CN110257819A - 轧辊的激光熔覆再处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种轧辊的激光熔覆再处理方法。该激光熔覆再处理方法包括：对轧辊的辊面进行脱脂处理；制备熔覆材料，所述熔覆材料为粉末状，各组分按照质量百分比分别为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe；通过激光扫描将熔覆材料熔覆到轧辊的辊面上，以形成熔覆层。

Description

轧辊的激光熔覆再处理方法
技术领域
本发明涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种轧辊的激光熔覆再处理方法。
背景技术
近年来，随着我国大规模基础建设如高铁、珠港澳跨海大桥和同城化等一系列工程的进行，极大促进对钢材特别是优质钢材使用量的增加。轧辊作为轧机的关键部件，在提高钢材产品品质和生产率方面发挥着举足轻重的作用。
在正常的轧制过程中，轧辊会因很多原因遭到损坏，由于轧辊往往是高碳、高铬的材质，特别是高速钢、球墨铸铁等材质，故普通堆焊、等离子技术由于焊接过程热输入大，往往造成轧辊表面开裂，导致轧辊报废。目前比较有效的修复办法是对轧辊进行机加工，让其尺寸变小，这样浪费了大量材料。
发明内容
(一)要解决的技术问题
普通堆焊、等离子技术由于焊接过程热输入大，往往造成轧辊表面开裂，导致轧辊报废；并且对轧辊进行机加工，让其尺寸变小，这样浪费了大量材料。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轧辊的激光熔覆再处理方法。该激光熔覆再处理方法包括：对轧辊的辊面进行脱脂处理；制备熔覆材料，所述熔覆材料为粉末状，各组分按照质量百分比分别为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe；通过激光扫描将熔覆材料熔覆到轧辊的辊面上，以形成熔覆层。
可选地，在进行激光熔覆之前，将所述轧辊的辊面单边车削1-1.5mm。
可选地，得到的熔覆层的单边厚度为1.5-2mm。
可选地，激光扫描时的参数为：激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为2000-4000W，扫描速度为200-800mm/min。
可选地，在激光熔覆过程中，熔覆材料的粒度为135-325目。
可选地，在激光熔覆时，搭接率为30-50％。
可选地，在进行脱脂处理时，脱脂剂为有机溶剂或者无机脱脂剂。
可选地，在进行激光熔覆时，向熔池中通入氮气。
可选地，还包括向刚刚熔好后进入冷却状态的熔道通入氮气，以进行第二次氮化处理。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：相比于通过机加工修复轧辊的办法，该方法实现了轧辊增材再制造，达到了节约材料、节能、环保的需要；
此外，该方法克服了常规的表面强化修复技术如感应加热淬火、电弧堆焊、热喷涂与喷焊等均不能有效提高轧辊表面高温磨损和抗开裂的能力的缺点。激光熔覆具有较低的热输入，产生较小的热影响区和热变形，同时能够得到高质量的熔覆层等优点。
此外，采用该方法实现了轧辊的循环利用，极大降低了吨钢轧辊消耗。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个实施例，提供了一种轧辊的激光熔覆再处理方法。该激光熔覆再处理方法包括：
S1、对轧辊的辊面进行脱脂处理。脱脂的目的是去除轧辊表面的油脂。这些油脂在激光熔覆过程中会破坏熔覆层的完整性并且降低熔覆层的附着力。
在一个例子中，采用无机脱脂剂进行脱脂。例如，无机脱脂剂为氢氧化钠、碳酸钠和硅酸钠的水溶液。在设定温度下浸泡、冲洗轧辊。脱脂温度为50-95℃。例如，氢氧化钠的加入量为0.5-2％，碳酸钠的加入量为0.5-1％，硅酸钠的加入量为0.2-0.8％，以上为水溶液的质量百分数。轧辊表面的油脂在无机脱脂剂中进行皂化反应，从而能被有效地去除。
在其他示例中，采用有机溶剂进行脱脂，例如，有机溶剂为无水乙醇、丙酮、四氯化碳等。通过浸泡、擦拭等方式对轧辊的辊面进行脱脂。在该例子中，利用油脂和有机溶剂的相似相容原理，将油脂溶解在有机溶剂中。
S2、制备熔覆材料。所述熔覆材料为粉末状。各组分按照质量百分比分别为：Ni C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe。
S3、通过激光扫描将熔覆材料熔覆到轧辊的辊面上，以形成熔覆层。
激光熔覆是通过在轧辊的辊面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使熔覆材料与轧辊的辊面的薄层一起熔凝的方法。在辊面上，熔覆材料与轧辊表面的材料结合，以形成熔覆层。上述熔覆材料能够在激光熔覆过程中与轧辊表面的材料形成高强度、高韧性、高耐蚀性的熔覆层。
