CN109371396B - 一种高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法，包括步骤，确定冷轧辊面的待修复区域，对待修复区域表面进行预处理；对待修复区域进行预热处理，采用激光熔覆在待修复区域制备低碳过渡层；通过激光熔覆在低碳过渡层表面制备若干层高碳工作层；对低碳过渡层和高碳工作层形成的激光修复层表面进行磨削处理，直至激光修复层表面的轴径尺寸和粗糙度与冷轧辊的工艺要求一致；本发明对合金粉末成分的合理设计和工艺参数的优化选择，制备出无裂纹的激光修复层，涂层显微组织均匀致密；通过对所述激光修复层各组织结构和厚度合理控制，实现多层熔覆层的结构和性能上的有效配合，可制备大厚度高性能的激光修复层，极大提升轧辊修复的效率。

Description

一种高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法
技术领域
本发明涉及轧辊技术领域，具体涉及一种高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法。
背景技术
冶金轧辊是决定轧机效率和扎材质量的重要消耗部件。对冷轧辊而言，轧制负荷一般较高，生产轧制板材和带钢的冷轧辊必须有足够的强度、均匀的高硬度和表面质量，以承受极高的轧制力，保证足够的抗磨损能力，满足轧材精度要求。目前用于轧制带钢的工作辊、夹送辊、支承辊等高碳硬面冶金轧辊平均使用周期较短，轧辊其工作面快速磨损达到一定程度，导致无法使用而作废品处理，每年消耗大量的备品配件。据统计，国内各大轧机使用企业的轧辊消耗数量在数百万吨以上。轧辊是冶金业的重要部件和核心耗材，延长冶金备件使用寿命和报废期限的轧辊修复是实现高效绿色钢铁工业发展模式的重要途径。
目前能够实现冶金结合的快速修复工艺主要是堆焊。对于冷轧辊这类表面硬度要求很高的冶金备件，较高的碳含量决定了其较差的可焊性能，因而使得对其修复具有很大的技术难度。这是由于堆焊时热量输入大，堆焊层组织粗大硬度较低，同时造成基材热影响区过大，力学性能显著降低，如再提高堆焊硬度则要求很高的堆焊保温温度和减小焊接热输入，尽管如此也难以达到高硬度覆层。
激光熔覆技术能够制备冶金结合的合金熔覆层，同时具有较小的热量输入，通过工艺优化易于实现对涂层搭接率和稀释率的调控，获得性能优越的熔覆层，从而其成为轧辊修复领域的最佳选择。然而，冷轧工作辊一般都是含碳量较高的冶金备件，使用激光熔覆技术进行修复的过程中焊接的性能要求以及熔覆层的裂纹控制仍具有较大难度。
鉴于所述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决所述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法，包括步骤；
包括步骤；
S1，确定冷轧辊面的待修复区域，对所述待修复区域表面进行预处理；
S2，对所述待修复区域进行预热处理，采用激光熔覆在所述待修复区域制备低碳过渡层；
S3，通过激光熔覆在所述低碳过渡层表面制备若干层高碳工作层；
S4，对所述低碳过渡层和所述高碳工作层形成的激光修复层表面进行磨削处理，直至所述激光修复层表面的轴径尺寸和粗糙度与所述冷轧辊的工艺要求一致。
较佳的，在所述步骤S1中，所述待修复区域包括所述冷轧辊面的磨损区域和剥落区域，确定所述待修复区域后，将所述待修复区表面磨削平整并对磨削后的所述待修复区表面进行探伤检测，检测确认无缺陷后停止对所述待修复区域的磨削。
较佳的，所述步骤S2中通过同步送粉设备输送低碳合金粉末，光纤激光器将所述低碳合金粉末熔覆于磨削处理后的所述待修复区域表面，形成所述低碳过渡层。
较佳的，所述低碳合金粉末成分按质量百分比：碳0.1％～0.2％、铬16％～18％、硼1.6％～1.8％、硅1.3％～1.6％、钼1.8％～2.2％、其余为铁，进行配比并在混合均匀后制备成球形颗粒状，将所述低碳合金粉末置于100℃下烘干90min，所述低碳合金粉末粒径为50μm～250μm。
较佳的，所述步骤S2中熔覆制备所述低碳过渡层时，所述光纤激光器功率为1.5kW，扫描速度为110mm/min，所述同步送粉设备的送粉量为8g/min，熔覆制备所述低碳过渡层前预热温度为180℃。
较佳的，所述步骤S3中通过同步送粉设备输送高碳合金粉末，光纤激光器将所述高碳合金粉末熔覆于所述低碳过渡层表面，依次形成若干所述高碳工作层；所述高碳工作层的层相组成均为γ-Fe、α-Fe和(Fe，Cr)7C3，所述高碳工作层的组织包括致密的树枝晶和枝晶间共晶组织。
