一种助卷辊的辊面修复材料及一种助卷辊的激光熔覆再制造
方法
技术领域
本发明涉及助卷辊修复技术领域,特别涉及一种助卷辊的辊面修复材料及一种助卷辊的激光熔覆再制造方法。
背景技术
助卷辊作为带钢生产的关键设备,对提高钢材产品品质等方面具有举足轻重的作用,能够准确地将带钢头部送到卷筒周围。助卷辊的工作条件恶劣,在实际生产中,助卷辊需要在高温、高压、高速、高冲击负荷下工作,使得其使用寿命短,表面磨损严重,极大影响了带钢的表面质量。
对于磨损后的助卷辊,需使用辊面修复材料进行修复才能继续使用。由于助卷辊的工作条件苛刻,辊面修复材料需要具备良好的硬度以及耐磨、耐高温、耐腐蚀性能。对于助卷辊的修复方法,目前钢铁企业还是采用传统方法进行修复,如:将修复材料采用堆焊、喷焊或等离子熔覆等,但这些传统方法由于热输入大,容易造成助卷辊变形而报废;而且当在助卷辊表面堆焊或喷焊高硬度辊面修复材料时,极易导致修复的助卷辊表面开裂,从而使得修复中的助卷辊报废,无法完成再制造。
激光熔覆法在助卷辊的修复过程中也有使用。然而,激光熔覆法易出现软硬带的问题,即搭接处硬度低于熔道,这会使得搭接处率先磨损和腐蚀,导致修复后的助卷辊使用寿命低。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种助卷辊的辊面修复材料及一种助卷辊的激光熔覆再制造方法。本发明提供的助卷辊的辊面修复材料耐磨、耐高温、耐腐蚀性能好,适用于激光熔覆法;本发明提供的助卷辊的激光熔覆再制造方法能够避免软硬带问题,所得激光熔覆再制造助卷辊使用寿命高。
为了实现上述发明的目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种助卷辊的辊面修复材料,包括以下质量百分含量的元素组分:
优选的,包括以下质量百分含量的元素组分:
优选的,所述辊面修复材料的粒度为135~325目;所述辊面修复材料的硬度为HRC61.5~62.5。
本发明提供了一种助卷辊的激光熔覆再制造方法,包括以下步骤:
(1)对助卷辊的辊面依次进行车削和洗涤,得到预处理助卷辊;
(2)对所述预处理助卷辊进行宽带激光熔覆;所述宽带激光熔覆的熔覆材料为上述助卷辊的辊面修复材料。
优选的,所述步骤(2)中宽带激光熔覆的宽带光斑为1×30mm~1×230mm的矩形光斑;所述宽带激光熔覆的扫描功率为5600~6000W,扫描速度为450~650mm/min,搭接率为5~10%。
优选的,所述宽带激光熔覆时熔覆材料的送粉方式为重力送粉,所述送粉的速率为25~50g/min。
优选的,所述宽带激光熔覆后所得熔覆层的单边厚度为1.8~2.2mm。
优选的,所述宽带激光熔覆后,还包括对所得熔覆层进行无损检测和车削处理,所述车削的单边车削厚度为0.8~1.2mm。
本发明提供了一种助卷辊的辊面修复材料,包括以下质量百分含量的元素组分:C1.4~1.6%;Si 0.2~0.4%;Cr 3.5~5.2%;Mn 0.5~0.6%;W 12.5~13.2%;V 4.5~5.6%;Co 4.7~5.2%;余量为Fe。本发明使用铁基粉末作为修复材料,通过控制其元素组成和含量,与助卷辊表面的润湿性好。