CN110747465A - 一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及退火炉炉底辊技术领域，且公开了一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，包括以下步骤：1）预制炉底辊；2）加工表面；3）清理表面；4）获得熔覆粉末；5）激光熔覆；6）制作炉底辊。该热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，通过制造的热轧退火炉炉底辊表面功能层与炉辊辊套基材为冶金结合，结合强度不低于原基材的90%，一般可达650Mpa以上，通过炉辊辊套在激光加工过程中辊套表面微熔，微熔层为0.05~0.1mm，基体热影响区极小，一般为0.1~0.2mm，熔覆后辊套基本无变形，制备的功能层覆层厚度均匀，辊套装配后动平衡好，通过激光熔覆后的Co基功能层均无粗大的铸造组织，熔铸层及其界面组织致密，晶粒细小，具有极好的耐磨性。

Description

一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法

技术领域

本发明涉及退火炉炉底辊技术领域，具体为一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法。

背景技术

退火炉炉辊用于不锈钢板在热处理炉内连续运行的输送和支撑作用，加热炉内气氛温度高达1200℃，热处理板带也达到1100℃，为保证运转的安全性及保证产品质量，炉辊应当具有良好的高温稳定性，在高温状态下不能产生较大弯曲变形，同时辊面高温状态下应当有低于板面的硬度，不会划伤板面，并且辊面材质在高温下不会与不锈钢板产生粘连的特性，典型的热线退火炉采用卧式连续退火炉，对热轧板坯进行加热退火处理，处理板坯宽度1250mm~2100mm，板坯厚度2mm~14mm，加热炉内采用表面喷涂的钢辊作为支撑辊，其加热炉包含23根辊道，分为加热段、保温段和冷却段，其中加热段位置炉内环境温度1300℃。

目前，传统的退火炉支承辊表面强化方式为喷涂硬质合金的，表面喷涂功能层与基材为物理结合，涂层与基材仅能达到70Mpa的结合强度，且喷涂层孔隙率高，在喷涂层与基材结合面容易产生氧化腐蚀导致结合强度进一步降低，这种低结合强度在这种高强度的热疲劳下作用下，喷涂功能层很容易产生剥离掉块的现象，使用寿命低支承辊在加热炉内工作中，受到炉内火焰加热喷嘴燃烧产生的热辐射和炉内空气高达1300℃的气氛环境带来的对流传热，以及所接触高达1100℃的不锈钢板带的热传导等综合作用，其中50%的热量来自于板带与炉辊的接触传热，加热炉内炉辊辊距约为8m，热处理的带钢自然下垂，炉辊与带钢接触部位为一定角度的扇形区域，在加热炉内炉辊芯部通冷却水，受炉内各种热效应作用下，辊面维持在500至600℃的范围内，而炉辊上部与钢带接触部位温度可达到1100℃（接近带钢温度），带钢热处理速度为60m/min，直径330mm的炉辊转速为1r/s，随着炉辊的转动，辊面温度产生周期变化，这就给辊面带来了严重的热疲劳。传统的喷涂工艺，表面喷涂图层与基材仅能达到70Mpa的结合强度，正因为这种较低的结合强度在这种高强度的热疲劳下作用下，表面喷涂功能层很容易产生剥离掉块的现象，一般使用寿命仅有3-6个月，炉辊表面一旦产生剥落掉块现象，辊面就会变得凹凸不平，而热轧不锈钢薄板在1200-1300摄氏度的高温状态先是极软的，一旦辊道表面又突起或者凹坑，就会将其印在带钢表面，从而影响带钢表面状态，在后续轧制过程中，这种表面缺陷会被放大，从而产生较严重的产品质量问题，另一方面由于炉辊的频繁更换，需要经常停机维护，对于提高连轧连退的生产效率也带来了较大的问题，故而提出一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法解决上述问题。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，具备使用寿命高等优点，解决了炉辊表面一旦产生剥落掉块现象，辊面就会变得凹凸不平，而热轧不锈钢薄板在1200-1300摄氏度的高温状态先是极软的，一旦辊道表面又突起或者凹坑，就会将其印在带钢表面，从而影响带钢表面状态，在后续轧制过程中，这种表面缺陷会被放大，从而产生较严重的产品质量问题，另一方面由于炉辊的频繁更换，需要经常停机维护，对于提高连轧连退的生产效率也带来了较大的问题。

（二）技术方案

为实现上述使用寿命高的目的，本发明提供如下技术方案：一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，包括以下步骤：