较佳的，所述高碳合金粉末成分按质量百分比：碳0.4％～0.45％、铬12％～14％、硼1.6％～1.8％、硅1.3％～1.6％、其余为铁，进行配比并在混合均匀后制备成球形颗粒状，所述高碳合金粉末粒径为50μm～250μm；将所述高碳合金粉末置于100℃下烘干90min。
较佳的，所述步骤S3中熔覆制备多层所述高碳工作层时，所述光纤激光器功率为1.4kW～1.5kW，扫描速度为100mm/min～140mm/min，所述同步送粉设备的送粉量为8g/min～15g/min，熔覆制备所述高碳工作层前预热温度为180℃。
较佳的，所述低碳过渡层厚度为1mm～1.5mm；所述高碳工作层厚度为1.5mm～3mm。
较佳的，完成所述激光修复层的熔覆制备后采用保温棉覆盖以实现保温缓冷。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明对合金粉末成分的合理设计和工艺参数的优化选择，制备出无裂纹的激光修复层，涂层显微组织均匀致密。通过对所述激光修复层各组织结构和厚度合理控制，实现多层熔覆层的结构和性能上的有效配合，可制备大厚度高性能的激光修复层，极大提升轧辊修复的效率。
附图说明
图1为本发明所述高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法的流程图；
图2为GCr15硬面冷轧辊以及激光修复层截面的硬度变化图；
图3为实施例一中所述激光修复层的截面组织金相图；
图4为实施例一中所述高碳工作层的截面组织金相图；
图5为实施例一中所述低碳过渡层的截面组织金相图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明所述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1所示，图1为本发明所述高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法的流程图；在本实施例中的所述冷轧辊采用GCr15冷轧辊，并通过本发明的修复方法对所述GCr15冷轧辊面进行包括低碳过渡层、第一工作层、第二工作层三层结构的激光修复层的制备；具体包括如下步骤；
S1，确定失效的GCr15冷轧辊表面的待修复区域，所述待修复区域主要为磨损区域和剥落区域，并对识别的所述待修复区域标记加以区分；将所述磨损区域和所述剥落区域表面进行磨削处理，对磨削后的光洁表面进行着色渗透探伤，在确认磨削后的光洁表面探伤无缺陷后停止对所述待修复区域的磨削；
S2，配制低碳合金粉末，所述低碳合金粉末成分按质量百分比：铁粉77.6％、铬粉17.3％、钼粉2.0％、硅粉1.4％、硼粉1.7％、碳粉0.2％进行配比，并在混合均匀后制备成球形颗粒状，所述低碳合金粉末粒径为50μm～250μm；将所述低碳合金粉末置于100℃下烘干90min；
S3，配制高碳合金粉末，所述高碳合金粉末成分按质量百分比：铁粉82.4％、铬粉13.8％、硅粉1.58％、硼粉1.75％、碳粉0.41％进行配比，并在混合均匀后制备成球形颗粒状，所述高碳合金粉末粒径为50μm～250μm；将所述高碳合金粉末置于100℃下烘干90min；
S4，使用氧丙烷火焰喷枪将磨削处理后的待修复区域预热至180℃左右，通过同步送粉设备输送所述低碳合金粉末，光纤激光器将所述低碳合金粉末熔覆于磨削处理后的待修复区域表面，形成低碳过渡层；所述光纤激光器功率为1500W，光斑直径为5mm，扫描速度为110mm/min，搭接率为40％，所述同步送粉设备的送粉速度为8g/min；
S5，使用氧丙烷火焰喷枪对所述低碳过渡层预热至180℃左右，通过所述同步送粉设备输送所述高碳合金粉末，所述光纤激光器将所述高碳合金粉末熔覆于所述低碳过渡层表面，形成第一工作层；所述光纤激光器功率为1500W，光斑直径为5mm，扫描速度为130mm/min，搭接率为40％，所述同步送粉设备的送粉速度为11.57g/min；
S6，使用氧丙烷火焰喷枪对所述第一工作层预热至180℃左右，通过所述同步送粉设备输送所述高碳合金粉末，所述光纤激光器将所述高碳合金粉末熔覆于所述第一工作层表面，形成第二工作层；所述光纤激光器功率为1500W，光斑直径为5mm，扫描速度为130mm/min，搭接率为40％，所述同步送粉设备的送粉速度为13.00g/min；
S7，对修复后的冷轧辊表面覆盖保温棉实现保温缓冷，选用合适规格的砂轮和砂带对激光修复层表面依次进行磨削和抛光，使修复后轧辊的区域轴径的尺寸与原始轧辊尺寸相同，使激光修复层的表面粗糙度符合原始辊面要求。
S8，对磨削处理后的轧辊修复区域进行探伤检验，检验合格后即修复完成。