本发明通过在辊面修复材料中加入C元素,能够提高助卷辊辊面修复材料的硬度和强度;通过加入Si元素,在激光熔覆过程中起到脱氧和脱渣的作用,可以提高抗回火性,提高辊面修复材料的综合机械性能;通过加入Cr元素,能够提高辊面修复材料的耐磨性和抗高温氧化性,增加辊面修复材料的热强性;通过加入Mn元素,能够和C元素形成固溶体,达到细化晶粒和强化作用;通过加入W元素,能够抑制熔覆层的回火脆性,细化晶粒,提高辊面修复材料的热强性和蠕变强度;通过加入V元素,能够提高辊面的耐高温磨损性能、热强性和蠕变强度;通过加入Co元素,能够提高辊面的耐高温磨损性能,并显著提高辊面修复材料的热强性。本发明提供的助卷辊的辊面修复材料耐磨、耐高温、耐腐蚀性能好,容易实现助卷辊的再制造,可以极大地提高再制造助卷辊的使用寿命。
本发明提供了一种助卷辊的激光熔覆再制造方法,此法通过将上述辊面修复材料通过宽带激光熔覆的方式熔覆到助卷辊表面,能够提高熔覆效率,避免助卷辊表面开裂现象,同时能够避免再制造助卷辊使用过程中易出现的软硬带问题,实现熔覆层的均匀磨损。实施例结果表明,使用本发明方法所得再制造助卷辊的硬度为HRC61.5~62.5、耐磨性比较原堆焊助卷辊提高3倍以上、耐腐蚀性比较原高速钢材质提高了50%以上,使用寿命比较原堆焊修复助卷辊提高2倍以上。
具体实施方式
本发明提供了一种助卷辊的辊面修复材料,包括以下质量百分含量的元素组分:
以质量百分含量计,本发明提供的助卷辊的辊面修复材料包括1.4~1.6%的C,优选为1.4~1.5%,更优选为1.4~1.45%。在本发明中,所述C元素有利于提高助卷辊辊面修复材料的硬度和强度。
以质量百分含量计,本发明提供的助卷辊的辊面修复材料包括0.2~0.4%的Si,优选为0.2~0.3%,更优选为0.25%。在本发明中,所述Si能够在激光熔覆过程中起到脱氧作用,可以提高抗回火性,提高辊面修复材料的综合机械性能。
以质量百分含量计,本发明提供的助卷辊的辊面修复材料包括3.5~5.2%的Cr,优选为3.5~4.5%,更优选为3.8%。在本发明中,所述Cr元素可以提高辊面修复材料的耐磨性,也改善辊面修复材料的抗高温氧化性,增加辊面修复材料的热强性。
以质量百分含量计,本发明提供的助卷辊的辊面修复材料包括0.5~0.6%的Mn,优选为0.52~0.58%,更优选为0.55%。在本发明中,所述Mn元素能够和C元素形成固溶体,达到细化晶粒和强化作用。
以质量百分含量计,本发明提供的助卷辊的辊面修复材料包括12.5~13.2%的W,优选为12.5~12.8%,更优选为12.5~12.6%。在本发明中,所述W元素在激光熔覆过程中可以抑制熔覆层的回火脆性,细化晶粒,并与其他元素形成二元和多元化合物,如Fe-Cr-W相,有二次硬化作用,提高辊面修复材料的热强性和蠕变强度;同时新生成的合金相在保持原有陶瓷物质强度的同时与助卷辊基材有良好的润湿性,能够解决陶瓷金属与基材润湿性差,热物理性能差异大的问题,对修复层表面性能有增强作用。
以质量百分含量计,本发明提供的助卷辊的辊面修复材料包括4.5~5.6%的V,优选为4.5~5.0%,更优选为4.5~4.6%。在本发明中,所述V元素在激光熔覆过程中起细化晶粒作用,在辊面修复材料中形成二元和多元化合物,如Fe-Cr-V相,能够提高辊面的耐高温磨损性能、热强性和蠕变强度。
以质量百分含量计,本发明提供的助卷辊的辊面修复材料包括4.7~5.2%的Co,优选为4.7~5.0%,更优选为4.7~4.8%。在本发明中,所述钴元素在激光熔覆过程中细化晶粒,并与其他元素形成二元和多元化合物,如Fe-Cr-Co相,能够提高辊面的耐高温磨损性能,并显著提高辊面修复材料的热强性。
以质量百分含量计,本发明提供的助卷辊的辊面修复材料还包括余量的Fe。