优选地，熔覆材料的粒度为135-325目。在该粒度范围内熔覆材料容易被熔化，并且在进料时容易附着在轧辊的辊面。熔覆材料的进料方式为预置式进料或者同步式进料。上述进料方式为本领域的公知常识，在此不做详细说明。
优选地，激光扫描时的参数为：激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑。该尺寸为熔池的尺寸。扫描功率为2500-3500W。扫描速度为280-400mm/min。在该条件下熔覆材料能够迅速地熔化，从而与轧辊表面融合在一起，以形成熔覆层。
在一个例子中，在激光熔覆时，搭接率为30-50％。搭接率是指相邻的两个熔道相互搭接部分的宽度与熔道宽度的百分比。搭接率是影响熔覆层表面粗糙度的主要因素。搭接率提高，则熔覆层表面的粗糙度会降低，但搭接部分的均匀性很难得到保证。搭接率越低，则相邻的熔道连接部位的熔覆层的厚度越低，并且熔覆层表面的粗糙度越高。该搭接率范围内，形成的熔覆层的厚度均匀，表面的粗糙度低。
可选地，在进行熔覆之前，将所述轧辊的辊面单边车削1.0-1.5mm。这种方式，一方面能满足轧辊的整体的尺寸要求；另一方面通过车削，能够去除辊面的氧化层，露出活性更高的表面，这使得熔覆层的质量更高。
可选地，得到的熔覆层的单边厚度为1.5-2.0mm。在该厚度范围内，熔覆层的硬度更高。
在一个例子中，在进行激光熔覆时，向熔池中通入氮气。氮气采用工业氮气、纯氮或者高纯氮。优选地，氮气的通入速度为6-15L/min；该通入速度不会影响熔融状态的金属的形貌，并且与熔覆材料反应速度适中。
进一步地，还包括还包括向刚刚熔好后进入冷却状态的熔道通入氮气，以进行第二次氮化处理。优选地，氮气的通入速度为8-15L/min。
第一次氮化处理既能起到惰性气体保护，防止金属氧化的作用，同时实现了第一次氮化处理；对刚刚冷却的熔道同步通入的第二路氮气，实现了熔覆层的表面第二次氮化处理。
通过两次氮化处理，能够在熔覆层表面形成渗氮层。渗氮层包括氮化铬、氮化铁、氮化钼、氮化锰和氮化硅等氮化物。渗氮层能够有效地提高熔覆层的硬度、耐磨性和耐蚀性。
根据本发明的一个实施例，相比通过机加工修复轧辊的办法，该方法实现了轧辊增材再制造，达到了节约材料、节能、环保的需要；
此外，该方法克服了常规的表面强化修复技术如感应加热淬火、电弧堆焊、热喷涂与喷焊等均不能有效提高轧辊表面高温磨损和抗开裂的能力的缺点。激光熔覆具有较低的热输入，产生较小的热影响区和热变形，同时能够得到高质量的熔覆层等优点。
此外，采用该方法实现了轧辊的循环利用，极大降低了吨钢轧辊消耗。
熔覆材料中的水分会在熔覆层中形成气孔，破坏熔覆层的完整。为了解决该技术问题，在进行熔覆前，对熔覆材料进行烘干处理。例如，在烘干设备中烘干熔覆材料待用。烘干温度为120-180℃，烘干时间为：1-2h。该方法能有效地去除熔覆材料中的水分。
在一个例子中，在进行激光熔覆前，对轧辊采用磁粉探伤和/或超声波探伤，检查是否存在表面和内部裂纹等缺陷。
在一个例子中，在激光熔覆后，通过车床加工熔覆后的轧辊，得到尺寸、公差和表面光洁度均符合图纸要求的强化轧辊。例如，单边的磨削量为0.5mm。
并且，对车削后的轧辊进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷，对检查合格的成品涂防锈油并包装。
实施例1
首先，通过数控车床切削使用后的轧辊表面，单边车削厚度为1mm，去除表面的疲劳、磨损层；然后，使用无水乙醇清洗车削后的轧辊表面，去除油污等杂质；接下来，对车削后的轧辊采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷，确保轧辊无表面和内部缺陷；接下来，配制合金粉末，所述合金粉末，其质量百分比为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe，合金粉末目数为135-325目；接下来，将轧辊固定在大功率半导体激光加工数控机床上，利用卡盘带动轧辊旋转，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为2500W，扫描速度280mm/min，搭接率30％。通过激光扫描重力送粉输送的合金粉末，在轧辊表面得到熔覆层，熔覆层单边厚度1.5mm；接下来，对熔覆后的轧辊进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；最后，对检验合格的轧辊进行磨削加工，磨削量0.5mm，使得尺寸、公差和表面光洁度均达到合格标准。
实施例2
