CN106567065A - 修复后表面具有很好的热硬性的热轧辊的激光修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种修复后表面具有很好的热硬性的热轧辊的激光修复方法，在热轧辊的表面从内逐层激光熔覆过渡合金层、中间合金层和表面合金层；过渡合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.21%～0.31%，Si：3.2%～3.6%，B：1.0%～1.1%，Fe：2.2%～2.6%，Cr：7%～8%，其余为Ni；中间合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.4%～0.5%，Si：3.8%～4.3%，B：11.2%～11.93%，Fe：2.5%～3.2%，Cr：10%～12%，其余为Ni；表面合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.05%～0.1%，Si：3.2%～3.6%，Fe：2%～4%，Cr：16%～19%，Mo：27%～30%，其余为Co。采用本发明的热轧辊的激光修复方法所修复的热轧辊，表面具有很好的耐磨性、耐蚀性、热硬性，且内部兼顾韧性及强度，激光熔覆效果好。

Description

修复后表面具有很好的热硬性的热轧辊的激光修复方法

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆方法，尤其是一种修复后表面具有很好的热硬性的热轧辊的激光熔覆方法。

背景技术

轧辊是我国冶金行业的第一大耗材，热轧辊更是轧钢生产中的主要消耗备件之一，其消耗远远大于冷轧辊。热轧辊消耗约为轧钢生产成本的5%～15%。热轧辊质量不仅关系到轧钢生产成本和轧机生产作业率，还在很大程度上影响轧材质量。随着轧钢技术的发展，轧机速度和自动化程度不断提高，对热轧辊质量，特别是热轧辊的耐磨性、强度及韧性等提出了更高的要求。

热轧辊材质发展的明显趋势是广泛使用合金元素且逐渐提高合金化程度。热轧带钢精轧前段由20世纪30年代的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊发展到60年代的半钢工作轧辊，70年代开始使用高铬铸铁轧辊和高铬铸钢轧辊，80年代末开始使用高速钢轧辊，热轧辊的材料不断地得到改进。热轧辊材质不但要具有良好的耐磨性，还要具有高温硬度，基体为奥氏体、马氏体，因而其硬度和韧性结合较好。热轧辊表面会生成一层致密且有韧性的铬的氧化膜， 能减少热裂纹的数量和深度，具有较好的抗热裂性能。其整体机械性能、热处理性能都有很大的提高，顺应了市场的需求。

热轧辊损耗失效的形式主要是磨损及因长期高温、高压力下产生的疲劳性失效，如硬度的降低、疲劳裂纹、剥落、变形及尺寸磨损的变化等。热轧辊由于材料的原因堆焊性都很差，采用普通的堆焊方法就会极易出现裂纹、气孔、硬度不足等缺陷，使此材质类型的轧辊修复陷入困境。如何延长热轧辊的使用寿命、有效修复破坏区域是降低辊耗的关键。

激光熔覆是指以添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。如何将激光熔覆技术有效的应用于热轧辊表面修复，是本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种修复后表面具有很好的耐磨性、耐蚀性、热硬性，且内部兼顾韧性及强度，激光熔覆效果好的热轧辊的激光修复方法。

本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是：一种热轧辊的激光修复方法，在热轧辊的表面激光熔覆一层过渡合金层，在所述过渡合金层上激光熔覆一层中间合金层，在所述中间合金层上激光熔覆一层表面合金层；所述过渡合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.31%～0.35%，Si：3.2%～3.6%，B：1.0%～1.1%，Fe：2.2%～2.6%，Cr：7%～8%，其余为Ni；所述中间合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.4%～0.5%，Si：3.8%～4.3%，B：11.2%～11.93%，Fe：2.5%～3.2%，Cr：10%～12%，其余为Ni；所述表面合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.05%～0.1%，Si：3.2%～3.6%，Fe：2%～4%，Cr：16%～19%，Mo：27%～30%，其余为Co。

为了使得中间合金层和过渡合金层不会因为过厚影响热轧辊表面的硬度，上述一种技术方案的优选是：上述表面合金层的厚度大于所述中间合金层的厚度，所述中间合金层的厚度大于过渡合金层的厚度。