在本发明中,所述辊面修复材料的粒度优选为135~325目,更优选为150~300目,进一步优选为180~280目,最优选为200~250目。
本发明通过控制助卷辊的辊面修复材料的元素组成,能够提高辊面修复材料的耐磨、耐高温和耐腐蚀性能,使得再制造助卷辊具有较高的硬度、耐高温、耐磨性和耐腐蚀性能,极大提高了再制造助卷辊的使用寿命。
在本发明中,所述助卷辊的辊面修复材料的制备方法优选为气雾化粉末法。本发明对气雾化的具体操作方式没有特殊的要求,使用本领域技术人员熟知的气雾化操作方法即可。在本发明中,由于气雾化粉末球度好,提高了粉末在激光熔池中的流动性。
本发明提供了一种助卷辊的激光熔覆再制造方法,包括以下步骤:
(1)对助卷辊的辊面依次进行车削和洗涤,得到预处理助卷辊;
(2)对所述预处理助卷辊进行宽带激光熔覆;所述宽带激光熔覆的熔覆材料为上述助卷辊的辊面修复材料。
本发明对助卷辊的辊面依次进行车削和洗涤,得到预处理助卷辊。在本发明中,所述车削的单边车削厚度优选为1.0~1.2mm,更优选为1.1mm。本发明对所述车削的具体操作参数没有特殊的要求,使用本领域技术人员熟知的车削方式使得所述单边车削厚度达到要求即可。
在本发明中,所述洗涤用洗涤剂优选为丙酮或工业酒精;本发明对所述洗涤的方式没有特殊的要求,使用本领域技术人员熟知的洗涤方式即可。所述洗涤后,本发明还优选对洗涤后的助卷辊进行无损检测。在本发明中,所述无损检测的方法优选为着色探伤无损检测法。在本发明中,所述着色探伤无损检测法优选包括以下步骤:
在洗涤后助卷辊的辊面涂覆彩色渗透剂进行着色渗透;
对着色渗透后的辊面依次进行清洗和涂覆显像剂,观察辊面表面的显像痕迹;如果显像痕迹为白色,则助卷辊无缺陷无裂纹;如果显像痕迹为彩色细线,则表示有裂纹。
本发明对所述彩色渗透剂的具体种类没有特殊的要求,使用本领域技术人员熟知的彩色渗透剂即可。在本发明中,所述着色渗透的时间优选为5~10min。
得到预处理助卷辊后,本发明对所述预处理助卷辊进行宽带激光熔覆,得到激光熔覆再制造助卷辊;所述宽带激光熔覆的熔覆材料为上述助卷辊的辊面修复材料。在本发明中,所述宽带激光熔覆的宽带光斑优选为1×30mm~1×230mm的矩形光斑;所述宽带激光熔覆的扫描功率优选为5600~6000W,更优选为5800W;所述宽带激光熔覆的扫描速度优选为450~650mm/min,更优选为500~600mm/min;所述宽带激光熔覆的搭接率优选为5~10%,更优选为6~8%。在本发明中,所述宽带激光熔覆时熔覆材料的送粉方式优选为重力送粉,所述送粉的速率优选为25~50g/min,更优选为30~40g/min。本发明通过宽带激光熔覆,能够提高熔覆效率;同时,由于采用大功率、低速度进行激光熔覆,能够将激光熔覆的稀释率增加至10~15%(一般激光熔覆的稀释率为5%左右),这使得熔道间搭接处的硬度基本没有下降,与熔道的硬度差能够控制在0.5HRC以内,完全避免了传统激光熔覆工艺再制造助卷辊使用中易出现的软硬带问题,实现再制造助卷辊的均匀磨损。
所述宽带激光熔覆后,本发明还包括对所得熔覆层进行无损检测和车削处理。在本发明中,所述无损检测的方法和检测标准与上文相同,在此不再赘述。
在本发明中,所述车削的单边车削厚度优选为0.8~1.2mm,更优选为1mm。本发明对所述车削的具体操作参数没有特殊的要求,使用本领域技术人员熟知的车削方式使得所述单边车削厚度达到要求即可。