较佳的，所述低碳过渡层的厚度设置为1mm～1.5mm；所述第一工作层和所述第二工作层的厚度设置为1.5mm～3mm。所述的低碳过渡层的组织为胞状树枝晶；所述第一工作层和所述第二工作层的层相组成均为γ-Fe、α-Fe和(Fe，Cr)7C3，组织由致密的树枝晶和枝晶间共晶组织构成，其中γ-Fe和(Fe，Cr)7C3构成的共晶组织含量较高。
如图2、图3、图4、图5所示，图2为GCr15硬面冷轧辊以及激光修复层截面的硬度变化图；图3为实施例一中所述激光修复层的截面组织金相图；图4为实施例一中所述高碳工作层的截面组织金相图；图5为实施例一中所述低碳过渡层的截面组织金相图。
本发明确定激光修复层合金的组织类型和金相结构，选择具有马氏体强化和控制的主加元素Cr、马氏体强化的附加元素Mo、低含量C的低碳合金作为过渡层，从而实现修复层基体的强韧化，降低所述激光修复层开裂倾向。工作层采用高碳含量的Fe-Cr-C合金，并配合最佳的激光熔覆工艺参数，获得高含量的过饱和α-Fe马氏体和(Fe，Cr)7C3碳化物强化相，实现无裂纹大厚度的激光修复层，所述激光修复层硬度达到HV800，提高所述激光修复层在重载下的耐磨损性能。
本发明对合金粉末成分的合理设计和工艺参数的优化选择，制备出无裂纹的激光修复层，涂层显微组织均匀致密。通过对所述激光修复层各组织结构和厚度合理控制，实现多层熔覆层的结构和性能上的有效配合，可制备大厚度高性能的激光修复层，极大提升轧辊修复的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法，其特征在于，包括步骤；
S1，确定冷轧辊面的待修复区域，对所述待修复区域表面进行预处理；
S2，对所述待修复区域进行预热处理，采用激光熔覆在所述待修复区域制备低碳过渡层；
S3，通过激光熔覆在所述低碳过渡层表面制备若干层高碳工作层；
S4，对所述低碳过渡层和所述高碳工作层形成的激光修复层表面进行磨削处理，直至所述激光修复层表面的轴径尺寸和粗糙度与所述冷轧辊的工艺要求一致；
所述步骤S2中通过同步送粉设备输送低碳合金粉末，光纤激光器将所述低碳合金粉末熔覆于磨削处理后的所述待修复区域表面，形成所述低碳过渡层；
所述低碳合金粉末成分按质量百分比：碳0.1％～0.2％、铬16％～18％、硼1.6％～1.8％、硅1.3％～1.6％、钼1.8％～2.2％、其余为铁，进行配比并在混合均匀后制备成球形颗粒状，将所述低碳合金粉末置于100℃下烘干90min，所述低碳合金粉末粒径为50μm～250μm；
所述步骤S3中通过同步送粉设备输送高碳合金粉末，光纤激光器将所述高碳合金粉末熔覆于所述低碳过渡层表面，依次形成若干所述高碳工作层；所述高碳工作层的层相组成为γ-Fe、a-Fe和(Fe，Cr)7C3，所述高碳工作层的组织包括致密的树枝晶和枝晶间共晶组织；
所述高碳合金粉末成分按质量百分比：碳0.4％～0.45％、铬12％～14％、硼1.6％～1.8％、硅1.3％～1.6％、其余为铁，进行配比并在混合均匀后制备成球形颗粒状，所述高碳合金粉末粒径为50μm～250μm；将所述高碳合金粉末置于100℃下烘干90min。
2.如权利要求1所述的高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述待修复区域包括所述冷轧辊面的磨损区域和剥落区域，确定所述待修复区域后，将所述待修复区表面磨削平整并对磨削后的所述待修复区表面进行探伤检测，检测确认无缺陷后停止对所述待修复区域的磨削。
3.如权利要求1所述的高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法，其特征在于，所述步骤S2中熔覆制备所述低碳过渡层时，所述光纤激光器功率为1.5kW，扫描速度为110mm/min，所述同步送粉设备的送粉量为8g/min，熔覆制备所述低碳过渡层前预热温度为180℃。
4.如权利要求1所述的高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法，其特征在于，所述步骤S3中熔覆制备多层所述高碳工作层时，所述光纤激光器功率为1.4kW～1.5kW，扫描速度为100mm/min～140mm/min，所述同步送粉设备的送粉量为8g/min～15g/min，熔覆制备所述高碳工作层前预热温度为180℃。
5.如权利要求1所述的高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法，其特征在于，所述低碳过渡层厚度为1mm～1.5mm；所述高碳工作层厚度为1.5mm～3mm。
6.如权利要求1所述的高碳硬面无裂纹大厚度冷轧辊激光修复方法，其特征在于，完成所述激光修复层的熔覆制备后采用保温棉覆盖以实现保温缓冷。
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