上述一种技术方案的进一步优选是：上述表面合金层的厚度是所述中间合金层的厚度的1.5倍～3倍，所述中间合金层的厚度是过渡合金层厚度的1.2倍～2倍。

激光熔覆采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对热轧辊进行连续螺旋进给搭接扫描；激光功率为2150W至2200W，标高为235mm至240mm，光斑尺寸为12mm×1.8mm，扫描速度为120mm/min至150mm/min，搭接量为3mm，送粉量为6g/min至12g/min。

在激光熔覆前，将热轧辊上的灰尘、油污、锈蚀清除；检测热轧辊各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量；对热轧辊进行径向、端面跳动检验，检验轧辊的变形量；通过打磨去除轧辊失效部位的疲劳层0.5mm，并进行清洗。各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量；对轧辊进行径向、端面跳动检验，检验轧辊是否有变形现象；通过打磨去除轧辊失效部位的疲劳层，并进行清洗。

在激光熔覆后，检测热轧辊表面硬度；检测热轧辊变形量；对热轧辊表面进行机械加工；进行渗透探伤、校验。

本发明具有积极的效果：

（1）本发明的热轧辊的激光修复方法利用激光熔覆技术，针对热轧辊局部或大面积磨损根据轧辊不同部位的性能需求，采用了三种不同的合金粉末，进行多层分级熔覆，能够防止在熔覆过程中及保证性能又减小产生裂纹的几率。过渡层、中间层、表层由于采用了不同的合金，硬度、韧性、强度均不同，既能保证内部的韧性及强度，又能保证表层硬度达到58HRC以上，具有极好的耐磨性、耐蚀性、热硬性。该工艺采用宽带激光束，效率更高。该工艺采用预置送粉的方式，严格控制送粉量，并对激光功率、扫描速度、搭接量等进行了优化，使得熔覆层的组织均匀性好、厚度和硬度均匀。该工艺使得熔覆层与热轧辊失效部位的基体的熔合率高、结合紧密，轧辊变形量小，热轧辊表面没有裂纹和气孔。采用本发明的热轧辊的激光修复方法对提高热轧辊的使用寿命具有重要的意义。

（2）本发明的热轧辊的激光修复方法的表层采用Co基合金粉末，对合金粉末的配比进行了严格控制，使得表层具有良的腐蚀、氧化及热硬性，以满足其高温环境使用和硬度要求，且同时具有良好的润湿性和自熔性。

（3）本发明的热轧辊的激光修复方法的过渡层和中间层对所采用的合金粉末的配比进行了严格控制，以使其具有良好的焊接特性。并且，过渡层采用硬度稍低的Ni基合金粉末，用以保证内部韧性及强度；中间层采用硬度比过渡层稍高的Ni基合金粉末，不失韧性及抗压性。

附图说明

图1是本发明实施例1的热轧辊修复后基体和过渡合金层的晶相图。

图2是本发明实施例1的热轧辊修复后过渡合金层和中间合金层的晶相图。

图3是本发明实施例1的热轧辊修复后中间合金层和表面合金层的晶相图。

图4是本发明实施例1的热轧辊修复后的激光熔覆层横截面晶相图。

图5是本发明实施例1的热轧辊修复后的激光熔覆层的显微硬度照片。

具体实施方式

实施例1

本实施例的热轧辊的激光修复方法的具体步骤如下：

A.对待修复的热轧辊表面进行预处理，对热轧辊进行检测分析。

将热轧辊上的灰尘、油污、锈蚀清除；检测热轧辊各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量；对热轧辊进行径向、端面跳动检验，检验轧辊是否有变形现象；通过打磨去除轧辊失效部位的疲劳层0.5mm，并进行清洗。

B. 根据热轧辊的失效分析结果，优化工艺参数，进行多层激光熔覆。

采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对热轧辊进行连续螺旋进给搭接扫描；激光功率为2150W，标高（即激光器离作用物之间的距离，标高=焦距+离焦量）为240mm，光斑尺寸为12mm×1.8mm，扫描速度为120mm/min，搭接量为3mm，送粉量为8g/min。