下面结合实施例对本发明提供的助卷辊的辊面修复材料及助卷辊的激光熔覆再制造方法进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
配制助卷辊的辊面修复材料,以质量百分数计,包括以下元素组分:C1.4%;Si0.2%;Cr3.5%;Mn0.5%;W12.5%;V4.5%;Co4.7%;余量为Fe,修复材料的粒度为135~325目。
修复材料的制备方法为气雾化法。
按以下步骤进行助卷辊的激光熔覆再制造:
(1)对助卷辊的辊面进行车削,单边车削厚度为1.0mm,对车削后辊面进行洗涤和无损检测,无损检测合格,得到预处理助卷辊;
(2)将所述辊面修复材料经过宽带激光熔覆到步骤(1)预处理助卷辊表面,激光熔覆的宽带光斑为1×30mm的矩形光斑,激光扫描功率为5600W,扫描速度为450mm/min,搭接率为5%,得到激光熔覆再制造助卷辊,所得熔覆层的单边厚度为1.8mm;
(3)激光熔覆处理完成后,对熔覆层进行无损检测,检测合格,之后进行车削处理,单边车削量为0.8mm。
实施例2
配制助卷辊的辊面修复材料,以质量百分数计,包括以下组分:C1.6%;Si0.4%;Cr5.2%;Mn0.6%;W13.2%;V5.6%;Co5.2%;余量为Fe,修复材料的粒度为135~325目。
按以下步骤进行助卷辊的激光熔覆再制造:
(1)对助卷辊的辊面进行车削,单边车削厚度为1.2mm,对车削后辊面进行洗涤和无损检测,无损检测合格,得到预处理助卷辊;
(2)将所述辊面修复材料经过宽带激光熔覆到步骤(1)预处理助卷辊表面,激光熔覆的宽带光斑为1×30mm的矩形光斑,激光扫描功率为6000W,扫描速度为650mm/min,搭接率为10%,得到激光熔覆再制造助卷辊,所得熔覆层的单边厚度为2.2mm;
(3)激光熔覆处理完成后,对熔覆层进行无损检测,检测合格,之后进行车削处理,单边车削量为1.0mm。
实施例3
配制助卷辊的辊面修复材料,以质量百分数计,包括以下组分:C1.5%;Si0.3%;Cr3.5%;Mn0.5%;W12.5%;V4.5%;Co4.7%;余量为Fe,修复材料的粒度为135~325目。
按以下步骤进行助卷辊的激光熔覆再制造:
(1)对助卷辊的辊面进行车削,单边车削厚度为1.0mm,对车削后辊面进行洗涤和无损检测,无损检测合格,得到预处理助卷辊;
(2)将所述辊面修复材料经过宽带激光熔覆到步骤(1)预处理助卷辊表面,激光熔覆的宽带光斑为1×30mm的矩形光斑,激光扫描功率为5600W,扫描速度为450mm/min,搭接率为5%%,得到激光熔覆再制造助卷辊,所得熔覆层的单边厚度为2.2mm;
(3)激光熔覆处理完成后,对熔覆层进行无损检测,检测合格,之后进行车削处理,单边车削量为1.2mm。
实施例4
配制助卷辊的辊面修复材料,以质量百分数计,包括以下组分:C1.6%;Si0.4%;Cr5.2%;Mn0.6%;W12.5%;V4.5%;Co4.7%;余量为Fe,修复材料的粒度为135~325目。
按以下步骤进行助卷辊的激光熔覆再制造:
(1)对助卷辊的辊面进行车削,单边车削厚度为1.0mm,对车削后辊面进行洗涤和无损检测,无损检测合格,得到预处理助卷辊;
(2)将所述辊面修复材料经过宽带激光熔覆到步骤(1)预处理助卷辊表面,激光熔覆的宽带光斑为1×30mm的矩形光斑,激光扫描功率为5800W,扫描速度为550mm/min,搭接率为8%,得到激光熔覆再制造助卷辊,所得熔覆层的单边厚度为2.0mm;
