CN113088862B - 一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层及其制备方法 - Google Patents

一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层及其制备方法，采用镍钨合金粉末，所述镍钨合金粉末的成分按质量百分含量分别为：1.1％～1.3％的C、13.5％～14.5％的Cr、14.5％～15.5％的Fe、3.5％～4.5％的Si、3.0％～3.5％的B、10.0％～10.5％的W，其余为Ni；通过本发明新型材料和工艺方法制备的活套辊表面强化涂层，在线使用有着良好的耐磨性，涂层磨损减少量从原先的0.4mm/月下降到0.15mm/月，活套辊寿命从3～4个月提升到7～9个月，寿命提升了近2.5倍。

Description

一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及辊用涂层技术领域，具体涉及一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层及其制备方法。
背景技术
板带热轧线精轧机组中间布置有活套装置，活套是作为轧机间带钢起套的测量设备，并且给轧机主传动的速度控制元件传递相应的数值，起到承托、传递板带和速度测量等作用。
以7辊轧精轧机为例，在F1-F7精轧机出口侧均按照有活套装置，活套装置即是活套辊组装件，活套辊直径为Φ275mm，采用辊体内部通水方式冷却。活套辊在精轧机组内工作运行，承受高温和高速摩擦磨损，活套辊接触的带钢温度可达900℃～1000℃，线速度最大可达17m/s。由于工况环境恶劣，在苛刻环境下服役对活套辊与带钢接触的辊面性能特性提出了更高要求，要求其具有更好的高温耐磨性，传统活套辊表面一般制备普通镍基合金涂层，虽然可以提高其使用寿命，但普通镍基合金在高温下耐磨性有限，活套辊的寿命一般仅能维持在4个月左右。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层，采用镍钨合金粉末，所述镍钨合金粉末的成分按质量百分含量分别为：1.1％～1.3％的C、13.5％～14.5％的Cr、14.5％～15.5％的Fe、3.5％～4.5％的Si、3.0％～3.5％的B、10.0％～10.5％的W，其余为Ni。
较佳的，一种所述板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层的制备方法，包括步骤：
S1，辊坯制作；
S2，辊面检查；
S3，活套辊一次预热；
S4，喷砂；
S5，活套辊二次预热；
S6，采用所述镍钨合金粉末进行火焰喷粉；
S7，活套辊三次预热；
S8，感应重熔；
S9，缓冷；
S10，加工；
S11，对加工后的辊面涂层进行检测；
S12，活套辊组装附件，装配后上线使用。
较佳的，所述活套辊的辊身采用碳素钢20钢无缝管，轴头采用45钢锻件。
较佳的，在所述步骤S3中，所述活套辊随加热炉预热升温至400℃，并保温2h出炉，出炉检测辊面温度≥350℃。
较佳的，在所述步骤S5中，所述活套辊装利用火焰喷枪对辊面进行往复式烘烤加热，辊面温度≥450℃。
较佳的，在所述步骤S6中，喷粉参数为：转速为15rpm～18rpm，氧气压力为0.7MPa～0.9MPa，送粉压力为0.07MPa～0.09MPa，喷枪直线移动速度为40mm/min～50mm/min，乙炔压力为0.08MPa～0.10MPa，喷粉距离为280mm～300mm，喷粉后所述活套辊直径增加4.5mm～6mm。
较佳的，在所述步骤S7中，所述活套辊随加热炉预热升温至600℃，并保温3h出炉，出炉检测辊面温度≥550℃。