先在热轧辊的表面激光熔覆一层厚度为1mm的过渡合金层，再在过渡合金层上激光熔覆一层厚度为2mm的中间合金层，然后在中间合金层上激光熔覆一层厚度为4mm的表面合金层。

过渡合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.33%，Si：3.5%，B：1.1%，Fe：2.5%，Cr：7.5%，其余为Ni。

中间合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.45%，Si：3.9%，B：11.3%，Fe：2.9%，Cr：11%，其余为Ni。

表面合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.08%，Si：3.4%，Fe：2%，Cr：17.5%，Mo：28%，其余为Co。

激光熔覆是多层搭接连续施焊，每道每层不在同一起点，分散焊层应力，避免应力集中。

C.修复结束后，进行检测。

检测热轧辊表面硬度；检测热轧辊变形量；按照图纸的要求对热轧辊表面进行机械加工；进行探伤，检测是否有气孔、夹渣、裂痕等影响轧辊机械性能的缺陷；进行校验，检验质量是否合格。

实施例2

本实施例的热轧辊的激光修复方法的具体步骤如下：

A.对待修复的热轧辊表面进行预处理，对热轧辊进行检测分析。

将热轧辊上的灰尘、油污、锈蚀清除；检测热轧辊各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量；对热轧辊进行径向、端面跳动检验，检验轧辊是否有变形现象；通过打磨去除轧辊失效部位的疲劳层0.5mm，并进行清洗。

B. 根据热轧辊的失效分析结果，优化工艺参数，进行多层激光熔覆。

采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对热轧辊进行连续螺旋进给搭接扫描；激光功率为2160W，标高为235mm，光斑尺寸为12mm×1.8mm，扫描速度为150mm/min，搭接量为3mm，送粉量为6g/min。

先在热轧辊的表面激光熔覆一层厚度为1mm的过渡合金层，再在过渡合金层上激光熔覆一层厚度为1mm的中间合金层，然后在中间合金层上激光熔覆一层厚度为3mm的表面合金层。

过渡合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.32%，Si：3.4%，B：1.0%，Fe：2.4%，Cr：7.3%，其余为Ni。

中间合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.42%，Si：3.8%，B：11.92%，Fe：2.8%，Cr：10.8%，其余为Ni。

表面合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.06%，Si：3.3%，Fe：2.2%，Cr：17%，Mo：27.5%，其余为Co。

激光熔覆是多层搭接连续施焊，每道每层不在同一起点，分散焊层应力，避免应力集中。

C.修复结束后，进行检测。

检测热轧辊表面硬度；检测热轧辊变形量；按照图纸的要求对热轧辊表面进行机械加工；进行探伤，检测是否有气孔、夹渣、裂痕等影响轧辊机械性能的缺陷；进行校验，检验质量是否合格。

实施例3

本实施例的热轧辊的激光修复方法的具体步骤如下：

A.对待修复的热轧辊表面进行预处理，对热轧辊进行检测分析。

将热轧辊上的灰尘、油污、锈蚀清除；检测热轧辊各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量；对热轧辊进行径向、端面跳动检验，检验轧辊是否有变形现象；通过打磨去除轧辊失效部位的疲劳层0.5mm，并进行清洗。

B. 根据热轧辊的失效分析结果，优化工艺参数，进行多层激光熔覆。

采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对热轧辊进行连续螺旋进给搭接扫描；激光功率为2200W，标高为240mm，光斑尺寸为12mm×1.8mm，扫描速度为140mm/min，搭接量为3mm，送粉量为12g/min。

先在热轧辊的表面激光熔覆一层厚度为2mm的过渡合金层，再在过渡合金层上激光熔覆一层厚度为2mm的中间合金层，然后在中间合金层上激光熔覆一层厚度为2mm的表面合金层。

过渡合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.34%，Si：3.6%，B：1.05%，Fe：2.6%，Cr：7.6%，其余为Ni。

