CN109868469B

CN109868469B - 一种用于激光制造轧机牌坊和轧辊轴承座复合衬板的粉末材料及其制造方法

Info

Publication number: CN109868469B
Application number: CN201910187441.XA
Authority: CN
Inventors: 倪春雷; 董思远; 陈海涛
Original assignee: Shenyang Dalu Laser Engineering Co ltd
Current assignee: Shenyang Dalu Laser Engineering Co ltd
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: CN109868469A

Abstract

本发明公开了一种用于激光制造轧机牌坊和轧辊轴承座复合衬板的粉末材料及其制造方法，该粉末材料由以下组分按质量百分比组成：C:0.1‑0.2%、Cr：15‑23%、Si：0.2‑0.7%、Mo：0.5‑2%、Ni：2%~3%、B:0.2‑0.7%、Mn：0.2‑1.0%、MnN：0.02‑0.2%、Y：0.1‑0.5%、Fe：余量；然后将上述粉末材料通过激光熔覆在基材上，并进行后续的热处理和机加工以完成衬板的制造。本发明制备出的衬板其耐腐蚀能力突出，其使用寿命是原衬板的至少2倍以上，并能够降低生产成本。

Description

一种用于激光制造轧机牌坊和轧辊轴承座复合衬板的粉末材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合板材的制造方法，特别是涉及一种钢厂轧机牌坊和轧辊轴承座用复合衬板的制造方法。

背景技术

轧机牌坊和轧辊轴承座是轧钢线上的重要部件，轧机机架与轧辊轴承座之间的有效间隙是保证轧辊正常运行的关键, 过大或过小的间隙都会影响轧机作业率和产品合格率，而衬板的主要作用就是保护轧机机架和轴承座等不受到腐蚀与磨损，从而保证连续生产的稳定性。

轧制过程中由于冷却水的作用使钢坯表面的氧化铁皮飞溅到衬板表面，这些异物可进入到两个衬板的工作之面，同时在巨大的工作载荷和冷却水的双重作用下很容易造成衬板的腐蚀与磨损，因此衬板的工作环境非常恶劣。所以要求衬板具有良好的防腐性、耐磨性以及足够的抗冲击性能。

而目前的衬板主要有普通碳钢的单一材质的衬板，也有堆焊及爆炸复合的衬板，但这些衬板在制造过程中主要存在防腐性差，变形大，结合强度低，工艺控制难度大等问题。

申请号CN201711495565的中国发明专利采用轧机压制及爆炸复合的方法制造金属复合板，该方法制造复合板存在工艺复杂，难度大，结合强度低，并且有爆炸复合后表面硬度不均匀的问题。

申请号CN201711002691的中国发明专利采用激光熔覆技术制造轧机衬板，所用合金材料为C：0.1～0.13％、Si：1.0～1.5％、Cr：14～16％、Co：1.6～1.7％，Mn：1.2～1.6％，余量为Fe。熔覆后硬度为61HRC。该专利的熔覆层Si含量高，硬度高，因此韧性会有所降低，在使用过程中由于异物压入并且在冲击载荷的作用下易出现熔覆层碎裂的情况。

申请号CN201010528296的中国发明专利激光熔覆用合金材料为WC：10-20％、C：0.3-0.8％、B：0.5-0.8％、Cr：20-28％、Ni：1.5％、Si：1-3％、 Mo：5-8％、Co：1-2％、Mn：0.4％、Fe余量。该专利中的WC含量高熔覆过程中易出现裂纹缺陷，熔覆工艺控制难度大。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种用于激光熔覆技术的材料和方法来制造轧机牌坊与轧辊轴承座的复合衬板，提高衬板的硬度与韧性，同时使其具有足够的防腐性与耐磨性。

一种用于激光制造轧机牌坊和轧辊轴承座复合衬板的粉末材料，该粉末材料由以下组分按质量百分比组成：C:0.1-0.2%、Cr：15-23%、Si：0.2-0.7%、Mo：0.5-2%、Ni：2%~3%、B:0.2-0.7%、Mn：0.2-1.0%、MnN：0.02-0.2%、Y：0.1-0.5%、 Fe：余量。