首先，通过数控车床切削使用后的轧辊表面，单边车削厚度为1.5mm，去除表面的疲劳、磨损层；然后，使用无水乙醇清洗车削后的轧辊表面，去除油污等杂质；接下来，对车削后的轧辊采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷，确保轧辊无表面和内部缺陷；接下来，配制合金粉末，所述合金粉末，其质量百分比为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe，合金粉末目数为135-325目；接下来，将轧辊固定在大功率半导体激光加工数控机床上，利用卡盘带动轧辊旋转，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为3500W，扫描速度400mm/min，搭接率50％。通过激光扫描重力送粉输送的合金粉末，在轧辊表面得到熔覆层，熔覆层单边厚度2mm；接下来，对熔覆后的轧辊进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；最后，对检验合格的轧辊进行磨削加工，磨削量0.5mm，使得尺寸、公差和表面光洁度均达到合格标准。
实施例3
首先，通过数控车床切削使用后的轧辊表面，单边车削厚度为1mm，去除表面的疲劳、磨损层；然后，使用无水乙醇清洗车削后的轧辊表面，去除油污等杂质；接下来，对车削后的轧辊采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷，确保轧辊无表面和内部缺陷；接下来，配制合金粉末，所述合金粉末，其质量百分比为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe，合金粉末目数为135～325目；接下来，将轧辊固定在大功率半导体激光加工数控机床上，利用卡盘带动轧辊旋转，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为2600W，扫描速度300mm/min，搭接率30％。通过激光扫描重力送粉输送的合金粉末，在轧辊表面得到熔覆层，熔覆层单边厚度1.5mm；接下来，对熔覆后的轧辊进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；接下来，对检验合格的轧辊进行磨削加工，磨削量0.5mm，使得尺寸、公差和表面光洁度均达到合格标准。
实施例4
首先，通过数控车床切削使用后的轧辊表面，单边车削厚度为1.2mm，去除表面的疲劳、磨损层；然后，使用无水乙醇清洗车削后的轧辊表面，去除油污等杂质；接下来，对车削后的轧辊采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷，确保轧辊无表面和内部缺陷；配制合金粉末，所述合金粉末，其质量百分比为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe，合金粉末目数为135-325目；将轧辊固定在大功率半导体激光加工数控机床上，利用卡盘带动轧辊旋转，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为2700W，扫描速度320mm/min，搭接率40％。通过激光扫描重力送粉输送的合金粉末，在轧辊表面得到熔覆层，熔覆层单边厚度1.7mm；接下来，对熔覆后的轧辊进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；接下来，对检验合格的轧辊进行磨削加工，磨削量0.5mm，使得尺寸、公差和表面光洁度均达到合格标准。
实施例5
首先，通过数控车床切削使用后的轧辊表面，单边车削厚度为1.5mm，去除表面的疲劳、磨损层；然后，使用无水乙醇清洗车削后的轧辊表面，去除油污等杂质；接下来，对车削后的轧辊采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷，确保轧辊无表面和内部缺陷；接下来，配制合金粉末，所述合金粉末，其质量百分比为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe，合金粉末目数为135-325目；将轧辊固定在大功率半导体激光加工数控机床上，利用卡盘带动轧辊旋转，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为3450W，扫描速度400mm/min，搭接率30％。通过激光扫描重力送粉输送的合金粉末，在轧辊表面得到熔覆层，熔覆层单边厚度2mm；接下来，对熔覆后的轧辊进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；接下来，对检验合格的轧辊进行磨削加工，磨削量0.5mm，使得尺寸、公差和表面光洁度均达到合格标准。
实施例6