较佳的，在所述步骤S8中，所述感应重熔采用感应重熔设备，所述感应重熔设备包括重熔机床、感应线圈和加热保温装置，所述活套辊固定设置在所述重熔机床上，所述感应线圈套设在所述活套辊上，所述感应线圈与电器控制柜、冷却水箱连接，所述电器控制柜对所述感应线圈供电，所述冷却水箱用于对所述感应线圈进行水冷降温，所述加热保温装置设置在所述活套辊和所述重熔机床之间，用于实现对所述活套辊表面重熔凝固涂层的保温，通过所述感应线圈在所述活套辊上的轴向移动从而进行重熔形成合金涂层。
较佳的，在所述步骤S8中，重熔参数为所述活套辊转速为8rpm～12rpm，重熔功率为90KW～110KW，感应线圈步进平均速度为1.5mm/转～2.0mm/转，涂层重熔的温度为1060℃～1120℃，感应线圈与辊面距离为20mm。
较佳的，在所述步骤S9中，提前将加热炉预热到600℃～650℃，所述活套辊完成所述步骤S8后，所述活套辊进炉，先保温2h后停止加热，使所述活套辊在加热炉内随炉冷却至室温。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：通过本发明新型材料和工艺方法制备的活套辊表面强化涂层，在线使用有着良好的耐磨性，涂层磨损减少量从原先的0.4mm/月下降到0.15mm/月，活套辊寿命从3～4个月提升到7～9个月，寿命提升了近2.5倍。
附图说明
图1为采用普通镍基合金粉末形成的活套辊涂层金相组织视图；
图2为采用本发明所用的镍钨合金粉末形成的活套辊涂层金相组织视图；
图3为所述板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层的制备方法的流程图；
图4为所述感应重熔设备示意图。
图中数字表示：
1-重熔机床；2-活套辊；3-感应线圈；4-加热保温装置；5-电器控制柜；6-合金涂层；7-冷却水箱。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
本发明所述板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层采用镍钨合金粉末，所述镍钨合金粉末的成分按质量百分含量分别为：1.1％～1.3％的C、13.5％～14.5％的Cr、14.5％～15.5％的Fe、3.5％～4.5％的Si、3.0％～3.5％的B、10.0％～10.5％的W，其余为Ni。
由于高温板带在精轧机内是往复运动，与活套辊表面主要是接触式滚动摩擦磨损，对活套辊表面的高温下硬度和耐磨性有高要求，而韧性与耐冲击性则不是重点，本发明选择的粉末主要成分和普通镍基合金主要成分的比对表如下所示：
Figure BDA0002999996170000031
本发明采用的镍钨合金粉末与普通镍基合金粉末相比有以下特点：在Ni基合金基础上，提高了C含量，硬度更高，由于工况条件需要高硬度和耐磨性，而Mn的作用有限，故去掉了0.4％～0.6％Mn，新增加了10.0％～10.5％的W(钨)元素，重熔后可以与C形成WC，提高耐磨性，虽然Cr降低了约2.5％、但C元素的增加以及新添的W可以更好地弥补Cr带来的硬度强化和耐磨性不足，Fe含量的设计既是为了与Ni形成固溶体、也是为了后面感应重熔工艺提供导磁性，以便粉末涂层在感应加热方法下得到充分均匀的重熔凝固结晶
如图1和图2所示，图1为采用普通镍基合金粉末形成的活套辊涂层金相组织视图，图2为采用本发明所用的镍钨合金粉末形成的活套辊涂层金相组织视图；由图1与图2对比可以看出，本发明所得涂层γ固溶体(灰白色)附近增加了许多弥散分多的WC相(黑色)，有着较原涂层更耐磨的基础。
通过本发明新型材料和工艺方法制备的活套辊表面强化涂层，在线使用有着良好的耐磨性，涂层磨损减少量从原先的0.4mm/月下降到0.15mm/月，活套辊寿命从3～4个月提升到7～9个月，寿命提升了近2.5倍。
实施例二
本发明以火焰喷粉加涂层二次重熔为工艺主线，采用三次预热+重熔过程保温+随炉缓冷+特殊的温度设定，创新的工艺方案和温度设定，才促使含碳量高、含W量高、高硬度易脆涂层成功熔覆结合且不开裂