(3)激光熔覆处理完成后,对熔覆层进行无损检测,检测合格,之后进行车削处理,单边车削量为1.0mm。
实施例5
配制助卷辊的辊面修复材料,以质量百分数计,包括以下组分:C1.6%;Si0.3%;Cr3.8%;Mn0.5~0.6%;W12.5%;V4.5%;Co5.0%;余量为Fe,修复材料的粒度为135~325目。
按以下步骤进行助卷辊的激光熔覆再制造:
(1)对助卷辊的辊面进行车削,单边车削厚度为1.2mm,对车削后辊面进行洗涤和无损检测,无损检测合格,得到预处理助卷辊;
(2)将所述辊面修复材料经过宽带激光熔覆到步骤(1)预处理助卷辊表面,激光熔覆的宽带光斑为1×30mm的矩形光斑,激光扫描功率为5900W,扫描速度为600mm/min,搭接率为5%~10%,得到激光熔覆再制造助卷辊,所得熔覆层的单边厚度为2.2mm;
(3)激光熔覆处理完成后,对熔覆层进行无损检测,检测合格,之后进行车削处理,单边车削量为1.0mm。
实施例6
配制助卷辊的辊面修复材料,以质量百分数计,包括以下组分:C1.5%;Si0.3%;Cr4.5%;Mn0.6%;W13.0%;V5.5%;Co4.7%;余量为Fe,修复材料的粒度为135~325目。
按以下步骤进行助卷辊的激光熔覆再制造:
(1)对助卷辊的辊面进行车削,单边车削厚度为1.1mm,对车削后辊面进行洗涤和无损检测,无损检测合格,得到预处理助卷辊;
(2)将所述辊面修复材料经过宽带激光熔覆到步骤(1)预处理助卷辊表面,激光熔覆的宽带光斑为1×30mm的矩形光斑,激光扫描功率为5800W,扫描速度为480mm/min,搭接率为510%,得到激光熔覆再制造助卷辊,所得熔覆层的单边厚度为2.2mm;
(3)激光熔覆处理完成后,对熔覆层进行无损检测,检测合格,之后进行车削处理,单边车削量为1.1mm。
实施例7
配制助卷辊的辊面修复材料,以质量百分数计,包括以下组分:C1.4%;Si0.2%;Cr3.5%;Mn0.5%;W12.5%;V5.5%;Co4.7%;余量为Fe,修复材料的粒度为135~325目。
按以下步骤进行助卷辊的激光熔覆再制造:
(1)对助卷辊的辊面进行车削,单边车削厚度为1.0mm,对车削后辊面进行洗涤和无损检测,无损检测合格,得到预处理助卷辊;
(2)将所述辊面修复材料经过宽带激光熔覆到步骤(1)预处理助卷辊表面,激光熔覆的宽带光斑为1×30mm的矩形光斑,激光扫描功率为6000W,扫描速度为650mm/min,搭接率为5%,得到激光熔覆再制造助卷辊,所得熔覆层的单边厚度为1.8mm;
(3)激光熔覆处理完成后,对熔覆层进行无损检测,检测合格,之后进行车削处理,单边车削量为0.8mm。
实施例8
配制助卷辊的辊面修复材料,以质量百分数计,包括以下组分:C1.5%;Si0.3%;Cr4.2%;Mn0.6%;W12.5%;V4.5%;Co5.2%;余量为Fe,修复材料的粒度为135~325目。
按以下步骤进行助卷辊的激光熔覆再制造:
(1)对助卷辊的辊面进行车削,单边车削厚度为1.2mm,对车削后辊面进行洗涤和无损检测,无损检测合格,得到预处理助卷辊;
(2)将所述辊面修复材料经过宽带激光熔覆到步骤(1)预处理助卷辊表面,激光熔覆的宽带光斑为1×30mm的矩形光斑,激光扫描功率为5700W,扫描速度为520mm/min,搭接率为5%,得到激光熔覆再制造助卷辊,所得熔覆层的单边厚度为2.2mm;
