，并对加工区域分区标号，用着色探伤法对加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节
配置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，调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.5—2.5mm；
（3）光束调节
选用3.5*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=（3.5-4.5）*（1-2）mm；
（4）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，在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＝3600～4200W
聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=（8-10）*（1-1.5）mm
扫描速度V＝200—400mm/min
搭接率50％
涂层厚度：0.5—2.5mm；
保护气体：氩气 ；
（5）熔覆后探伤检验
用着色探伤法加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔缺陷；
（6）张减辊后续热处理
对张减辊进行560℃，保温2.5小时时效硬化效热处理；
其特征在于所述的超硬高速钢粉末合金粉末，其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%﹑
余量为Fe。
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Assignee: SHENYANG DALU LASER FLEXIBLE MANUFACTURE TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: Shenyang Dalu Laser Complete Equipment Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023210000143

Denomination of invention: A Laser Cladding Process for Hot Rolled Seamless Steel Tube Tensioning and Reducing Roll Superhard High Speed Steel

Granted publication date: 20170208

License type: Common License

Record date: 20230927