CN109576603B

CN109576603B - 一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的功能层合金粉末及方法

Info

Publication number: CN109576603B
Application number: CN201910088502.7A
Authority: CN
Inventors: 倪春雷; 陈海涛; 董思远
Original assignee: Shenyang Dalu Laser Engineering Co ltd
Current assignee: Shenyang Dalu Laser Engineering Co ltd
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: CN109576603A

Abstract

本发明提供了一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的功能层合金粉末，该合金粉末由以下质量分数组分组成：TiC粉末2%‑15%、C 0.1%‑1.1%、Si 2.0%‑5.0%、B 3%‑6%、Cr 5%‑10%、Ni 1%‑5%、Fe余量。同时本发明提供了一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的修复方法，通过该方法修复除鳞箱夹送辊，可恢复原辊径尺寸，同时高温耐磨性、抗热疲劳性能均有所提高，减少了修复成本，增加了精轧除鳞箱夹送辊的使用寿命，降低了辊耗，缩减了企业的生产成本。

Description

一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的功能层合金粉末及方法

技术领域

本发明属于辊道类工件损伤修复技术领域，具体涉及一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的功能层合金粉末及方法。

背景技术

精轧机除鳞箱是整个轧线的关键设备，它是利用高压水清除中间坯表面的氧化铁皮等杂质，使精轧机轧出的带钢表面具有较高的光洁度。夹送辊位于除鳞箱的入口及出口处，主要分为上夹送辊、下夹送辊，在工作时承受热载荷、摩擦和冲蚀磨损的共同作用，夹送辊的表面应具有良好的耐磨耐蚀及抗热疲劳性能，以保证产品的质量及除鳞箱的正常使用。同时，夹送辊使用周期的长短与企业的生产成本密切相关。因此，提高辊面的使用性能的研究已经收到了国内外广泛关注。

精轧机除鳞箱夹送辊的失效方式主要是摩擦磨损、冲蚀磨损及长期的热疲劳导致辊径减尺严重，除鳞水外溢，除鳞箱无法正常工作。辊面一旦出现磨损失效，将导致整个辊道停用，影响整个轧线的生产成本和生产作业率。通常情况下，夹送辊的使用寿命只有4个月左右。由此可见，夹送辊辊面的性能对其使用寿命来说至关重要。若将夹送辊整体更换为高速钢辊或硬质合金辊会大幅度增加成本，而且对于辊心的材料是极大的浪费，因此如何修复失效的夹送辊、提高修复后辊面的使用寿命成为了行业的重大难题。

堆焊修复是目前行业中修复辊类部件最长用的修复方法，夹送辊的堆焊修复是指去除了疲劳层或缺陷以后，采用合理的堆焊工艺和堆焊材料，将减尺后的辊道恢复到标准尺寸。其优点是可以保留原有辊道的整体材料，仅修复面层，修复后辊径不变。但堆焊后辊面硬度较低，工艺难以控制，修复后的辊道在使用中容易出现裂纹、掉块等缺陷。热喷涂技术也可以作为一种辊道类部件的修复方法，但该技术的主要缺点在于涂层与基材的结合力低，无法保证修复后辊道的使用寿命。激光熔覆技术是一种高效便捷的表面改性技术，具有以下优点：（1）熔覆层稀释率较低，可实现精确控制；（2）对基体材料的热影响较小，可进行局部熔覆或整体熔覆；（3）熔覆层厚度可控；（4）适用材料范围广泛；（5）工艺灵活，容易实现自动化、产业化。基于以上优点，利用激光熔覆技术修复失效辊道成为了辊道修复的重要途径，得到了广泛的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的功能层合金粉末。采用该材料对精轧除鳞箱夹送辊修复后，可提高辊面的高温耐磨性能，延长辊道的使用寿命；同时，该发明还提供了一种利用激光熔覆技术对失效辊道的进行修复的修复方法，采用该方法可有效解决因辊径磨损较大导致的激光熔覆成本提高的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的功能层合金粉末，该合金粉末由以下质量分数组分组成：TiC粉末 2%-15%、C 0.1%-1.1%、Si 2.0%-5.0%、B 3%-6%、Cr 5%-10%、Ni 1%-5%、Fe 余量。