(3)激光熔覆处理完成后,对熔覆层进行无损检测,检测合格,之后进行车削处理,单边车削量为1.0mm。
对比例1
按照实施例1的方法进行试验,区别在于激光光斑为直径5mm的圆形光斑,其余试验条件与实施例1相同。
对比例2
按照实施例1的方法进行试验,区别在于激光熔覆功率为5800W,扫描速度为1000mm/min,其余试验条件与实施例1相同。
对比例3
采用传统堆焊高耐磨合金焊丝修复助卷辊,表面堆焊层硬度为HRC56,堆焊方法包括以下步骤:
(1)依据磨损情况,将助卷辊辊面单边车削5mm,去除辊面裂纹、疲劳层和锈蚀;
(2)对车削后的助卷辊辊面进行埋弧堆焊,焊丝选用合金焊丝,焊丝直径3.2mm,埋弧焊剂选用SJ107,电流为120A,直流极性正接,焊接速度220mm/min,单边堆焊厚度3mm,堆焊后的连铸机辊子采用空冷;
(3)车削辊面堆焊层,得到尺寸和表面光洁度符合要求的助卷辊。
性能测试
对实施例1~8以及对比例1~3制备得到的助卷辊的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、使用寿命进行测试,测试结果如表1所示:
表1实施例1~8以及对比例1~3制备得到的助卷辊的相关性能
|
硬度 |
耐磨性 |
耐腐蚀性 |
使用寿命(天) |
搭接处硬度 |
实施例1 |
HRC61.5 |
提高2.7倍 |
提高65% |
96 |
HRC61.2 |
实施例2 |
HRC62 |
提高2.8倍 |
提高66.5% |
93 |
HRC61.7 |
实施例3 |
HRC62.5 |
提高2.7倍 |
提高65% |
93 |
HRC62.2 |
实施例4 |
HRC61.5 |
提高2.7倍 |
提高68% |
96 |
HRC61.1 |
实施例5 |
HRC62 |
提高2.9倍 |
提高67% |
99 |
HRC61.6 |
实施例6 |
HRC61.5 |
提高2.7倍 |
提高65% |
96 |
HRC61.1 |
实施例7 |
HRC62 |
提高2.8倍 |
提高69% |
97.5 |
HRC61.3 |
实施例8 |
HRC62.5 |
提高2.6倍 |
提高64.5% |
94.8 |
HRC62.2 |
对比例1 |
HRC60 |
提高2.2倍 |
提高61.5% |
91.8 |
HRC57 |
对比例2 |
HRC57 |
提高0.8倍 |
提高50.5% |
47 |
HRC55.5 |
对比例3 |
HRC56 |
1 |
1 |
30 |
HRC56 |
其中,硬度数据采用手持式轧辊硬度计测试得到;
耐磨性数据通过对磨实验方法得到,参照标准《GB/T 12444.2-1990》;
耐腐蚀性数据通过盐雾腐蚀试验得到,参照标准《GB 6458-86》。
表1中耐磨性和耐腐蚀性均是与原传统堆焊合金焊丝助卷辊的数据进行比较得出的。由表1测试结果可知,本发明提供的助卷辊辊面修复材料能够实现助卷辊的再制造,而且采用本发明辊面修复材料再制造得到的助卷辊具有较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能,极大提高了再制造后助卷辊的使用寿命。
另外,采用本发明方法得到的激光熔覆再制造助卷辊,搭接处硬度比较熔道硬度差小于0.5HRC,助卷辊使用中,辊面不会出现软硬带问题,使用中辊面会均匀磨损。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。