具体的，如图3所示，图3为所述板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层的制备方法的流程图；针对直径Φ275mm辊身上制备本发明新型涂层，所述板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层的制备方法包括以下步骤：
S1，辊坯制作：辊身低碳的碳素钢20钢无缝管，轴头采用45钢锻件，然后组装焊接，车加工辊体达图，再对整辊面进行减径、给涂层留尺寸空间，减径车削至Φ272mm；
S2，辊面检查：检查辊面有无针眼、缩孔、裂纹等缺陷，有缺陷的用等同辊身材质的焊材、利用氩弧焊进行点焊，点焊后进行修补抛磨；
S3，活套辊一次预热：活套辊进台车式加热炉预热，随炉升温至400℃，保温2h出炉，出炉检测辊面温度≥350℃，目的是为了清理干净辊面的油脂和水分；
S4，喷砂：活套辊上喷砂机床装夹，喷砂罐填装12#棕刚玉砂，活套辊随工装进喷砂房喷砂毛化，至表面粗糙度到Ra10～12μm；
Figure BDA0002999996170000041
S5，活套辊二次预热：活套辊装夹上喷粉机床，旋转辊体、利用火焰喷枪对辊面进行往复式烘烤加热，温度达到≥450℃，为火焰喷涂粉末的沉积提供温度条件；
S6，采用所述镍钨合金粉末进行火焰喷粉：活套辊在喷粉机床上旋转，选用进口GTV进口火焰喷枪，设置好喷粉距离、氧气乙炔流量压力，对辊面进行逐遍喷粉(共计5～6遍)，喷粉后辊面直径增至Φ277.5mm～Φ278.0mm，喷粉参数如下；
转速(rpm) 15～18rpm 小车移动速度(mm/min) 40～50
氧气压力(MPa) 0.7～0.9 乙炔压力(MPa) 0.08～0.10
送粉压力(MPa) 0.07～0.09 喷粉距离(mm) 280～300
S7，活套辊三次预热：喷粉后的活套辊进台车式加热炉预热，随炉升温至600℃，保温3h出炉，出炉检测辊面温度≥550℃，目的是为了活套辊整体预热充分、为活套辊表面沉积的粉末重熔形成涂层做温度准备；
S8，感应重熔：所述感应重熔采用感应重熔设备，如图4所示，图4为所述感应重熔设备示意图；所述感应重熔设备包括重熔机床1、可移动的感应线圈3和加热保温装置4，活套辊2固定设置在所述重熔机床1上，所述感应线圈3套设在所述活套辊2上，所述感应线圈3与电器控制柜5、冷却水箱7连接，所述电器控制柜5对所述感应线圈3供电，所述冷却水箱7用于对所述感应线圈3进行水冷降温，所述加热保温装置4设置在所述活套辊2和所述重熔机床1之间，用于实现对所述活套辊2整体保温。通过所述感应线圈3在所述活套辊2上的轴向移动从而重熔形成合金涂层6。
预热出炉的活套辊装夹上重熔机床，辊体旋转，通过感应线圈对辊面沉积的粉末材料进行重熔处理、形成冶金结合的致密涂层，重熔采用螺旋步进式，从一侧端面开始，利用感应线圈通电形成涡流磁场加热辊面涂层，至涂层温度达到1050℃～1100℃时、涂层会变成明亮的熔融态镜面，然后感应线圈向前步进移动，感应线圈移走后已经熔融过的涂层将逐渐冷却凝固结晶，形成致密涂层，依此直至整辊面涂层均得到重熔。
重熔过程中为了控制涂层在辊身长度方向温度差、保证已凝固结晶后的涂层不开裂，必须要维持已凝固结晶后的涂层处于600℃～650℃温度区间，因此设计了辅助加热装置对已熔化结晶形成的涂层部分进行保温，辅助加热保温装置，重熔参数如下；
Figure BDA0002999996170000051
其中，所述感应线圈具体设置为：中通的铜管(与水箱连接管内通冷却水)绕圈而成，内径为Φ315mm，保持线圈距辊面等距20mm，使得辊面涂层粉末材料得以均匀受热。
所述加热保温装置具体设置为：在重熔机床上、活套辊下，布置通氧气+丙烷混合气的管路，管路长度与活套辊辊面长度一致，在管路长度方向上均匀开6个出口，接上6个喷嘴，在活套辊重熔过程中随着线圈前移依次点燃喷嘴，让已重熔凝固的涂层得以加热、维持住已形成涂层部分温度在要求范围内，从而得以保证高硬涂层不开裂。
