CN114517296A - 一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法，涉及一种修复9Cr2Mn冷轧辊方法，9Cr2Mn冷轧辊激光熔覆用合金粉末及其熔覆工艺方法，该方法针对9Cr2Mn冷轧辊表面破损位置，利用铁基体金属粉末与碳化物或氧化物粉末组成的复合粉末结合激光设备进行修复和强化。具体成分为：60~95%的铁基基体金属粉末，5~40%的WC、TiC、SiC、SiO2、Al2O3其中一种或几种的组合的粉末材料；其中铁基体的化学成分及其重量百分比为：C 0.3~0.6，Cr 3~5，Co 4~6，Si 0.1~0.3其余为Fe。通过调控以上复合粉末材料成分及相关激光熔覆工艺参数对9Cr2Mn冷轧辊表面进行强化与修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种修复9Cr2Mn冷轧辊方法，具体涉及一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法。
背景技术
冷轧辊是冶金设备的关键部件之一，在使用过程中，由于轧辊受到疲劳应力和热循环的作用，产生较为严重的疲劳磨损和热疲劳裂纹，鉴于轧辊成本昂贵、报废率很高，因此轧辊修复和再利用是实际生产中亟待解决的问题。
激光熔覆技术是先进表面工程领域中的关键技术之一。该工艺是将粉末材料均匀地涂覆在基体上，利用高温的热源对粉末材料进行加热，当温度达到所需粉末材料的熔点时，粉末材料和基体之间产生冶金结合，完成熔覆。激光熔覆工艺是指能够在价格相对便宜的基体上熔覆一层涂层，该涂层具有良好的耐磨性、耐蚀性和提升基体表面硬度等性能。
现有9Cr2Mn冷轧辊的在使用过程中，由于轧辊受到疲劳应力和热循环的作用，在9Cr2Mn冷轧辊的表面产生较为严重的疲劳磨损和热疲劳裂纹的关键技术问题，而激光熔覆技术虽已有应用于机械部件的修复，粉末成分设计和工艺匹配是得到优良涂层的关键。因此，针对不同钢成分轧辊修复的粉末材料并采用与其对应的修复工艺激光熔覆修复冷轧辊，具有重要的经济价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法，本发明利用铁基体金属粉末与碳化物或氧化物粉末组成的复合粉末结合激光器设备，通过适成分调控和工艺参数的调整，使修复的9Cr2Mn冷轧辊的耐蚀性和耐磨性都有所提高，增加有效使用时间。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法，所述方法包括以下修复过程：
1）利用球墨机将上述复合粉末球墨10~20小时，球磨机转速为20~40 r/min，过50至500目筛网，获得均匀的混合粉末为60~95%的铁基基体金属粉末，5~40%的WC、TiC、SiC、SiO2、Al2O3其中一种或几种的组合的粉末材料；其铁基体的化学成分及其重量百分比为：C0.3~0.6，Cr 3~5，Co 4~6，Si 0.1~0.3其余为Fe。；
2）对9Cr2Mn冷轧辊表面进行清洗掉表面油污及杂质，使用同轴送粉装置加N2气保护，气流量为100~500 L/h，送粉气压（N2）为0.1~0.5 MPa；采用激光熔覆技术，调控工艺参数进行表面修复；本工艺的激光功率为5000~6000 kW，激光器功率密度为83~600 W/mm2，扫描速度为200~300 mm/s，熔覆层厚度为1~2 mm，光斑面积为50~100 mm2；
3） 采用机械自动磨抛机对9Cr2Mn冷轧辊表面进行机加工及抛光，至9Cr2Mn冷轧辊表面达到使用精度要求，获得性能优良的表面熔覆层。
所述的一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法，所述复合粉末的粒度为20~200 μm。
所述的一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法，所述复合粉末的含氧量≤200 ppm。
本发明的有益效果和积极意义
本发明利用铁基体金属粉末与碳化物或氧化物粉末组成的复合粉末结合激光器设备，通过适当的成分调控和工艺参数的调整，使9Cr2Mn冷轧辊的耐蚀性和耐磨性都有所提高，增加有效使用时间。这种9Cr2Mn冷轧辊激光熔覆工艺方法，制备工艺简单，过程安全可控，不会产生有毒有害物质，不会造成环境污染，利于实现工业化生产。同时能够增加9Cr2Mn冷轧辊表面硬度大，能够有效延长轧辊的使用寿命，能够达到修复的目的。
附图说明
图1为本发明实例1复合粉末的显微照片；