一种轧机牌坊和轧辊轴承座复合衬板制造方法，是在普通碳钢的基材上熔覆一层具有所需功能的熔覆层，然后通过后续的热处理和机加工完成衬板的制造，具体包括以下步骤。

（1）根据所需衬板的尺寸设计工装，并将待熔覆用衬板的基材厚度加工至比图纸实际厚度大5mm。

（2）将加工后的衬板用螺栓固定在工装上，同时将两者放入加热炉中加热至300℃。

（3）待加热至所需温度后用半导体光纤输出激光器边铺粉边进行激光熔覆。所述合金材料成份为：C:0.1-0.2%、Cr：15-23%、Si：0.2-0.7、Mo：0.5-2%、Ni：2%~3%、 B:0.2-0.7%、Mn：0.2-1.0%、MnN：0.02-0.2%、Y：0.1-0.5%、 Fe：余量；熔覆工艺为：功率：2000~3000W，光斑直径：3~4mm，焦距300~400mm，扫描速度：1500~2000mm/min，单层熔覆厚度：1.5-2.5mm，搭接率：40%~60%。

（4）将熔覆完的衬板直接放入300℃的加热炉中按20℃/h的升温速度将加热炉升温至480℃后保温2小时，然后炉冷至200℃出炉，再冷却至室温。

（5）将冷却至室温的衬板从工装上拆下然后进行成品加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于。

（1）合金材料为铁基材料，材料成本低，并且熔覆性能好与基材具有较好的相容性，形成良好的冶金结合，匹配合适特定的激光熔覆工艺，熔覆过程中裂纹可控，并且硬度高可达58HRC。

（2）本合金材料中加入了0.02-0.2%含量的MnN。合理的MnN的加入在不降低熔覆层的熔覆性能保证熔覆裂纹可控的前提下，有利于稳定熔覆凝固时奥氏体区，提高Cr的固溶度，进而提高熔覆层的耐腐蚀性和硬度；同时MnN的加入可以有效提高衬板表面对轧钢冷却水中的Cl离子腐蚀能力，可使其耐腐蚀能力达到盐雾腐蚀试验中的九级水平；并且合适的MnN加入后在激光的作用下形成的化合物可进一步提高熔覆层的强度，使其达到1700Mpa以上，可有效抵抗在轧钢过程中的冲击造成变形产生裂纹。若MnN加入量过多，超过本发明设计量则会产生低熔点化合物，使合金层的强度下降，并且在熔覆过程中裂纹产生倾向扩大。

（3）本合金材料中加入了0.1-0.5%含量的Y。Y的加入不但能够降低熔池温度，提高熔覆过程中熔池的纯净度，有利于细化晶粒和提高晶界的纯净度，从而使熔覆层的硬度和韧性进一步得到提高；同时0.1-0.5%的Y的加入可以避免熔覆过程中熔池的剧烈扰动，使用熔池氧化严重，影响其他元素在熔覆层中的有效含量和熔覆成型性能，降低熔覆层力学性能的一系列问题。因此本发明制得的熔覆层不仅具有较高的硬度同时具有较强的抗冲击性能，从而提高衬板熔覆层在使用过程中的抗变形能力。

（4）本合金材料中加入了特定含量的B，Mn，Mo元素，在不降低韧性的前提下提高了熔覆层的硬度，同时使熔覆过程中的裂纹得到效控制。

（5）衬板制造根据材料和激光熔覆工艺选择特定的温度预热，并且熔覆后直接进行回炉热处理，降低了生产成本，提高了生产作业率，降低了操作难度。同时根据熔覆层成分特点，在特定的温度以特定的升温速度进行热处理，可保证熔覆层的硬度不降低，对基体材料及熔覆层与基体界面不产生影响，充分释放熔覆层与基体的应力，保证热处理后的变形在1mm以内，有利于后续加工，提高衬板生产成品率，并且在现场使用过程中也不会导致由于巨大的轧制力与衬板本身的内应力叠加导致使用过程中出现变形，降低使用精度。