其中，TiC粉末粒度为150-200目，纯度为95%以上。

其中，C、Si、B、Cr、Ni和Fe的粉末粒度为120-300目。

本发明还提供了一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的修复方法，具体步骤如下。

（1）粉末配比。

TiC粉末 2%-15%、C 0.1%-1.1%、Si 2.0%-5.0%、B 3%-6%、Cr 5%-10%、Ni 1%-5%、Fe余量，将上述粉末混合均匀。

（2）预处理。

修复前，失效辊先进行去疲劳层加工，并将去除疲劳层后的辊道清理干净，利用着色探伤法对去疲劳层后的辊道进行探伤，保证辊面没有裂纹、夹杂、气孔等缺陷存在，然后进行堆焊，恢复到可熔覆尺寸。

（3）激光熔覆。

粗加工后进行激光熔覆，优选的熔覆工艺参数：精轧除鳞箱夹送辊预热温度为180℃-200℃，送粉量10g/min-20g/min，激光功率3kw-4kw，光斑直径3.5mm，扫描速度800mm/min-1200mm/min，步进1.5mm，单层熔覆厚度1mm-3mm；为达到夹送辊的原表面精度、耐磨性等，可进行多层熔覆。

（4）精加工。

熔覆后的辊径需进行精加工，恢复标准尺寸。

采用此方案修复的精轧除鳞箱夹送辊可恢复原辊径尺寸，同时高温耐磨性、抗热疲劳性能均有所提高，减少了修复成本，增加了精轧除鳞箱夹送辊的使用寿命，降低了辊耗，缩减了企业的生产成本。

本发明的有益效果体现在。

（1）合金材料选用TiC为硬质添加相，可保证熔覆层在高温900℃时的耐磨性，同时选用TiC的纯度在95%以上，可避免有害杂质对熔覆层性的影响，并且在合适的粒度下保证熔覆送粉的稳定性与均匀性，避免熔覆层内的硬质颗粒的分布均匀，保证辊面的均匀磨损。

（2）合金材料中加入2%-15%的TiC，在特定的激光功率下使用部分TiC分解，使部分Ti与粘结相中的元素发生反应形成新的强化质点，提高粘结相的耐磨性与耐腐性，可减少粘结相材料中的合金元素的添加，降熔覆难度与成本。

（3）合金材料中加入了Si 2.0%-5.0%、B 3%-6%，使其在合适的激光熔覆参数下对能够对熔池进行保护，不会使硬质相TiC过多的分解，并提高熔覆池的纯净度；若B、Si加入量过少则不会起到相应的作用，加入量过多则会造成熔覆层韧性下降，使熔覆层在使用过程中不能有效抵抗钢坯的撞击，造成裂纹甚至剥落。

（4）合金材料中加入了适当的Cr元素，可提高粘结相材料的抗腐蚀能力，提高对硬质颗粒的把持能力，并且保证熔覆层具有合适的硬度避免过高的硬度，降低熔覆难度。

（4）合金材料中加入了1%-5%的Ni元素，提高了熔覆层的韧性，同时提高熔覆层在高温坑氧化能力，使熔覆层的高温抗腐蚀能力进一步提高；但Ni的加入量超过5%时，会使熔覆层的硬度降低，不利于粘结相的耐磨性，并降低熔覆层的导热能力，易在熔覆时出现热裂纹，也不利于辊子在使过程中的冷却降温。

（6）采用上述粉末及工艺进行失效辊修复，可提高夹送辊的高温耐磨性、抗热疲劳性能及耐蚀性能，减少冷却水的外溢，提高除鳞效果，提高了精轧除鳞箱夹送辊的使用寿命，降低了辊耗，缩减了企业的生产成本。

具体实施方式

实施例1。

某钢厂2150线精轧除鳞箱夹送辊的方法，包括如下步骤。

合金粉末的选择及混合。

针对该夹送辊应用中存在热疲劳、磨损及腐蚀等工况条件，选择具有优良耐腐蚀、耐磨损及抗热疲劳性能较好的铁基自熔合金混合粉末作为加送辊功能层修复材料。其中，TiC的质量分数为：2%；铁基合金粉末的化学成分质量分数为：0.1%的C、2.0%的Si、3%的B、5%的Cr、1%的Ni，其余为Fe。优选的TiC粉末粒度为150-200目，纯度为95%以上；优选的铁基合金粉末粒度为120-300目。利用混粉器进行粉末混合，混合时间不少于3h。