图2为本发明实例1熔覆层的显微组织照片。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实例中所采用的80%的铁基基体粉末和20%的碳化物和氧化物粉末，其中SiC含量为5%，WC含量为6%，SiO2含量为7%，Al2O3含量为2%。而铁基体的化学成分及其重量百分比为：C 0.3，Cr 4，Co 5，Si 0.2其余为Fe。
利用球墨机将上述复合粉末球墨15小时，球磨机转速为25 r/min，过50至500目筛网，获得均匀的混合粉末；
对9Cr2Mn冷轧辊表面进行清洗掉表面油污及杂质，使用同轴送粉装置加N2气保护，气流量为200 L/h，送粉气压（N2）为0.1 MPa。采用激光熔覆技术，调控工艺参数进行表面修复。本工艺的激光功率为5500 kW，激光器功率密度为285 W/mm2，扫描速度为220 mm/s，熔覆层厚度为1.2 mm，光斑面积为73 mm2。
采用机械自动磨抛机对9Cr2Mn冷轧辊表面进行机加工及抛光，至9Cr2Mn冷轧辊表面达到使用精度要求，获得性能优良的表面熔覆层。测试其显微硬度及摩擦系数（表1）
表1修复后9Cr2Mn冷轧辊表面的宏观硬度及摩擦系数
以上实施例仅用于对本发明的解释和说明，不作为对本发明的限制。
实施例2
本实例中所采用的84%的铁基基体粉末和16%的碳化物粉末，其中SiC含量为10%，WC含量为6%。而铁基体的化学成分及其重量百分比为：C 0.4，Cr 4.5，Co 5.6，Si 0.2其余为Fe。
利用球墨机将上述复合粉末球墨24小时，球磨机转速为30 r/min，过50至500目筛网，获得均匀的混合粉末；
对9Cr2Mn冷轧辊表面进行清洗掉表面油污及杂质，使用同轴送粉装置加N2气保护，气流量为100 L/h，送粉气压（N2）为0.5 MPa。采用激光熔覆技术，调控工艺参数进行表面修复。本工艺的激光功率为5800 kW，激光器功率密度为234 W/mm2，扫描速度为240 mm/s， 熔覆层厚度为1.5 mm，光斑面积为69 mm2。
采用机械自动磨抛机对9Cr2Mn冷轧辊表面进行机加工及抛光，至9Cr2Mn冷轧辊表面达到使用精度要求，获得性能优良的表面熔覆层。测试其显微硬度及摩擦系数（表2）
表2修复后9Cr2Mn冷轧辊表面的宏观硬度及摩擦系数
以上实施例仅用于对本发明的解释和说明，不作为对本发明的限制。
实施例3
本实例中所采用的90%的铁基基体粉末和10%的氧化物粉末，其中SiO2含量为7%，Al2O3含量为3%。而铁基体的化学成分及其重量百分比为：C 0.5，Cr 5.2，Co 4，Si 0.2其余为Fe。
利用球墨机将上述复合粉末球墨30小时，球磨机转速为28 r/min，过50至500目筛网，获得均匀的混合粉末；
对9Cr2Mn冷轧辊表面进行清洗掉表面油污及杂质，使用同轴送粉装置加N2气保护，气流量为500 L/h，送粉气压（N2）为0.3 MPa。采用激光熔覆技术，调控工艺参数进行表面修复。本工艺的激光功率为6000 kW，激光器功率密度为196 W/mm2，扫描速度为200 mm/s，熔覆层厚度为1.8 mm，光斑面积为85 mm2。
采用机械自动磨抛机对9Cr2Mn冷轧辊表面进行机加工及抛光，至9Cr2Mn冷轧辊表面达到使用精度要求，获得性能优良的表面熔覆层。测试其显微硬度及摩擦系数（表3）
表3修复后9Cr2Mn冷轧辊表面的宏观硬度及摩擦系数
以上实施例仅用于对本发明的解释和说明，不作为对本发明的限制。
实施例4
本实例中所采用的74%的铁基基体粉末和26%的碳化物粉末和氧化物粉末，其中SiC含量为10%，WC含量为6%，SiO2含量为7%，Al2O3含量为3%。而铁基体的化学成分及其重量百分比为：C 0.4，Cr 4.4，Co 5.5，Si 0.2其余为Fe。
利用球墨机将上述复合粉末球墨29小时，球磨机转速为29 r/min，过50至500目筛网，获得均匀的混合粉末；
对9Cr2Mn冷轧辊表面进行清洗掉表面油污及杂质，使用同轴送粉装置加N2气保护，气流量为300 L/h，送粉气压（N2）为0.25 MPa。采用激光熔覆技术，调控工艺参数进行表面修复。本工艺的激光功率为5700 kW，激光器功率密度为150 W/mm2，扫描速度为260 mm/s，熔覆层厚度为1.6 mm，光斑面积为91 mm2。
采用机械自动磨抛机对9Cr2Mn冷轧辊表面进行机加工及抛光，至9Cr2Mn冷轧辊表面达到使用精度要求，获得性能优良的表面熔覆层。测试其显微硬度及摩擦系数（表4）
表4修复后9Cr2Mn冷轧辊表面的宏观硬度及摩擦系数
以上实施例仅用于对本发明的解释和说明，不作为对本发明的限制。
实施例5
本实例中所采用的69%的铁基基体粉末和31%的碳化物粉末和氧化物粉末，其中SiC含量为11%，TiC含量为7%，WC含量为4%，SiO2含量为3%，Al2O3含量为6%。而铁基体的化学成分及其重量百分比为：C 0.41，Cr 4.5，Co 5.7，Si 0.2其余为Fe。