1）预制炉底辊，制作芯辊和辊套，其中芯辊通过机加工成型，辊套通过精密铸造而成，备用；

2）加工表面，对步骤1）中得到的辊套表面进行加工，并在其表面留有熔覆层余量，备用；

3）清理表面，对步骤2）中备用的辊套表面进行全方位的清理，具体为对其表面进行除锈和除油清理，避免其表面残留的灰尘和碎屑影响后续的工序，清理完毕后备用；

4）获得熔覆粉末，准备两种成分不同的Co基合金材料，用于基层和面层，其中基层Co基合金材料的成分为，Cr22-28%，W7-11%，Fe1-2%，Ni8-15%，C0.8-1%余量为Co，面层Co基合金材料的成分为Cr22-28%，W11-15%，Fe1-2%，Ni8-15%，C1.5-2%，Si0.6-1.5%，Mo0.5-0.8%，余量为Co，准备完毕后备用；

5）激光熔覆，将步骤3）中备用的辊套固定在机床上，采用激光焊机对其的表面进行激光熔覆，同时对其表面分两次输送熔覆粉末，依次完成基层和面层的熔覆，熔覆完毕后备用；

6）制作炉底辊，将步骤5）中熔覆完毕的炉辊辊套经车削、磨削至使用表面光洁度及尺寸，并利用装配夹具将辊套装配到芯辊上，并将辊套焊接于芯辊上，从而得到炉底辊。

优选的，所述辊套材质为耐热钢，如42CrMo和不锈钢SUS304等材料。

优选的，所述 Co合金硬度在HRC35-45。

优选的，所述激光熔覆采用预置合金粉末激光熔覆的方式，使用氩气对熔池进行保护，激光工艺参数为：激光功率2000~3000W；光斑直径2.5~4.5mm；光斑移动速度4~35mm/s；搭接1.25-2.25；氩气流量3-7L/min。

优选的，所述基合熔覆层和面层熔覆层每层厚度0.6至1.4mm。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，具备以下有益效果：

该热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，通过制造的热轧退火炉炉底辊表面功能层与炉辊辊套基材为冶金结合，结合强度不低于原基材的90%，一般可达650Mpa以上，通过炉辊辊套在激光加工过程中辊套表面微熔，微熔层为0.05~0.1mm，基体热影响区极小，一般为0.1~0.2mm，熔覆后辊套基本无变形，制备的功能层覆层厚度均匀，辊套装配后动平衡好，通过激光熔覆后的Co基功能层均无粗大的铸造组织，熔铸层及其界面组织致密，晶粒细小，具有极好的耐磨性，相较于传统喷涂辊道，寿命可提高4-6倍，同时具有较好的抗热疲劳性能，在1200-1300摄氏度的高温环境下，炉辊表面不产生剥落、掉块等现象，有利于提高带钢的生产质量，通过激光熔覆技术可控性好，易实现自动化控制，进而保证整个辊面功能层质量稳定可靠，熔覆层与基体均无粗大的铸造组织，熔覆层及其界面组织致密，晶体细小，无孔洞、夹杂、裂纹等缺陷，相较于传统堆焊辊道，该种工艺方法节能和环保，故而达到了述使用寿命高的目的。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，包括以下步骤：

1）预制炉底辊，制作芯辊和辊套，其中芯辊通过机加工成型，辊套通过精密铸造而成，辊套材质为耐热钢，如42CrMo和不锈钢SUS304等材料，备用；

2）加工表面，对步骤1）中得到的辊套表面进行加工，并在其表面留有熔覆层余量，备用；

3）清理表面，对步骤2）中备用的辊套表面进行全方位的清理，具体为对其表面进行除锈和除油清理，避免其表面残留的灰尘和碎屑影响后续的工序，清理完毕后备用；

4）获得熔覆粉末，准备两种成分不同的Co基合金材料，用于基层和面层，基合熔覆层和面层熔覆层每层厚度0.6至1.4mm，其中基层Co基合金材料的成分为，Cr22-28%，W7-11%，Fe1-2%，Ni8-15%，C0.8-1%余量为Co，面层Co基合金材料的成分为Cr22-28%，W11-15%，Fe1-2%，Ni8-15%，C1.5-2%，Si0.6-1.5%，Mo0.5-0.8%，余量为Co， Co合金硬度在HRC35-45，准备完毕后备用；

5）激光熔覆，将步骤3）中备用的辊套固定在机床上，采用激光焊机对其的表面进行激光熔覆，同时对其表面分两次输送熔覆粉末，依次完成基层和面层的熔覆，激光熔覆采用预置合金粉末激光熔覆的方式，使用氩气对熔池进行保护，激光工艺参数为：激光功率2000~3000W；光斑直径2.5~4.5mm；光斑移动速度4~35mm/s；搭接1.25-2.25；氩气流量3-7L/min，熔覆完毕后备用；