修复前夹送辊预处理。

失效夹送辊需进行整体去疲劳层机加，并对机加后的夹送辊进行着色探伤，确保其表面无裂纹、气孔、夹杂等缺陷存在。

夹送辊修复。

探伤无缺陷的夹送辊需进行预热，温度在180℃。达到预热温度后，对辊径损失较大的夹送辊进行堆焊处理，恢复辊径尺寸，堆焊后进行粗加工，使辊径恢复到可熔覆尺寸。

将粗加工后的夹送辊进行保温处理，控制温度在200℃左右，进行激光熔覆修复工作。选用气体激光器，具体工艺参数为送粉量10g/min，激光功率3kw，光斑直径3.5mm，扫描速度800mm/min，步进1.5mm，单层熔覆厚度1mm。之后对夹送辊进行精加工，使夹送辊恢复到原图纸的精度要求。

实施例2。

某钢厂2250线精轧除鳞箱夹送辊的方法，包括如下步骤。

合金粉末的选择及混合。

针对该夹送辊应用中存在热疲劳、磨损及腐蚀等工况条件，选择具有优良耐腐蚀、耐磨损及抗热疲劳性能较好的铁基自熔合金混合粉末作为加送辊功能层修复材料。其中，TiC的质量分数为：15%；铁基合金粉末的化学成分质量分数为：1.1%的C、5.0%的Si、6%的B、10%的Cr、5%的Ni，其余为Fe。优选的TiC粉末粒度为150-200目，纯度为95%以上；优选的铁基合金粉末粒度为120-300目。利用混粉器进行粉末混合，混合时间不少于3h。

修复前夹送辊预处理。

夹送辊修复。

探伤无缺陷的夹送辊需进行预热，温度在200℃。达到预热温度后，对辊径损失较大的夹送辊进行堆焊处理，恢复辊径尺寸，堆焊后进行粗加工，使辊径恢复到可熔覆尺寸。

将粗加工后的夹送辊进行保温处理，控制温度在200℃左右，进行激光熔覆修复工作。选用气体激光器，具体工艺参数为送粉量20g/min，激光功率4kw，光斑直径3.5mm，扫描速度1200mm/min，步进1.5mm，单层熔覆厚度3mm。后对夹送辊进行精加工，使夹送辊恢复到原图纸的精度要求。

通过对修复后的功能层检测，其硬度可达到50HRC左右，是原夹送辊的1倍以上；耐蚀性能可提高1.2倍以上；耐热疲劳性能也得到了显著的提高，其使用寿命可提高1倍以上，下线后的辊子直径减小在3mm以内。

Claims

1.一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的功能层合金粉末，其特征在于，由以下质量分数组分组成：TiC 2%-15%、C 0.1%-1.1%、Si 2.0%-5.0%、B 3%-6%、Cr 5%-10%、Ni 1%-5%、Fe 余量。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的功能层合金粉末，其特征在于，所述TiC粉末粒度为150-200目，纯度为95%以上。

3.一种激光熔覆修复精轧除鳞箱夹送辊的修复方法，包括以下步骤：

（1）粉末配比

TiC粉末 2%-15%、C 0.1%-1.1%、Si 2.0%-5.0%、B 3%-6%、Cr 5%-10%、Ni 1%-5%、Fe 余量，将上述粉末混合均匀；

（2）预处理

修复前，失效辊先进行去疲劳层加工，并将去除疲劳层后的辊道清理干净，利用着色探伤法对去疲劳层后的辊道进行探伤，保证辊面没有裂纹、夹杂、气孔等缺陷存在，然后进行堆焊，恢复到可熔覆尺寸；

（3）激光熔覆

粗加工后进行激光熔覆，激光熔覆工艺参数：精轧除鳞箱夹送辊预热温度为180℃-200℃，送粉量10g/min-20g/min，激光功率3kw-4kw，光斑直径3.5mm，扫描速度800mm/min-1200mm/min，步进1.5mm，单层熔覆厚度1mm-3mm；

（4）精加工

熔覆后的辊径需进行精加工，恢复标准尺寸。