S9，缓冷：提前将台车式加热炉预热到600℃～650℃，整辊面粉末重熔形成涂层后，活套辊立即进炉，先保温2h，之后关闭炉子加热电源，让活套辊在炉内随炉冷却至室温；
S10，加工：对辊面涂层进行车削加抛磨处理，辊径达到Φ275.0±0.1mm，表面粗糙度达到Ra0.8μm；
S11，对加工后的辊面涂层进行硬度、探伤等检测；
S12，成品活套辊组装附件，装配后上线使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层，其特征在于，采用镍钨合金粉末，所述镍钨合金粉末的成分按质量百分含量分别为：1.1%～1.3%的C、13.5%～14.5%的Cr、14.5%～15.5%的Fe、3.5%～4.5%的Si、3.0%～3.5%的B、10.0%～10.5%的W，其余为Ni；所述耐磨涂层的制备方法，包括步骤：
S1，辊坯制作；
S2，辊面检查；
S3，活套辊一次预热；
在所述步骤S3中，所述活套辊随加热炉预热升温至400℃，并保温2h出炉，出炉检测辊面温度≥350℃；
S4，喷砂；
S5，活套辊二次预热；
在所述步骤S5中，所述活套辊利用火焰喷枪对辊面进行往复式烘烤加热，辊面温度≥450℃；
S6，采用所述镍钨合金粉末进行火焰喷粉；
S7，活套辊三次预热；
在所述步骤S7中，所述活套辊随加热炉预热升温至600℃，并保温3h出炉，出炉检测辊面温度≥550℃；
S8，感应重熔；
S9，缓冷；
在所述步骤S9中，提前将加热炉预热到600℃～650℃，所述活套辊完成所述步骤S8后，所述活套辊进炉，先保温2h后停止加热，使所述活套辊在加热炉内随炉冷却至室温；
S10，加工；
S11，对加工后的辊面涂层进行检测；
S12，活套辊组装附件，装配后上线使用。
2.如权利要求1所述的一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层，其特征在于，所述活套辊的辊身采用碳素钢20钢无缝管，轴头采用45钢锻件。
3.如权利要求1所述的一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层，其特征在于，在所述步骤S6中，喷粉参数为：转速为15rpm～18rpm，氧气压力为0.7MPa～0.9MPa，乙炔压力为0.08MPa～0.10MPa，送粉压力为0.07MPa～0.09MPa，喷枪直线移动速度为40mm/min～50mm/min，喷粉距离为280mm～300mm，喷粉后所述活套辊直径增加4.5mm～6mm。
4.如权利要求1所述的一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层，其特征在于，在所述步骤S8中，所述感应重熔采用感应重熔设备，所述感应重熔设备包括重熔机床、感应线圈和加热保温装置，所述活套辊固定设置在所述重熔机床上，所述感应线圈套设在所述活套辊上，所述感应线圈与电器控制柜、冷却水箱连接，所述电器控制柜对所述感应线圈供电，所述冷却水箱用于对所述感应线圈进行水冷降温，所述加热保温装置设置在所述活套辊和所述重熔机床之间，用于实现对所述活套辊表面重熔凝固涂层的保温，通过所述感应线圈在所述活套辊上的轴向移动从而进行重熔形成合金涂层。
5.如权利要求4所述的一种板带热轧线精轧机间活套辊用耐磨涂层，其特征在于，在所述步骤S8中，重熔参数为所述活套辊转速为8rpm～12rpm，重熔功率为90KW～110KW，感应线圈步进平均速度为1.5mm/转～2.0mm/转，涂层重熔的温度为1060℃～1120℃，感应线圈与辊面距离为20mm。
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