中间合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.48%，Si：4%，B：11.5%，Fe：3%，Cr：11.2%，其余为Ni。

表面合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.07%，Si：3.5%，Fe：2.5%，Cr：18%，Mo：28.5%，其余为Co。

激光熔覆是多层搭接连续施焊，每道每层不在同一起点，分散焊层应力，避免应力集中。

C.修复结束后，进行检测。

检测热轧辊表面硬度；检测热轧辊变形量；按照图纸的要求对热轧辊表面进行机械加工；进行探伤，检测是否有气孔、夹渣、裂痕等影响轧辊机械性能的缺陷；进行校验，检验质量是否合格。

通过本发明的热轧辊的激光修复方法修复后的热轧辊，过渡合金层的硬度为HRC40～50，中间合金层的硬度为HRC50～58，表面合金层的硬度为HRC58～62，晶相如图1至图3所示。图1的上半部分是过渡合金层，下半部分是基体，两者结合紧密，过渡合金层的枝晶较为粗大。图2的上半部分是中间合金层，下半部分是过渡合金层，两者之间的过渡平缓，结合效果好，中间合金层比过渡合金层的枝晶细且组织更加致密。图3的上半部分是表面合金层，下半部分是中间合金层，两者之间的过渡平缓，结合效果好，中间合金层比过渡合金层的枝晶细且组织更加致密。

通过本发明的热轧辊的激光修复方法修复后的热轧辊激光熔覆层的横截面如图4所示。图4的上半部分是激光熔覆层，下半部分是基体，两者的组织略有不同，而过渡合金层、中间合金层、表面合金层之间的界线无法分辨，说明各激光熔覆层和基体之间的结合效果较好。

激光熔覆层的硬度是渐变的，如图5所示。图5的上半部分是激光熔覆层，下半部分是基体，过渡合金层、中间合金层和表面合金层的硬度是递增的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种热轧辊的激光修复方法，其特征在于：在热轧辊的表面激光熔覆一层过渡合金层，在所述过渡合金层上激光熔覆一层中间合金层，在所述中间合金层上激光熔覆一层表面合金层；

所述过渡合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.31%～0.35%，Si：3.2%～3.6%，B：1.0%～1.1%，Fe：2.2%～2.6%，Cr：7%～8%，其余为Ni；

所述中间合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.4%～0.5%，Si：3.8%～4.3%，B：11.2%～11.93%，Fe：2.5%～3.2%，Cr：10%～12%，其余为Ni；

所述表面合金层所采用的合金粉末的组分及质量百分比含量是C：0.05%～0.1%，Si：3.2%～3.6%，Fe：2%～4%，Cr：16%～19%，Mo：27%～30%，其余为Co。

2.根据权利要求1所述的热轧辊的激光修复方法，其特征在于：所述表面合金层的厚度大于所述中间合金层的厚度，所述中间合金层的厚度大于过渡合金层的厚度。

3.根据权利要求1所述的热轧辊的激光修复方法，其特征在于：所述表面合金层的厚度是所述中间合金层的厚度的1.5倍～3倍，所述中间合金层的厚度是过渡合金层厚度的1.2倍～2倍。

4.根据权利要求3所述的热轧辊的激光修复方法，其特征在于：激光熔覆采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对热轧辊进行连续螺旋进给搭接扫描；激光功率为2150W至2200W，标高为235mm至240mm，光斑尺寸为12mm×1.8mm，扫描速度为120mm/min至150mm/min，搭接量为3mm，送粉量为6g/min至12g/min。

5.根据权利要求4所述的热轧辊的激光修复方法，其特征在于：在激光熔覆前，将热轧辊上的灰尘、油污、锈蚀清除；检测热轧辊各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量；对热轧辊进行径向、端面跳动检验，检验轧辊的变形量；通过打磨去除轧辊失效部位的疲劳层，并进行清洗。

6.根据权利要求4所述的热轧辊的激光修复方法，其特征在于：在激光熔覆后，检测热轧辊表面硬度；检测热轧辊变形量；对热轧辊表面进行机械加工；进行渗透探伤、校验。