利用球墨机将上述复合粉末球墨31小时，球磨机转速为33 r/min，过50至500目筛网，获得均匀的混合粉末；
对9Cr2Mn冷轧辊表面进行清洗掉表面油污及杂质，使用同轴送粉装置加N2气保护，气流量为290 L/h，送粉气压（N2）为0.27 MPa。采用激光熔覆技术，调控工艺参数进行表面修复。本工艺的激光功率为5850 kW，激光器功率密度为159 W/mm2，扫描速度为248 mm/s，熔覆层厚度为1.7 mm，光斑面积为87 mm2。
采用机械自动磨抛机对9Cr2Mn冷轧辊表面进行机加工及抛光，至9Cr2Mn冷轧辊表面达到使用精度要求，获得性能优良的表面熔覆层。测试其显微硬度及摩擦系数（表5）
表5修复后9Cr2Mn冷轧辊表面的宏观硬度及摩擦系数
以上实施例仅用于对本发明的解释和说明，不作为对本发明的限制。
实施例6
本实例中所采用的74%的铁基基体粉末和26%的碳化物粉末和氧化物粉末，其中SiC含量为10%，WC含量为6%，SiO2含量为7%，Al2O3含量为3%。而铁基体的化学成分及其重量百分比为：C 0.4，Cr 4.4，Co 5.5，Si 0.2其余为Fe。
利用球墨机将上述复合粉末球墨29小时，球磨机转速为29 r/min，过50至500目筛网，获得均匀的混合粉末；
对9Cr2Mn冷轧辊表面进行清洗掉表面油污及杂质，使用同轴送粉装置加N2气保护，气流量为300 L/h，送粉气压（N2）为0.25 MPa。采用激光熔覆技术，调控工艺参数进行表面修复。本工艺的激光功率为5700 kW，激光器功率密度为172 W/mm2，扫描速度为260 mm/s，熔覆层厚度为1.4 mm，光斑面积为91 mm2。
采用机械自动磨抛机对9Cr2Mn冷轧辊表面进行机加工及抛光，至9Cr2Mn冷轧辊表面达到使用精度要求，获得性能优良的表面熔覆层。测试其显微硬度及摩擦系数（表6）
表6修复后9Cr2Mn冷轧辊表面的宏观硬度及摩擦系数
以上实施例仅用于对本发明的解释和说明，不作为对本发明的限制。
实施例7
本实例中所采用的92%的铁基基体粉末和8%的碳化物粉末，其中SiC含量为3%，WC含量为2%，TiC含量为2%。而铁基体的化学成分及其重量百分比为：C 0.38，Cr 5.1，Co 5.3，Si 0.1其余为Fe。
利用球墨机将上述复合粉末球墨22小时，球磨机转速为28 r/min，过50至500目筛网，获得均匀的混合粉末；
对9Cr2Mn冷轧辊表面进行清洗掉表面油污及杂质，使用同轴送粉装置加N2气保护，气流量为282 L/h，送粉气压（N2）为0.27 MPa。采用激光熔覆技术，调控工艺参数进行表面修复。本工艺的激光功率为5640 kW，激光器功率密度为145 W/mm2，扫描速度为251 mm/s，熔覆层厚度为1.8 mm，光斑面积为86 mm2。
采用机械自动磨抛机对9Cr2Mn冷轧辊表面进行机加工及抛光，至9Cr2Mn冷轧辊表面达到使用精度要求，获得性能优良的表面熔覆层。测试其显微硬度及摩擦系数（表7）
表7修复后9Cr2Mn冷轧辊表面的宏观硬度及摩擦系数
以上实施例仅用于对本发明的解释和说明，不作为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法，其特征在于，所述方法包括以下修复过程：
1）利用球墨机将上述复合粉末球墨10~20小时，球磨机转速为20~40 r/min，过50至500目筛网，获得均匀的混合粉末为60~95%的铁基基体金属粉末，5~40%的WC、TiC、SiC、SiO2、Al2O3其中一种或几种的组合的粉末材料；其铁基体的化学成分及其重量百分比为：C 0.3~0.6，Cr 3~5，Co 4~6，Si 0.1~0.3其余为Fe；
2） 对9Cr2Mn冷轧辊表面进行清洗掉表面油污及杂质，使用同轴送粉装置加N2气保护，气流量为100~500 L/h，送粉气压（N2）为0.1~0.5 MPa；采用激光熔覆技术，调控工艺参数进行表面修复；本工艺的激光功率为5000~6000 kW，激光器功率密度为83~600 W/mm2，扫描速度为200~300 mm/s，熔覆层厚度为1~2 mm，光斑面积为50~100 mm2；
3） 采用机械自动磨抛机对9Cr2Mn冷轧辊表面进行机加工及抛光，至9Cr2Mn冷轧辊表面达到使用精度要求，获得性能优良的表面熔覆层。
2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法，其特征在于，所述复合粉末的粒度为20~200 μm。
3.根据权利要求1所述的一种激光熔覆修复9Cr2Mn冷轧辊方法，其特征在于，所述复合粉末的含氧量≤200 ppm。
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