首先，通过数控车床切削使用后的轧辊表面，单边车削厚度为1.3mm，去除表面的疲劳、磨损层；然后，使用无水乙醇清洗车削后的轧辊表面，去除油污等杂质；接下来，对车削后的轧辊采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷，确保轧辊无表面和内部缺陷；接下来，配制合金粉末，所述合金粉末，其质量百分比为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe，合金粉末目数为135-325目；将轧辊固定在大功率半导体激光加工数控机床上，利用卡盘带动轧辊旋转，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为3000W，扫描速度350mm/min，搭接率40％。通过激光扫描重力送粉输送的合金粉末，在轧辊表面得到熔覆层，熔覆层单边厚度1.8mm；接下来，对熔覆后的轧辊进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；接下来，对检验合格的轧辊进行磨削加工，磨削量0.5mm，使得尺寸、公差和表面光洁度均达到合格标准。
实施例7
首先，通过数控车床切削使用后的轧辊表面，单边车削厚度为1.5mm，去除表面的疲劳、磨损层；然后，使用无水乙醇清洗车削后的轧辊表面，去除油污等杂质；接下来，对车削后的轧辊采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷，确保轧辊无表面和内部缺陷；配制合金粉末，所述合金粉末，其质量百分比为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe，合金粉末目数为135-325目；将轧辊固定在大功率半导体激光加工数控机床上，利用卡盘带动轧辊旋转，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为2900W，扫描速度340mm/min，搭接率50％。通过激光扫描重力送粉输送的合金粉末，在轧辊表面得到熔覆层，熔覆层单边厚度2mm；接下来，对熔覆后的轧辊进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；接下来，对检验合格的轧辊进行磨削加工，磨削量0.5mm，使得尺寸、公差和表面光洁度均达到合格标准。
实施例8
首先，通过数控车床切削使用后的轧辊表面，单边车削厚度为1.1mm，去除表面的疲劳、磨损层；然后，使用无水乙醇清洗车削后的轧辊表面，去除油污等杂质；接下来，对车削后的轧辊采用磁粉探伤和超声波探伤，检查是否存在裂纹等缺陷，确保轧辊无表面和内部缺陷；接下来，配制合金粉末，所述合金粉末，其质量百分比为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe，合金粉末目数为135-325目；将轧辊固定在大功率半导体激光加工数控机床上，利用卡盘带动轧辊旋转，激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为3400W，扫描速度380mm/min，搭接率30％。通过激光扫描重力送粉输送的合金粉末，在轧辊表面得到熔覆层，在激光熔覆过程中向熔池中通入氮气。优选地，进行二次氮化处理，熔覆层单边厚度1.6mm；接下来，对熔覆后的轧辊进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；接下来，对检验合格的轧辊进行磨削加工，磨削量0.5mm，使得尺寸、公差和表面光洁度均达到合格标准。
上述各个实施例，均能形成完整的熔覆层，并且在熔覆层中形成由渗氮层。得到的轧辊的硬度、耐磨性、耐蚀性良好。
以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种轧辊的激光熔覆再处理方法，其中，包括：
对轧辊的辊面进行脱脂处理；
制备熔覆材料，所述熔覆材料为粉末状，各组分按照质量百分比分别为：C：0.35％，Si：1％，Cr：5％，Mo：1.5％，Mn：0.3％，余量为Fe；
通过激光扫描将熔覆材料熔覆到轧辊的辊面上，以形成熔覆层。
2.根据权利要求1所述的轧辊的激光熔覆再处理方法，其中，在进行激光熔覆之前，将所述轧辊的辊面单边车削1.0-1.5mm。
3.根据权利要求1所述的轧辊的激光熔覆再处理方法，其中，得到的熔覆层的单边厚度为1.5-2mm。
4.根据权利要求1所述的轧辊的激光熔覆再处理方法，其中，激光扫描时的参数为：激光器的光斑为2×14mm的矩形光斑，扫描功率为2500-3500W，扫描速度为200-800mm/min。
5.根据权利要求1所述的轧辊的激光熔覆再处理方法，其中，在激光熔覆过程中，熔覆材料的粒度为135-325目。
6.根据权利要求1所述的轧辊的激光熔覆再处理方法，其中，在激光熔覆时，搭接率为30-50％。
7.根据权利要求1所述的轧辊的激光熔覆再处理方法，其中，在进行脱脂处理时，脱脂剂为有机溶剂或者无机脱脂剂。
8.根据权利要求1所述的轧辊的激光熔覆再处理方法，其中，在进行激光熔覆时，向熔池中通入氮气。
9.根据权利要求8所述的轧辊的激光熔覆再处理方法，其中，还包括向刚刚熔好后进入冷却状态的熔道通入氮气，以进行第二次氮化处理。
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