6）制作炉底辊，将步骤5）中熔覆完毕的炉辊辊套经车削、磨削至使用表面光洁度及尺寸，并利用装配夹具将辊套装配到芯辊上，并将辊套焊接于芯辊上，从而得到炉底辊。

实施例一：太钢热退线炉底辊

太钢不锈钢炉底辊辊面总长度5米，辊径330mm，中间有效使用部位长度3米，用于宽度1250mm～2100mm厚度2mm～14mm的热轧不锈钢带钢的连续退火支撑作用，在使用传统喷涂辊道时，平均使用寿命3-6个月，基本在3个月开始产生掉块现象，最长使用6个月后因严重影响带钢质量而下线，在使用激光制造退火炉炉辊后，在线使用长达12个月，经观察，表面状态良好，无结瘤、剥落现象，对带钢无不良影响。

实施例二：东方特钢热退线炉底辊

东方特钢热退线炉底辊辊面长度2500mm，辊径304mm，使用传统的高合金材料做辊套进行使用，辊套使用寿命短，且表面频繁结瘤，影响带钢质量平均每7-10天需下线进行磨削处理，后使用激光制造炉辊后，在线使用长达3个月后表面状态良好，无结瘤、无剥落，极大的提高了产品质量。

本发明的有益效果是：该热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，通过制造的热轧退火炉炉底辊表面功能层与炉辊辊套基材为冶金结合，结合强度不低于原基材的90%，一般可达650Mpa以上，通过炉辊辊套在激光加工过程中辊套表面微熔，微熔层为0.05~0.1mm，基体热影响区极小，一般为0.1~0.2mm，熔覆后辊套基本无变形，制备的功能层覆层厚度均匀，辊套装配后动平衡好，通过激光熔覆后的Co基功能层均无粗大的铸造组织，熔铸层及其界面组织致密，晶粒细小，具有极好的耐磨性，相较于传统喷涂辊道，寿命可提高4-6倍，同时具有较好的抗热疲劳性能，在1200-1300摄氏度的高温环境下，炉辊表面不产生剥落、掉块等现象，有利于提高带钢的生产质量，通过激光熔覆技术可控性好，易实现自动化控制，进而保证整个辊面功能层质量稳定可靠，熔覆层与基体均无粗大的铸造组织，熔覆层及其界面组织致密，晶体细小，无孔洞、夹杂、裂纹等缺陷，相较于传统堆焊辊道，该种工艺方法节能和环保，故而达到了述使用寿命高的目的，解决了炉辊表面一旦产生剥落掉块现象，辊面就会变得凹凸不平，而热轧不锈钢薄板在1200-1300摄氏度的高温状态先是极软的，一旦辊道表面又突起或者凹坑，就会将其印在带钢表面，从而影响带钢表面状态，在后续轧制过程中，这种表面缺陷会被放大，从而产生较严重的产品质量问题，另一方面由于炉辊的频繁更换，需要经常停机维护，对于提高连轧连退的生产效率也带来了较大的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）预制炉底辊，制作芯辊和辊套，其中芯辊通过机加工成型，辊套通过精密铸造而成，备用；

2）加工表面，对步骤1）中得到的辊套表面进行加工，并在其表面留有熔覆层余量，备用；

3）清理表面，对步骤2）中备用的辊套表面进行全方位的清理，具体为对其表面进行除锈和除油清理，避免其表面残留的灰尘和碎屑影响后续的工序，清理完毕后备用；

4）获得熔覆粉末，准备两种成分不同的Co基合金材料，用于基层和面层，其中基层Co基合金材料的成分为，Cr22-28%，W7-11%，Fe1-2%，Ni8-15%，C0.8-1%余量为Co，面层Co基合金材料的成分为Cr22-28%，W11-15%，Fe1-2%，Ni8-15%，C1.5-2%，Si0.6-1.5%，Mo0.5-0.8%，余量为Co，准备完毕后备用；

5）激光熔覆，将步骤3）中备用的辊套固定在机床上，采用激光焊机对其的表面进行激光熔覆，同时对其表面分两次输送熔覆粉末，依次完成基层和面层的熔覆，熔覆完毕后备用；

6）制作炉底辊，将步骤5）中熔覆完毕的炉辊辊套经车削、磨削至使用表面光洁度及尺寸，并利用装配夹具将辊套装配到芯辊上，并将辊套焊接于芯辊上，从而得到炉底辊。

2.根据权利要求1所述的一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，其特征在于，所述辊套材质为耐热钢，如42CrMo和不锈钢SUS304材料。

3.根据权利要求1所述的一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，其特征在于，所述Co合金硬度在HRC35-45。

4.根据权利要求1所述的一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，其特征在于，所述激光熔覆采用预置合金粉末激光熔覆的方式，使用氩气对熔池进行保护，激光工艺参数为：激光功率2000~3000W；光斑直径2.5~4.5mm；光斑移动速度4~35mm/s；搭接1.25-2.25；氩气流量3-7L/min。

5.根据权利要求1所述的一种热轧退火炉炉底辊的激光制造方法，其特征在于，所述基合熔覆层和面层熔覆层每层厚度0.6至1.4mm。