具体实施方式

实施例1。

采用3000W半导体光纤输出激光器选用合适的激光熔覆参数为某钢厂生产精轧机牌坊衬板，基材选用35CrMo。

（3）待加热至所需温度后用半导体光纤输出激光器边铺粉边进行激光熔覆。所述合金材料成份为：C:0.1%、Cr：15%、Si：0.2%、Mo：0.5%、Ni：2%、 B:0.2%、Mn：0.2%、MnN：0.02%、Y：0.1%、Fe：余量；熔覆工艺为：功率：2000W，光斑直径：4mm，焦距300mm，扫描速度：2000mm/min，单层熔覆厚度：1.5mm，搭接率：60%。

（4）将熔覆完的衬板直接放入300℃的加热炉中按20℃/h的升温速度将加热炉升温至480℃后保温2小时，然后炉冷至200℃出炉并冷却至室温。

（5）将冷却至室温的衬板从工装上拆下然后进行成品加工。

实施例2。

采用3000W半导体光纤输出激光器选用合适的激光熔覆参数为某钢厂生产轧辊轴承座衬板，基材选用35CrMo。

（3）待加热至所需温度后用半导体光纤输出激光器边铺粉边进行激光熔覆。所述合金材料成份为：C: 0.2%、Cr：23%、Si：0.7%、Mo：2%、Ni：3%、B: 0.7%、Mn：1.0%、MnN：0.2%、Y：0.5%、Fe：余量；熔覆工艺为：功率：3000W，光斑直径：3mm，焦距：400mm，扫描速度：1500mm/min，单层熔覆厚度：2.5mm，搭接率：40%。

（5）将冷却至室温的衬板从工装上拆下然后进行成品加工。

实施例3。

（3）待加热至所需温度后用半导体光纤输出激光器边铺粉边进行激光熔覆。所述合金材料成份为：C: 0.15%、Cr：20%、Si： 0.5%、Mo：1%、Ni： 2.5%、 B: 0.5%、Mn：0.8%、MnN：0.17%、Y：0.3%、Fe：余量；熔覆工艺为：功率：3000W，光斑直径：3mm，焦距：400mm，扫描速度：1500mm/min，单层熔覆厚度：2mm，搭接率：40%。

（5）将冷却至室温的衬板从工装上拆下然后进行成品加工。

通过对本发明制造后的衬板进行检测，发现本发明制备出的衬板其耐腐蚀能力达到盐雾腐蚀试验中的九级水平，强度达到1700Mpa以上；通过对本发明制造后的衬板上线跟踪发现，该衬板可有效抵抗在轧钢过程中的冲击造成变形产生裂纹，其使用寿命是原衬板的至少2倍以上，使用后下线衬板变形在0.1mm以内，大大提高了轧钢生产作业效率，降低了成本。

Claims

1.一种用于激光制造轧机牌坊和轧辊轴承座复合衬板的粉末材料，其特征在于，所述粉末材料由以下组分按质量百分比组成：C：0.1-0.2%、Cr：15-23%、Si：0.2-0.7%、Mo：0.5-2%、Ni：2%-3%、 B：0.2-0.7%、Mn：0.2-1.0%、MnN：0.02-0.2%、Y：0.1-0.5%、Fe：余量。

2.一种激光制造轧机牌坊和轧辊轴承座复合衬板的方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

（1）衬板加工

将衬板基材加工至厚度比图纸实际厚度大5mm；

（2）衬板加热

加工后的衬板加热至300℃；

（3）激光熔覆

边铺粉边激光熔覆，粉末材料由以下组分按质量百分比组成：C：0.1-0.2%、Cr：15-23%、Si：0.2-0.7%、Mo：0.5-2%、Ni：2%-3%、 B：0.2-0.7%、Mn：0.2-1.0%、MnN：0.02-0.2%、Y：0.1-0.5%、Fe：余量；

熔覆工艺为：功率：2000-3000W，光斑直径：3-4mm，焦距300-400mm，扫描速度：1500-2000mm/min，单层熔覆厚度：1.5-2.5mm，搭接率：40%~60%；

（4）衬板保温

熔覆完的衬板直接放入300℃的加热炉中按20℃/h的升温速度升至480℃，保温2小时；然后炉冷至200℃出炉，再冷却至室温；

（5）成品加工

冷却的衬板进行成品加工。